5 を把握する

May 09, 2023

パーツを保持する方法は複数あります。全周、下、上などです。

ワークピースの 5 軸加工を選択する場合、メリットがデメリットを簡単に上回ります。 複雑で小さい部品もあれば、大きくて複雑な部品もあり、ほとんどの部品は保持するのが困難です。 セットアップは、スピンドル、ワークピース、およびワークホールディングのための十分なクリアランスを備えた機械のエンベロープ内に収まる必要があります。

5 軸加工は、航空宇宙/防衛、自動車、医療、エネルギー、一般工学向け部品の加工において新たなビジネスチャンスを切り開きます。 しかし、5 軸加工が真価を発揮するのは、運用と加工の生産性です。 このテクノロジーにより、足し算と引き算の方法でプロセスとスループットが向上します。 汎用性の高い工作機械を 1 台追加すると、能力の低い機械を排除し、セットアップの数を減らし、人的その他のエラーの原因を最小限に抑えて精度を向上させることができます。

では、5 軸は誰にとっても有効なのでしょうか? あなたのお店にぴったりですか？ 多分。 しかし、情報に基づいた意思決定を行うには、ワークホールディングの方法と理由を体系的に分析する必要があります。 一部の大手サプライヤーは、ショップがどのように進めるべきかを提案しています。

5 軸加工についてはほとんどの人が聞いたことがあると思いますが、この生産性の高い加工技術に伴う問題や複雑さについてはあまり詳しくないかもしれません。 イリノイ州ホフマン エステーツの BIG Daishowa Inc. の技術スペシャリスト、ジョン ザヤ氏によると、その知識は実践的な経験とプロセスに固有の条件によってのみ得られます。

5 軸ワークホールディングの設計と実装を成功させるための Zaya のステップは次のとおりです。

「まず、扱われる部品や備品のサイズと質量を理解しようとします」とザヤ氏は説明しました。 「可動部品の質量と運動量は、システムの安定性に影響を与える主要な変数となる可能性があります。

「次に考慮すべき点は、機械の種類、テーブルのサイズ、ワーク保持具のさまざまな取り付け要件です。部品が床またはテーブルに固定されているガントリー型機械と、機械全体がワークピースの周りを移動するガントリー型機械との間には大きな違いがあります。 」とザヤは続けた。 「これは、トラニオンがテーブル全体を回転および旋回させる垂直または水平スピンドルを備えたトラニオン機械と比較すると、大きく異なります。固定具と部品が非常に動的に動きます。その結果生じる運動量と負荷を吸収する必要があります。」機械とワークホールドの両方によって部品が動かないようにします。」

実行される切断手術の種類も考慮する必要があるとザヤ氏は述べた。 これには、穴あけサイズ、フライス加工 (軽仕上げ、重荒加工、またはその両方)、ねじ切り加工 (タッピングまたはねじフライス加工)、ボーリング加工 (重荒加工、軽仕上げ、または両方) が含まれます。 切削負荷、負荷がかかる方向、負荷がかかる位置はすべて、ワーク保持システムの適切なサイズを決定する要素となると同氏は付け加えた。

「ほとんどの横型および立型マシニング センターでは、負荷は通常、切削工具の軸と一致するか、機械によって吸収されます。しかし、5 軸機械やワークホールディングに関しては、はるかに柔軟です。切断作業が行われる方向に向けて」とザヤ氏は述べた。 たとえば、単純なブロックに穴を開けたりタップ立てしたりする場合、テーブルで支持されている平らな面に対してスピンドルに沿った軸方向の切削負荷がすべてかかると同氏は述べた。

「垂直型の機械では問題はありません。水平型の機械では、たとえ部品が墓石の側面に張り出していても、通常、そのような軸方向の荷重が発生する可能性のある切削動作に抵抗できます」とザヤ氏は説明しました。 「5 軸機械では、同じアキシアル荷重を 30°、45°、または任意の角度で加えることができます。」

