機械 OEM が今を迎えます

Sep 22, 2023

人工知能と自動化が機械加工の最新化に貢献

製造業の世界が機械工場の外で変化するにつれて、内部のものも同様に変化する必要があります。 そのため、工作機械サプライヤーは、工場が最新の生産要件と経済的考慮事項に適応できるよう支援するためにできる限りのことを行っています。 これらの企業は、さまざまな方法でテクノロジーをアップグレードすることに加えて、顧客の機械加工作業の高度な自動化への移行を支援しています。

一部の工作機械のアップグレードは、ユーザーからの強い要望の結果として行われます。 たとえば、電気自動車メーカーなどは、より高いスピンドル速度と馬力を備えた通常のシステムを求めています。ノースカロライナ州シャーロットの工作機械メーカーである Okuma America Corp. の販売およびマーケティング担当副社長の Tim Thiessen 氏は次のように述べています。 35,000 rpm以上の（非常に）高速な加工を始めますが、私はそれについて話しているのではありません」と彼は言いました。 「私が言いたいのは、これまで高速加工の標準の範囲内でスイートスポットだったものが、さらに向上しつつあるということです。」

オークマは通常、最大 10,000 rpm のスピンドル速度を備えた 75 馬力の機械を提供するかもしれませんが、現在、多くの顧客が 100 または 150 馬力で 18,000 rpm のスピンドルを要求していると同氏は指摘しました。 「それがニッチなアプリケーションであると考えるのであれば話は別ですが、業界内ではそれがますます主流になりつつあると私は見ています。」

ティーセン氏によると、Okuma の顧客は、数秒で高スピンドル速度まで加速できるよう、より多くの機械馬力を望んでいます。 また、彼らは、通常、アルミニウムやチタンを加工する場合に、送り速度を上げ、サイクルタイムを短縮するために、より高いスピンドル速度を望んでいる、と彼は付け加えた。

サプライヤーは機械の機能を高めるだけでなく、機械を使いやすくすることにも努めています。 1 つの方法は、会話型制御を組み込むことです。これは、ユーザーが制御画面に表示される単純なメニューの項目に応じてプログラミング情報を入力できるテキストベースのテクノロジーです。

たとえば、イリノイ州ホフマン エステーツにある DMG 森 USA Inc. は、ギア スカイビングなどの操作のための高度なプログラミングを簡素化するように設計された会話型制御オプションであるテクノロジー サイクルと呼ばれるものを提供しています。 必要なプログラムをオフラインで作成する代わりに、テクノロジ サイクルにより「複雑なプログラミング サイクルを工作機械に入力できるようになります」と DMG のナショナル エンジニアリング担当ゼネラル マネージャーのジェラルド オーウェン氏は述べています。 また、オペレーターがその場でプログラムを調整できるようにすることもできる、と同氏は付け加えた。

DMG は、そのような機能を提供する数多くの機械メーカーの 1 つです。 「以前は非常にハイエンドな機能だったものを組み合わせて簡素化し、それらへのよりシンプルで使いやすいインターフェイスを提供することが、業界全体のトレンドになっている」とオーウェン氏は語った。

その他の高度な工作機械の機能は、よく議論されている人工知能の分野の開発を活用しています。 たとえば、マザック社（ケンタッキー州フローレンス）の Smooth Ai サーマル シールドは、機械の動作や環境によって引き起こされる温度変動による機械コンポーネントの熱歪みを補償するために、マザックのすべての新しい機械に組み込まれています。 自動バージョンでは、センサーが温度データを継続的に収集し、そのデータから学習するソフトウェアによって保存および分析されるため、必要に応じてプロセス パラメーターを調整して、機械内の温度に関連した変化が部品の品質に影響を与えるのを防ぐことができます。

マザックのマシニングセンター製品グループマネージャーのジャレッド・ライク氏は、「その目的は、一日中、あるいは加工プロセスを通して機械を安定に保つことです」と述べた。 「そして目標は、マシンからすべての良好な部品を確実に取り出すことです。」

