横形マシニングセンタ——メンテナンス、リビルド、買い替けの判断基準

多くの工作機械は長持ちするように作られています。しかし、すべての工作機械の寿命において、その運転能力を改善するために何かをしなければならない時が訪れます。

老朽化した横形マシニングセンタ（HMC）について、ショップが判断しなければならない重いメンテナンス、アップグレード、リビルド、新機種への買い替えなどの決定事項を検討しましょう。

横形マシンの手入れについて最初に言わなければならないことは、あまりにも頻繁に忘れられています：予防保全（PM）を最初から実施すべきです。工作機械メーカーはガイドラインを提供しています。Doosan Machine Tools America（ニュージャージー州パインブルック）のように、機械本体に文字通りチャートが貼られている場合もあります。当然、これらのスケジュールは機械の稼働度合いによって異なりますが、新品の機械を単一シフトで運用するジョブショップでもPMに注意を払う必要があると、オクラホマ州タルサのMachine Tool Specialties（Doosan代理店、オクラホマ、カンザス、ミズーリ南西部担当）サービスマネージャー、ラゲン・ハンスッカー氏は言います。残念ながら、同氏によると多くの企業が「保全と生産のパワーストラグル」を経験し、「部品、部品、部品」の必要性が勝って、数年間メンテナンスを全く行わない状態になります。

彼らの功績として、主要工作機械メーカーとその代理店パートナーの多くは顧客へのPM実施を申し出ていますが、採用はまちまちです。Machine Tool Specialtiesオーナー、ジェフ・デラフター氏によると、大企業はPM契約を結ぶ傾向が強いものの、生産要求が実際の作業スケジュールを困難にすることもあります。中堅・中小ショップでは、推奨メンテナンス計画に従っている割合は「ほぼゼロ」です。

Methods Machine Tools Inc.（マサチューセッツ州サドバリー）テクニカルサポートディレクター、バーニー・オットー氏によると、PMプログラムに加入する顧客には2タイプあります。一つは、PMを持たずに「何度も痛い目に遭った」——最悪のタイミングで高額な機械故障を経験した——企業。もう一つは、「自分たちが代替困難なユニークな設備を管理している」と最初から認識している企業、特にそれらの機械でより高いレベルでの生産が必要な場合です。オットー氏は、非常に研磨性が高く珍しい材料を専用機械で切削し、それを稼働し続けなければならないMethodsの顧客を例に挙げます。「彼らは一貫した予防保全プログラムに投資しています。6ヶ月ごとにボールネジとガイドウェイ周辺を清掃し、潤滑フローをチェックし、全体的な機械機能を確認します。」

オットー氏は、パンデミックで多くの保全技術者が早期退職したことを指摘します。「保全担当者がいなくなったため、サービス契約が増えています」と氏。「ベテランが全員退職しました。新人はウェイ潤滑油を入れるくらいしかできないかもしれません。Methodsでは、より完全なプログラムを提供するために体制を強化しています。ますます多くの顧客が、サービスを構造化・体系化すればダウンタイムをより良く計画できると気づき始めています。小さな問題を大きな問題になる前に、より多く前もって解決できます。」

機械の経年に伴うタスクとテスト

Doosanのサービス担当バイスプレジデント、YBリー氏は、HMCユーザーの高い割合が24/7またはそれに近い稼働で、高い稼働率基準を持つことを指摘します。リー氏は定期メンテナンスを四半期、半期、年次タスクに分類し、後者にはウェイカバーを外してチップ清掃、クーラントタンク清掃、油圧油交換、機械レベルチェック、バックラッシュ調整、スピンドル振れチェックなどが含まれます。

ハンスッカー氏によると、HMCが約10,000時間に達すると、Doosanはメガオームメーターを使用し始め、モーター巻線の劣化やケーブル劣化（モーターへのケーブル絶縁破壊）の可能性を検出します。また、箱ガイドウェイはリニアガイドウェイより注意が必要だと警告します。「リニアガイドでは、箱ガイドマシンほどウェイ、潤滑システム、オイルディストリビューターなどに注意を払うのはクリティカルではありません。」しかし箱ガイドウェイは優れた剛性と振動減衰を提供し、重切削で人気があります（Doosanは両タイプのHMCを提供）。

PMを継続し、明らかなコンポーネント故障がない場合、大規模オーバーホールやHMC買い替えの時期をどう判断するか？ ミツイセイキUSA最高運営責任者、ビル・マランチェ氏は、これは現実的にスケジュールできるものではないと言います。代わりに、「機械ダウンタイムとスクラップ率が、機械の状態を知るより良い指標になるだろう」と提案します。「もちろん、不良品は多くの要因で生じますが、試行錯誤で確立した生産プロセスで、直角度、垂直度、部品精度などの劣化が見られ始めたら、何かが故障し始めていると判断できます。」