バイスや治具などの従来のクランプにはすべて、5 軸加工では対処する必要がある 1 つの基本的な問題、つまりクリアランスがあります。

「それらは通常、切削工具が部品の特徴や面に到達するのを妨げる何らかの障害物を作り出します」とザヤ氏は言う。 「5 軸バイスは、通常、3 mm の薄型クランプ エッジとコンパクトな設置面積により、この問題を最小限に抑えます。治具は、角柱部品の 6 つの面のうち 5 つの面に完全にアクセスできるように設計できますが、それは、それぞれの面に治具が必要になることを意味します。 」

BIG Daishowa の UNILOCK 5 軸ゼロポイント システムは、これらの 5 軸プロセス要件に対するソリューションを提供するように設計されています。 ザヤ氏によると、この製品が解決する主な考慮事項は、機械のスピンドルとテーブルのクリアランスであり、部品のサイズと重量に合わせてサイズを調整できると述べました。

3 つのノブ サイズ (システム 25、システム 40、およびシステム 68) が提供されており、それぞれが増加する重量負荷、運動量、切断負荷に対応できます。 たとえば、UNILOCK 5 軸システム 40 は、スタックあたり 13 ～ 28 kN (1,325 ～ 2,855 kg) の側面荷重に耐えることができます。 パーツの下に複数のスタックを追加すると、側面の耐荷重がさらに増加し​​ます。

また、クランプ システムはクランプ ノブごとに 11 kN (1,122 kg) の保持力を適用し、大型の高品質ファスナーと組み合わせることで、部品を非常に強固に保持します。 すべての面へのアクセスは、80 mm から 50 mm までの縮小幅を使用することによって行われます。これにより、機械は部品の全面を切断し、必要に応じて、提供されている縮小部分に切り込むためのクリアランスを確保できるようになります。固まった状態と柔らかい状態の両方。

このシステムはモジュール式であり、必要に応じて部品、治具、機械に対応するためにさまざまな組み合わせで積み重ねることができます。 ベースはベース形状の異なる 3 タイプがあり、高さは 75、100、125 mm の 3 種類があります。 エクステンションは 75、100、125 mm のサイズも用意されており、リダクションは 25、50、75 mm の高さが用意されています。 CADモデルが利用可能です。

「いかなるワークホールディングシステムにおいても、モジュール式コンポーネントの再現性が重要です」とザヤ氏は強調しました。 「ワークピースのプロービングは、多くのユーザーが依然としてオプションであり、非切削操作であるため価値がないと言って避けています。そのような状況では、ユーザーは再現性を得るためにシステムに依存するか、セットアップ担当者に部品を指示するよう強制します。」

ザヤ氏は、たとえ正確な治具を使用していても、常にプロービングを使用する必要があると考えています。 UNILOCK システムは 5 µm の再現性を備えており、部品プロービングと組み合わせることで、正確かつ再現性のある荷重と位置決めが可能になります。

セントルイスに本拠を置く Carr Lane Manufacturing Co. の最高執行責任者である Colin Frost 氏によると、5 軸ワークセンター向けのワークホールディング ソリューションの設計は、作業の実現可能性を分析することから始まります。彼は、考慮すべき項目が数多くあると述べました。 、 含む：

「5 軸ワークセンターは、作業において最もコストの高い装置である可能性が高いため、特にダブテールの機械加工や「インプリンティング」などのワークの準備が必要な場合は、ワークホールディングについて慎重に考慮する必要があります」とフロスト氏は述べました。 'これらの作業にはコストがかかるためです。5 軸ワークセンターを使用して部品を作成するとコストが削減されると判断されたら、その場合にのみ作業を続行する必要があります。」

カー・レーンは、少量から大量生産向けの機械式バージョンと動力式バージョンの両方を含む、ゼロポイント システムから薄型エッジ クランプやバイスに至るまで、5 軸ワークセンター向けに設計されたさまざまな製品を提供しています。