AI は、マザックのスピンドル健全性監視機能の運用においても重要な役割を果たしています。 この機能の目的は「切削中にスピンドルが固着したり故障したりするのを防ぐこと」だとライク氏は語った。 「10,000ドルの部品を切断していて、スピンドルが引っかかったり止まったりして、その部品を廃棄しなければならなくなるのは嫌です。」

シンシナティ大学工学部と提携して開発されたスピンドルの健全性モニタリングは、動作中のスピンドル ベアリングの振動と周波数を、実際のスピンドルのテストで得られた振動と周波数の値を示すグラフと比較するアルゴリズムに依存しています。 開発チームは、正常なスピンドル、欠陥のあるスピンドル、磨耗寸前のスピンドルから得られたデータをグラフ化しました。

「そのアイデアは、加工中にスピンドルが故障するのを防ぐために、リアルタイムでスピンドルを監視し、問題があればオペレータに（信号を）送信することです」とライク氏は述べた。

工作機械業界におけるもう 1 つの大きな発展は、個別の作業のための専用機械に代わる、オールインワン工作機械と呼ばれる非常に汎用性の高い代替品の出現です。 例としては、研削、ギアスカイビング、​​および高度な計測も処理できるミルターンマシンが挙げられます。

「それが業界のトレンドだ」と、このような機械を製造するDMGのオーウェン氏は言う。 「1 つのことだけを行う機械の代わりに、工作機械がワンストップですべてを実行できるプラットフォームへと進化しつつあります。」

オールインワン加工の利点には、セットアップが少なくて済むことによる部品精度の向上や、作業現場で必要なさまざまな機械の数が少ないことが含まれます。 たとえば、単一のプラットフォームが旋盤、3 軸フライス、研削盤として機能する場合、3 つの機械テクノロジーすべてを必要とする工場では、貴重な床面積を占めるテクノロジーごとに個別の機械を設置する必要がなくなるとオーウェン氏は述べています。 。 その代わりに、店舗は 1 台の複合機で対応できます。あるいは、3 台の単一テクノロジー マシンで占有されるのと同じ床面積を 3 台の複合機で埋めて、その機能を大幅に拡張することもできます。

今日のオールインワン機械には、複数の加工機能だけではありません。 オーウェン氏は、高度な計測など、従来周辺システムによって実行されてきた機能も提供できると指摘しました。 「工作機械の計測における過去 5 年間の進歩は、顧客にとって大きなメリットとなる可能性があります。」と彼は言いました。 たとえば、別途座標測定機を購入する代わりに、「基本的には、自分の機械を CMM に変えることができます。カメラとレーザーを使用して部品を測定すると、CMM と同じ結果が得られます。」

一方、オーウェン氏は、オールインワンユニットの加工能力は、特定の作業用に設計された機械の加工能力と一致しない可能性があると指摘しました。

「従来の研削盤は常に工作機械よりも若干正確であると言えます。」と彼は言いました。 したがって、おそらく専用の研削盤を使用する必要がある点があることを同氏は認め、ミクロンレベルの精度が必要な場合になる可能性があると付け加えた。

最新の多機能工作機械には、金属積層造形システムが搭載されている場合もあります。 ニュージャージー州フランクリン・レイクスにある米国三井精機の地域営業マネージャー、エリック・ウォルド氏によると、現在、これらのハイブリッド機械は主に航空宇宙産業と自動車産業で見られるが、ウォルド氏はこのような機械は最終的にはより広く採用されるだろうと信じていると技術を説明した。まだ初期段階にあるので。

ハイブリッド工作機械がいかに役立つかを説明するために、ウォルド氏はインペラを修理する顧客を例に挙げます。 この堅固な職人は、羽根車の損傷部分を研磨して取り除き、次に材料を手で羽根車に溶接し直し、最後に新しい材料を手作業で適切な形状に研磨します。