オットー氏も全く同じ点を指摘します。「多くの面で、ワークピースは横形機械の脈拍です。部品に不正確さが見られたり、悪い仕上がりが出たりしたら、それは通常機械が何らかのトラブルを抱えているサインです。単なる摩耗コンポーネント（リニアガイドウェイなど）かもしれません。箱ガイドマシンなら劣化したターサイトかもしれません。弱ったドローバーかもしれません。弱ったパレットクランプ機構かもしれません。」

「ほとんどの機械工が実行できるシンプルなテストがいくつかあり、トラブルの原因となっている領域を絞り込めます」と続けます。「例えば、工具をスピンドルに装着し、キーを抜いて回転させ、機械の内外方向に遊びがあるか確認します——ドローバーが弱っている可能性を示します。ドライバーをスピンドルに入れて少してこ入れする人もいます。動けば、ドローバースプリングが摩耗している可能性が高いです。」

もう一つのシンプルなテストは、インジケーターをスピンドルに取り付け、治具にタッチオフさせた状態でパレットを手動で動かしてみることです。「動けば、おそらくいずれかの軸にバックラッシュがあり、サービス担当者を呼ぶ必要があるでしょう。」

同様に、ハンスッカー氏は定期的なボールバーテストが「精度問題を発生前、または徐々に発生している段階で捕捉する速く簡単な方法」だと言います。そして、良し悪しは別として、PM契約を結ばせるより定期的なボールバーテストを説得する方が簡単です。ベースラインを確立した後、定期テストが機械の幾何学的精度のスナップショットを提供します。各段階で、顧客は誤差の程度が許容範囲か、懸念すべきかを判断できます。例えば、機械が公差外へ動いているが、部品はまだ許容範囲内なので稼働継続と判断するかもしれません。一方、航空宇宙ショップなら同じデータを見て、不良品生産リスクが十分高くなり、全面評価と修理が必要と判断するかもしれません。

以前は良好に動いていた機械が許容できない不正確さになった場合、マランチェ氏は資格のある請負業者や工作機械メーカーを雇って、ボールネジ交換のような大規模修理を検討する前に「再設置」することを推奨します。「機械が何年も前後動いており、基礎が沈下しています。これにより機械がねじれます。そのねじれを解放したいのです。……機械を動かす必要はありませんが、慣性パッドから解放し、元の位置に戻し、基本的に再設置、再アライメント、新しいレーザー校正などを行います。」マランチェ氏の経験では、問題の誤差が巨大でなければ、これで半分以上のケースで解決します。「例えば、何年も0.001mm（サブミクロン）を保持していた機械が、クラッシュして0.01mm（10ミクロン）になった。これは再コミッショニングで直せる可能性があります。」

賢いアップグレード

機械が必要公差を保持しているが、より多くのスループットが必要な場合を考えましょう。この記事の取材に応じた全員が、制御装置のアップグレードはほぼ意味がないと言います。しかし、MethodsのOKKとKiwaマシン製品マネージャーも務めるオットー氏は、真剣に検討すべき他の2つのアップグレードがあると言います。

「追加パレットプールを現地設置し、より多くの部品品種でより長い無人稼働時間を実現できます。また、機械に追加工具容量を設け、キューイングされた複数部品に対応できます。」実際、オットー氏によると、MethodsのKiwaとOKKマルチパレット販売の約60%は、元々標準2パレット構成だった機械向けです。「ショップはしばしば『40,000個契約』を約束されますが、初回注文は3,000個です。顧客は、より大きな自動化システムに全面的に賭ける前に待つのが賢明だと気づいています。」

ほとんどの横形機は、ワークゾーンと荷降ろしステーションの間で180°振れる2パレットを装備しています。Methodsなどのサプライヤーは、機械のロータリーチェンジャーの荷降ろし側から追加パレットを搬送するオートメーションオプションを提供しています。オットー氏は、1台の機械に固定パレット数で対応するスタンドアロンプール、1台の機械に対応するタワー（省スペースアプローチで現在人気上昇中）、1台または複数台の機械にロボットで対応するリニアシステムを説明します。デラフター氏によると、Doosanはリニアパレットシステムを、時間をかけて最大6台まで追加可能に設計しており、「最初から適切なベースで始めれば、パレットも一緒に拡張できます。」オットー氏は「これらのシステムの多くにはスケジューラーがあり、その中には多様なジョブのルーティングという複雑な課題を処理できるものもあります。」と付け加えます。

オットー氏は、COVID-19パンデミックで半分のスタッフを失った同時期に、緊急の人工呼吸器部品契約を受けた顧客の事例を挙げます。Methodsは迅速な現地レトロフィット用自動化キットを在庫しており、既存Kiwa KH-45に6ステーションパレットプール1つ、新規Kiwa KH-4500にもう1つの6ステーションパレットプールを装備しました。両機械は同じパレットを使用します。

「数週間で、オペレーターで得られる1日約6時間稼働から約16時間へ。最終的には約22時間、軽い監視で稼働できるようになりました」とオットー氏。「同じジョブ、同じ速度、送り、すべてをそのままに。ただ2つのパレットプールを追加しただけで、稼働日を延ばし、同じ人数で生産量を倍増させました。」