このバイスはドイツのロームヘルド社によって製造されており、市場にある他のほとんどの 5 軸バイスとは異なり、全鋼製構造を特徴としています。 「この用途では、スチールはアルミニウムよりもはるかに剛性が高いです」とフロスト氏は説明しました。 「これにより、ワークピースをテーブルから遠くまで持ち上げることが容易になるだけでなく、加工サイクルが短縮され、びびりや表面仕上げの低下、工具の破損を生じることなく、より多くの材料を除去できるようになります。」

Carr Lane の製品の多くは、Drop Zero Mechanical Zero Point Solution や、ライザー、バイス、プレートを含む CL5 製品群など、モジュール式です。 これらは、ダウンロード可能な CAD モデル ソフトウェア上で構築でき、シミュレーションを通じて検証できます。 carrlane.com のすべての CLM 製品にデジタル ツインが存在します。

フロスト氏によると、従来のワークホールディングとは異なる 5 軸セットアップには主に 3 つの考慮事項があります。 彼によると、最初の要素は、スピンドルがワークピースにアクセスできるようにワークホールディングがワークピースをテーブルから十分に持ち上げているかどうかです。

次に、ワークホールディングがワークピースに接触する領域は加工できません。これは製品に影響しますか? もしそうなら、これを解決するために他にどのような決定が下されるでしょうか?

フロスト氏は、3 番目の疑問は、オペレーターが繰り返しワークピースを適切に配置できるかどうかであると指摘しました。 「従来のワークセンターとは異なり、5 軸ワークセンターは通常、テーブルの中心を原点または 0 点として使用します。ワークピースの中心をテーブルの中心に位置合わせすることで、大きな材料の無駄やワークピースのプローブ、またはその両方が排除されます。コストがかかる」と彼は指摘した。

ワークセンターには、トラニオン型マシンとガントリー型マシンという 2 つのまったく異なる構成があります。 「トラニオンテーブルまたは回転トラニオンを備えた機械は、通常、ガントリー形式の機械よりも加工範囲がはるかに小さくなります」とフロスト氏は言います。 「これは、ガントリー型機械が回転ヘッドを備えている場合に特に当てはまります。バイスは、トラニオン型機械で柔軟にワークを保持するための一般的なソリューションです。」

繰り返し行われる可能性のあるジョブでは、通常、単純なフィクスチャを作成することで大きなメリットが得られます。 「結局のところ、固定されたストップに抗して動くクランプ以外の万力とは何でしょうか?」 フロストは思案した。 「一般に非常に大きなワークピースに使用されるガントリー スタイルの機械では、バイスが巨大になる必要があるため、別のソリューションが必要です。このような大規模なワークセンター向けに、カー レーンの Drop Zero は、すべてのワークピースに完全にアクセスできるように設計されたモジュール式の手動ワークホールディング ソリューションです。ワークピースの 5 つの側面でワーク保持の干渉がありません」とフロスト氏は言いました。

5 軸ワークホールドに関するもう 1 つの重要な考慮事項は、自動化のための拡張性です。 「クイックチェンジ治具ソリューションを使用している場合でも、ワークセンターのロード/アンロードを自動化するあらゆる機会は、コストを管理し（収益性を向上させ）、スループットを向上させる重要な機会となります。」とフロスト氏は述べています。

「機械操作でのみ提供されるライザー、クイックチェンジサブプレート、バイスなどの製品のエコシステムを購入すると、自動化をサポートするためにワークホールドを再購入する必要があります。」とフロスト氏は続けました。 「CLM バイスとクランプには、機械式バージョンと電動式 (自動化に対応) バージョンの両方が用意されています。新しいピボット エッジ クランプ ファミリなど、一部の製品は、ワークホールドを変更せずに電動式にアップグレードできます。また、ロームヘルドのすべての 5 軸バイスは、同じサイズの動力付きバージョンでは、バイスのジョーを作り直したり、サブプレートやライザーを交換したりする必要もありません。」