「それは一種の汚い仕事で、あまり給料も良くないので、労働者の離職率が高い」と彼は指摘した。

この手動手順の代替として、三井精機はインペラの損傷領域をサブトラクティブプロセスで除去し、レーザーを使用して粉末金属の連続層を融合するアディティブシステムで再構築できる機械を提供しています。 層ごとの追加プロセスが完了すると、新しい材料が最終形状に機械加工されます。

「これは本質的に自動化されたプロセスです」とウォルド氏は言う。 「オペレーターが手作業で部品を機械に積み込んでいる場合もありますが、複数の人が手作業で部品を作業することはありません。」

欠点としては、ハイブリッド工作機械の機能は決して安いものではありません。 ウォルド氏によると、インペラの役割を担う三井精機のハイブリッド車は、購入者に7桁の価格を設定させることになるという。 ただし、手動で作業を行う場合に生じる離職率の高さを考慮すると、ハイブリッドへの投資回収には 2 年もかからない可能性があると同氏は付け加えました。

新しい構築に関して、オークマのティーセン氏は、ハイブリッド工作機械は 2 つの異なる材料で作られた部品を製造するのに良い選択肢となり得ると指摘しています。 大部分がステンレス鋼であるが、インコネルなどの特殊な材料で作られたフィーチャーが含まれている部品を考えてみましょう。

「それを製造してもらうために送りますか、それとも（鋼を）機械加工して、その上に追加のインコネル部分を置きますか？」 ティーセンは尋ねた。 「これを 1 台のマシンに収めることができれば、時間の面で非常に有利になります。（インコネルを）レイアップするのに少し時間がかかりますが、部品をマシンから取り出して取り付ける必要はありません」トラックの上で。」

さらに、特定の領域でインコネルのような高価な材料を必要とするコンポーネントは、完全にその材料で作られる必要はないという事実もあります。 「それが直径 508 mm の部品だとします。インコネルでフィーチャーを作成でき、部品の (本体) ボディがステンレス鋼または通常の鋼でできれば、自分は救われます」とティーセン氏は言いました。たくさん。"

ハイブリッド工作機械は、付加プロセスを完了し、追加された材料を機械加工して最終的な形状と寸法を実現します。 あるいは、部品に必要な場合、ハイブリッドはアディティブプロセスとサブトラクティブプロセスを行ったり来たりして、材料を追加し、追加された材料を複数回機械加工することもできる、とティーセン氏は述べた。

オークマでは、主に複合旋盤と5軸立形マシニングセンタで追加オプションを提供しています。 ハイブリッド工作機械を製造するために、同社は付加技術を提供するTrumpf GmbHと提携しました。 たとえば、オークマの 5 軸垂直ハイブリッドでは、Trumpf レーザー ヘッドがスピンドルの隣に取り付けられています。 「利用したいときは、小さな犬小屋が開き、レーザーヘッドが出てきます」とティーセン氏は語った。

潜在的な購入者にとって悪いニュースは、レーザーによって工作機械の価格がほぼ2倍になることだとティーセン氏は警告した。 したがって、ハイブリッドは「ただ買って、後で使い道が見つかるかどうかを確認するようなものではない」と同氏は述べた。

サプライヤーは、工作機械内部の技術を進歩させることに加えて、プロセスを自動化することで自社の機械に外部から技術的な支援を提供したいと考えている顧客を支援しています。 パンデミックの発生は産業オートメーションについて多くの話題を呼びましたが、新型コロナウイルスの脅威が後退した現在でも、産業オートメーションは依然として業界でホットな話題です。

「熟練した機械工やエンジニアの不足、さらには単純労働者の不足により、自動化のレベルは今後も飛躍的に成長すると思います」と三井精機のワールド氏は予測した。

ウォルド氏は、機械加工作業にとって、これは単に機械の自動積み下ろしを意味するだけではないと述べた。 「治具を組み立てて部品を取り付けるロボットだけでなく、工具のアセンブリを構築し、工具を測定し、バランスをとるロボットも存在する可能性がある」と同氏は述べた。 「次に、工具、部品、治具を工作機械に輸送する方法の自動化もあります。