無人加工を増やすには、特に多様なジョブを自動化する場合、自動工具交換装置（ATC）の容量増強が必要になることがよくあります。オットー氏は「異なるメーカーが異なる方法で工具カローセルを拡張しています」と説明し、最初から簡単に拡張できる設計もあると言います。例えば、MethodsはOKKマシンにマガジンを単純に追加でき、60本から170本まで拡張可能です。「Kiwaのツールチェンジャーを120本から240本へ現地レトロフィットで約1日半でできます。」

オットー氏は、プローブ追加（セットアップ自動化・簡素化）、ミストコレクター追加（健康・安全改善）、クーラントろ過改善、チップコンベア追加（スループット増加時）、工具負荷監視などのソフトウェアアップグレードなど、しばしばコスト効果の高い他のアップグレードも提案します。

難しい決断：修理、リビルド、買い替け？

HMCに重大な問題が発生した場合、困難な選択に直面します：修理するか、リビルドするか、買い替えるか？ そしてこれは単純に各オプションの現金コストの問題ではありません。古い機械を新品より大幅に安くリビルドできても、そのスペースを何に使えるか、新しいテクノロジーがもたらすメリットを考慮しなければなりません。

Absolute Machine Tools Inc.（オハイオ州ロレイン）セールスバイスプレジデント、クラウス・ミラー氏によると、多くの顧客が15〜20年物のHMCを買い替えています——摩耗し、あらゆる面で新しいテクノロジーより遅いためです。

「その年代の一部のマシンはベルト駆動スピンドルで、8,000〜10,000rpmしか出せません」とミラー氏。「対する今日のインテグラルスピンドルは15,000rpmです。古いマシンの工具交換時間はおそらく5〜6秒——今日の少なくとも2倍です。」

さらに、顧客は古いマシンでさらに速度を落とさざるを得ないことがよくあります。「15〜20年物のマシンを半分の早送り速度で走らせている顧客が大勢います。フル早送りに耐えられないからです。」その上、ミラー氏は言います。「古い400mm横形は『豚』でした——巨大で箱型、大量の板金、ツールチェンジャーが横に突出し、チップコンベアが後ろに5〜6フィート延びていました。今ではすべて内蔵型で本当にコンパクトです。」

リー氏によると、Doosan HMCは週40時間、20年間運転して大規模修理を必要としない設計です——これはジョブショップ市場に合致します。「しかし、」とリー氏は付け加えます、「横形顧客はしばしば24/7で稼働します。それらの顧客は5〜7年で大規模修理が必要になります。」それでもわずか5年で、リー氏は指摘します、新しい機械を導入すれば、アプリケーションによって15〜25%、最大30%の生産性向上が可能です。したがって、高い稼働率基準を持つ大量生産顧客は、摩耗した機械を買い替えるべきです。一方、リー氏によると、40年間HMCを稼働させているジョブショップ顧客もいます。「用途次第です。」

マランチェ氏は、ミツイセイキマシンは75,000時間持つように作られていると指摘します。25台所有しながら5年以上保有しない自動車顧客を訪問したことを思い出します。

「彼は私たちの設備を大変気に入り、稼働率、信頼性、部品品質に極めて満足していました。しかし、彼は『施設内で5年以上床面積を占有する機械があること自体が、状態に関わらず非現実的だ』とはっきり言いました。氏は、速度と生産性に関するテクノロジーの進歩が年々大きく変わると説明しました。今日40mpmの早送り速度が可能な工作機械が、5年後には60mpm可能になる。床面積を占有する機械からのアウトプットは、テクノロジーの進歩だけで増加し続けます。100%の部品を生産する機械を持つより、同じ台数で133%生産できるならなぜ後者を選ばないのか？」

古いHMCを修理、あるいはリビルドする論拠もあります。第一に、機械が堅牢だが特定の修理（例：ボールネジ交換）だけ必要なら、十分に価値があります。機械の撤去と交換が極めて混乱を招くなら、現場でリビルドする方が良いかもしれません。納期が長すぎる場合も同様です。

機械が高価であればあるほど、リビルドの魅力は高まります。ハンスッカー氏の言葉を借りれば、「箱ガイドウェイとギアードヘッドストック……は置き換えが難しい。ウェイとウェイテープのやり直しはかなりコストがかかるが、訓練された技術者にとっては比較的容易だ。エレクトロニクスが古すぎなければ、これらの機械をリビルドして生産に戻すのは実行可能な選択肢だ。」

ハンスッカー氏は第4の選択肢も追加します：用途転換。例えば、機械が厳しい公差を維持できなくなったら、十分に修理して稼働させ、荒加工用に使うのです。

最後に、新しいテクノロジーへの投資を決めたら、下取りについて尋ねてください。機械が完全な廃品でなければ、親切な地元代理店が新しい持ち主を見つけ、新機械の費用を一部節約できます。デラフター氏によると、約半分のケースで下取りを行っています。