「通常、顧客は今日の部品に基づいて購入します。私たちが顧客に伝えているのは、部品が出荷されたり、別の部品や部品ファミリーが入ってきたりする日に備えて、アプリケーションに最大限の柔軟性を持たせるように努めることです」と SMW のコマーシャル部門社長、ラリー・ロビンス氏は述べています。イリノイ州ホイーリング、オートブロック

「従来の 3 軸加工と比較すると、5 軸加工はより速く、より正確で、特定の用途に適しています。おそらく、50 ～ 60% の用途には、すぐに使用できるワークホールド ソリューションで十分です。私たちのようなパートナーは、ガントリーまたはトラニオン形式の機械を問わず、ワークセンターの生産を最大化する柔軟なワークホールディング ソリューションを設計することに優れています」とロビンス氏は述べています。

適切なワークホールディング ソリューションを見つけることは、部品の構成と機械の構成によって異なります。 Robbins 氏によると、ガントリー スタイルの機械の場合、Z 高さとテーブルのサイズが部品と工具のクリアランスの制限になります。 5軸トラニオン機械の場合、ユーザーは「工具と部品のクリアランス、およびワークホールディングとトラニオンが侵入物や機械自体に衝突することなく完全に回転する能力」を考慮する必要があると同氏は述べた。

5 軸ガントリー機械を見ると、ワークピースが固定された立型機械です。 横型機械は、部品がトゥームストーン上に保持されたり、SMW Autoblok の WPS/APS ワークピース位置決めシステムのようなパレット化されたクイック切り替えシステム上のテーブル上に平らに置かれたりする 5 軸加工では、さまざまな一連の課題を提示します。 APS システムは、旋削、フライス加工、検査、仕上げ作業などのさまざまな機械加工アプリケーションで使用される手動ゼロ点クランプ システムを備えています。

「5 軸加工アプリケーションの場合、手動 WPS および WPS-PPD ワークピース位置決めシステムは柔軟で使いやすいです」と Robbins 氏は述べ、従来のクランプ装置が不要なためセットアップ時間が最大 90% 短縮されると付け加えました。 また、機械や輪郭を妨げることなく、さまざまなアクセサリやアダプターを使用して機械へのアクセスが容易になります。

SMW Autoblok は、完全な油圧または空圧セットアップから手動クランプ用途に至るまで、幅広いワーク保持システムを提供します。 同社の定置ワークホールディング用の新しい機械式バイス、油圧式バイス、空圧式バイスは「現場で完全に設定可能」であるとロビンス氏は述べ、IMG バイス、Sintex バイス、SP52G バイス、および空圧式および油圧式パワーバイスが含まれると付け加えた。

「SP5 2G システムを使用すると、部品、万力、または治具にピンを挿入し、それらの部品を異なる機械に何度も取り付けたり取り外したりすることができます。同じ基本セットアップを使用して、部品間の 50 分の 1 以内で行うことができます。 、マシンからマシンへ」とロビンズ氏は語った。 「当社では、コレット スタイルの材料を取り込み、位置の再現性を実現するベースに取り付け、パイ ジョー内のコンポーネントを機械加工できる、フォーム スタイルの保持クランプも用意しています。まるで、機械をキャプチャする準備をしているようなものです。パーツが 3 つの面にあるため、4 番目の面を除いて裏返すことを心配する必要はありません。

「5 軸万力の設計により、標準の万力のように部品を掴むことはできません。側面をクランプして部品を反対側に裏返すか、別の構成に変更します。5 軸万力を使用すると、当社のジョーには SinterGrip と呼ばれるシステムが使用されており、これは当社のワークホールディングと競合他社のワークホールディングのジョーにフィットする特許取得済みのインサートです。全面接触クランプとしての剛性を備えています」とロビンス氏は述べています。