工作機械に工具を運ぶだけの簡単な仕事のように思えますが、店舗ではそれを行う人を見つけるのが難しいと思います。 しかし、単純なロボット カートは、工場内を適切な工作機械まで移動するようにプログラムすることができます。」

ウォルド氏は、この種の自動化への投資収益はかなり早く得られるものの、初期費用が高額になる可能性があると指摘しました。 同氏は、小型工作機械にパレットを積み込むための基本システムのコストを 50,000 ドルから 75,000 ドルと見積もっています。 高価な部品を24時間製造している非常に大きなパレットプールを備えた大型機械の場合、自動化の初期費用は「何百万ドルにも及ぶと思います」と同氏は語った。

一方で、同氏は、「従業員には実際には初期費用がかからない。むしろ時間の経過とともに繰り返し発生するコストである。したがって、多くの企業にとっての課題は、（自動化の）ROIとROIを検討することだと思う」と述べた。初期費用ではありません。」

三井精機は機械の自動化システムを作っているわけではありません。 同社は工作機械の製造に注力しているため、「オートメーションの専門家である企業と提携したいと考えている」とウォルド氏は語った。 「エンドユーザーにとってはそのほうがうまくいくと思います。」

オートメーション機器も製造する工作機械メーカーの 1 つが、オハイオ州ブラフトンにある Grob Systems Inc. です。 同社の汎用機械販売マネージャーであるデレク・シュローダー氏は、工作機械の自動化がより柔軟になると見ています。 例えば、一部のオートメーションメーカーは、1つのサイズのパレットのみを移動できるシステムの代わりに、複数のパレットサイズを処理できるシステムや、パレットとワークピースの両方を処理できるセルを開発しているとシュローダー氏は述べた。

より柔軟なタイプの自動化の例としては、Grob の新しい PSS-T300 があります。 このタワー パレット ストレージ システムは、異なるサイズのパレットを自動的に取り外したり積み込んだりすることに加えて、2 台の異なる機械に対応できます。

サプライヤーが提供するもう 1 つの新しいオートメーション製品は、GRC-V ビジョン ロボット セルです。これは、単一の Grob マシンと 6 軸産業用ファナック ロボットを組み合わせるように設計されています。 名前が示すように、セルにはビジョン システムが装備されており、頻繁な部品交換を容易にするために、さまざまな部品を見つけてロードすることができます。

シュローダー氏によると、通常、ロボットセルは長期間にわたって単一の部品に専念する。 しかし、カメラを搭載した GRC-V を使用すれば、「毎日またはシフトごとに異なるタイプの部品を取り付けても、ロボットによって積み込まれ続けることができます。」

単一部品専用のロボット セルには、さまざまな部品サイズに合わせて調整するのが難しいグリッパーが搭載されている場合もあります。 たとえば、幅 10 インチ [254 mm] の部品から幅 16 インチ [406 mm] の部品に切り替えるには、「誰かがグリッパーのボルトを外し、指を動かし、内部の (位置を) 再確認する必要があります。」セル」とシュローダー氏は語った。 「その切り替えには時間がかかり、かなり熟練した人が必要です。」

そのため、Grob は自動グリッパー調整システムも開発しました。 シュローダー氏は、手動でグリッパーに必要な変更を加える代わりに、このシステムを使用するセルコントローラーがグリッパーをセル内の調整スタンドに運び、そこで指が自動的に適切な位置に移動して、異なるサイズの部品を掴むことができると説明しました。

もちろん、一度稼働したら、自動プロセスは手動プロセスよりも店舗担当者にとって簡単です。 しかし、その点に到達するのはどれほど簡単でしょうか？

「ロボットは扱いが非常に難しいという認識があると思います」とウォルド氏は言う。 しかし、工場で CNC マシンをプログラムする優れた機械エンジニアは、それが事実であるとは思わないでしょう、と彼は主張しました。 「一度ロボットの使い方に慣れると、CAM で CNC をプログラミングするよりもはるかに簡単だと彼らは言うでしょう。」

私達と接続