ツールバランシング: いつ、そしてなぜ

Dec 20, 2023

ジョブを迅速に開始して実行することは収益性にとって非常に重要ですが、事前に数分かけてツールのバランスを適切に調整しておくと、大きな利益を得ることができます。

工作機械の稼働コストは決して安くありません。そのため、工作機械で使用する切削工具のバランスを調整して工作機械を効率的に使用し、性能を最適化し、工具の早期摩耗を防ぐことが簡単な選択となるはずです。 業界の専門家によれば、必ずしもそうではないという。 実際、より多くのツールバランサーがジョブショップやOEMに導入されていますが、普及にはまだ遅れています。 そして、それはコストのかかる間違いとなり、工場の機械の稼働が遅くなったり、切削工具と工具保持のバランスが崩れることから生じる問題を修正するために機械を完全に停止したりすることになる可能性があります。

明確にしておきたいのは、バランス調整済みのツール アセンブリを購入したからといって、バランスの取れたツールを実行できるという保証ではありません。 品質保証ツールとして使用されるバランシングマシンは、事前に構築されたアセンブリの不均衡を発見することがよくあります。ツールバランサメーカーによると、バランシングマシンの初期費用は、ツールとスピンドルの寿命の向上、材料除去率の向上、より良い部品によって簡単に補われます。 しかし、中小規模の店舗での導入は依然としてかなり低いと一部の業界関係者は指摘する。

エントリーレベルの工具バランシングマシンに約 25,000 ドルから 35,000 ドルを投資すれば、工具バランシングの日常的なメリットはかなり早く報われる可能性がある、と彼らは言います。

最終的には、機械、スピンドル、切削工具を長持ちさせたい、機械をさらにハードに動かし、より良い表面仕上げを実現し、時間あたりにより多くの部品を生産したいと考えている工場は、使いやすい工具バランシング マシンを利用して支援することができます。多くの未開発の可能性を実現します。

ツールのバランスは、次の 3 つの方法のいずれかで実現できます。

--ツールホルダーの事前に穴が開けられた箇所にネジを挿入して重量を追加します。

--バランスリング。不均衡を修正するためにツールホルダーの上に置かれる重りリングです。

-- ツールホルダーから少量の材料をフライス加工または穴あけすることを伴う破壊的手段。

今日のツールバランシングマシンにはオペレーターにオプションがあり、バランサー上のツールの測定にかかる時間はわずか約 1 分、アンバランスの修正にはさらに 2 ～ 3 分かかります。

ミシガン州アナーバーにある Zoller Inc. のキーアカウントマネージャーである Michael Colyer 氏は、「当社の機械は、これらの方法のいずれかを柔軟に使用できるようにします。」と説明しました。シミュレートされた速度でツールを回転させ、不均衡がどこにあるのかを正確に示すレーザーマークの線を表示します。たとえば、特定の場所で 2.5 グラムを追加または削除する必要があることが表示されます。」

20 年以上バランシング マシンを製造してきたイリノイ州ヴィラ パークの Haimer USA LLC も、材料の追加、材料の除去、またはバランシング リングの使用時のオペレータ インターフェイスの使いやすさを重視しています。 しかし、ハイマーは検証済みのバランスの取れたツールホルダーを提供することで、方程式に別の要素を加えています。

「工作機械の精度が向上しているため、バランスがより重要になってきています」とハイマー社の営業担当副社長スティーブン・バイアー氏は断言する。 「残念なことに多くのエンドユーザーは、最高の金属除去率を実現できる最高の工作機械に最高額を払って、見つけられる限り最も安価なツールホルダーをスピンドルに取り付けています。」

これにより、組み立てのアンバランス、グリップトルク、振れ、その他の問題が発生します。 「そのため、エンジニアやオペレーターは、良い部品を作るために工作機械の速度を落とさなければなりません。そして、その工作機械の速度を落とし始めると、2020年代の機械ではなく、1980年代の機械のように動作することになります。つまり、生産性の向上はすべて終わってしまいます。ユーザーは、ツールの選択によって、達成するための最新テクノロジーへの投資が失われます。」