SMW Autoblok の SINTEX 100 および 125 バイス シリーズは、155 ～ 250 mm のクランプ範囲を提供し、同社のプレミアム SinterGrip インサート技術を備えており、3.5 mm のクランプ範囲 (他の業界モデルの標準は 30 mm) を提供し、部品のダブテール加工や事前機械加工は不要です。 IMTS では、SMW Autoblok は、製造プロセスを完全に自動化するための、電子的に作動するチャック、クランプ、バイスの新しい製品ラインを導入します。

カンザス州エンポリアにある Vektek LLC. のアプリケーション エンジニアである Braden Damman 氏によると、5 軸ワークホールディング ソリューションの設計は、部品の種類、その重要な機能、工具の課題に関する情報を収集することから始まります。次のステップは、目的のプロセスを決定することです。パレットまたはテーブルへのオペレータの積み込みまたはロボットの積み込みに関して、加工範囲のサイズ、および積み下ろしされる部品の数を把握します。

「従来のワークホールディング用途と 5 軸ワークホールディング用途の違いは、正確な 5 軸加工のために部品をどのようにしっかりと保持するかによって決まります」とダンマン氏は述べています。 「5 軸アプリケーションの目標は、できるだけ多くの操作を減らすことです。そのためには、従来の 3 シート原理を変更して、部品を別の方法でクランプし、できるだけ多くの機能を実現できるようにする必要があるかもしれません。

「3-2-1 固定方法では、部品の位置の平面を定義するために 3 つの点が必要です。機械加工の際、多くの場合、部品は Z 平面で追加のサポートを必要とします。TuffGrip ワーク サポートなどのフローティング サポートは、次のようなソリューションを提供します。 「ジャッキ スクリューが使用される場所ならどこでも使用できます。部品の動きや振動によって部品の歪み、ビビリ、リンギング、表面仕上げの悪さが発生する用途では、ワーク サポートを使用すると問題を軽減または解消できます」とダンマン氏は説明しました。

クリアランスは 2 つの異なるワークセンター スタイルにとって大きな問題です。 たとえば、Vektek の TuffCam スイング クランプと TuffGrip ワーク サポートは、トラニオンとガントリー スタイルの機械の両方でクリアランス要件を満たすソリューションを提供します。 「これらの側面の多くは設計者によって行われますが、私たちは設計者が正しい方向に向けてスタートできるよう支援します。通常、大きな部品を扱うガントリー スタイルの機械では、振動を低減するためにワーク サポートによって行われるクランプが必要です。トラニオン ワークセンターには小さなワークピースとダイナミックなワークピースが含まれます。トラニオンに取り付けられたワークピースの動きを考慮する必要があります。」

Damman 氏は、Vektek のクランプ製品は汎用性があり、部品加工用途に特化していると説明しました。 Vektek には、5 軸アプリケーションに適した小型のクランプもあります。

「プルシリンダーは、ウェッジスタイルのクランプや拡張マンドリルなど、部品の下にあるものと組み合わせることができます」とダンマン氏は言う。 「当社では、より小さな穴の内側をクランプするように設計された偏心および同心押さえクランプも用意しています。これらは、部品の下でクランプするため、すべての側面を加工でき、上面も同様に加工できるため、5 軸タイプの加工に非常に便利です。まあ」と彼は言った。

Vektek の CAD モデルはすべてモデル番号に固有であり、Web サイトからすべてダウンロードできます。 CAD 形式には、STEP、IGES、SolidWorks、Creo/ProEngineer PRT、DWG、DXF、および部品の寸法を示す PDF レイアウトが含まれます。

ダンマン氏によると、効果的な 5 軸ワークホールディング ソリューションを設計するために重要なのは、自動クランプが必要か、精密クランプが必要かにかかわらず、ワークセンター内のプロセス フローを理解することです。 「その場合、高圧、低圧のオンデマンド油圧ポンプや、自動クランプ サイクルに必要な機械側の追加の M コードや PLC プログラミングなど、追加の電源システムが必要になる可能性があります。」

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