メーカーがプリバランスツールホルダーに期待を寄せるなら、すべてのツールホルダーが同じように作られているわけではないことを認識すべきだとバイアー氏は続けた。 「ハイマーのツールホルダーは、既製の状態で、25,000 rpm で G2.5 のバランスがとられています。当社の焼きばめホルダーは、工場出荷時にそのようにバランスがとられています。バランスが取れているだけでなく、検証されており、当社は 100 パーセント検査しています」すべてのホルダーは 25,000 rpm で G2.5 のバランスをとります。」 それでも同氏は、「ツールホルダーアセンブリを組み立てたときに、アセンブリのバランスが取れているという保証はありません」と警告した。

より長い工具の場合、2 つの平面でのバランスをとることが不可欠であると Zoller's Colyer 氏は付け加えました。「工具が重く、長いほど、複数の平面でのバランスをとることがより重要になります。」と彼は説明し、Zoller の機械は最大 700 mm の工具のバランスをとることができると指摘しました。長さ。 「長さ 500 mm の工具があり、その工具の底部のバランスがたとえば 4 グラムずれている場合、その工具の上部では 20 グラムのバランスが崩れることになります。工具が長くなると、バランスが大きくなります。残高が指数関数的に増えます。」

ツールバランサーを使用してツールのアンバランスを監視することは、「バランス時間を短縮し、エンドユーザー向けの部品を改善するために製造プロセスの上流で削減できる一貫した角度アンバランスを見つける効果的な方法です」とハインズ・インダストリーズ社のCEO、ドーン・ハインズ氏は述べています。ミシガン州アーバー

「一般に、ハインズのバランサーはすべて同じように機能します」と彼女は言いました。 「バランスをとる部品は機械上に置かれます。多くの場合、これを達成するのに役立つツールが存在します。アンバランスから生じる力は静的または動的方法で測定され、コンピューターに表示されます。その時点でバランスを修正できます。重量を追加または削除することにより、ツールホルダは通常、ドリルで穴を開けるか、止めネジを追加することによって修正されます。

ツールバランシングマシンには、初心者から上級者まで、さまざまな種類があります。 使いやすいインターフェイスとプロンプトによって操作が強化されます。 一般に、ユーザーは、G 定格、実行速度、アセンブリ重量、およびバランスの優先方法 (つまり、ネジの挿入または材料の除去) を入力するよう求められます。卓上での操作の場合、ハイマーは、単純なツールホルダー、ドリル、エンドミル用の TD 1002 を提供しています。 CAT 40 または CAT 50 を実行していて、アセンブリのほとんどはゲージ長が 6 インチ [152.4 mm] 未満です。」

TD 1002 は単一面でバランスをとりますが、より人気のある Tool Dynamic Comfort はツール方法でバランスをとり、複数の補正方法を使用します。 Comfort は、独自の PC ベースのソフトウェアと側面に取り付けられたアームを備えています。 TD 800 は、砥石車のバランスをとるために設計されています。

「当社の最大の用途は、エンドユーザーによるツールホルダーアセンブリのバランス調整です」とバイアー氏は述べています。 「当社の第 2 の用途は、切削工具メーカーが砥石パックのバランスを調整することです。」

ハイマーは 2 月にバーチャル Application Center 360 ツアーを開始しました。ユーザーは、ドイツのイゲンハウゼンにある同社の本社にある 25,000 フィート 2 (2,322.6 平方メートル) のテクニカル センターのセルフガイドまたは専門家ガイド付きツアーで、これらのバランサーが実際に動作している様子を見学できます。 一方、ヴィラパークにあるハイマー US テクニカル センターでは、約 30 台の動力付きマシンをデモしています。

同様に、Zoller にはコンピューターが組み込まれたエントリーレベルのマシン、Tool Balancer Economy があります。 この機械はバランス調整済みのツールをチェックするためによく使用されますが、次のレベルアップのツール バランサー コンフォートは、独自のツールのバランスを調整するメーカー向けであるとコイヤー氏は述べました。 コンフォートはより多くの不均衡ポイントを示し、2 つの面でバランスをとることができます。 また、工場のプロセスシートに添付できる各ツールの検査レポートも提供します。

ハインズ マニュファクチャリングでは、「当社で最も人気のあるマシンはハインズ HVR です」とマーケティングおよび販売スペシャリストのチェルシー ギボンズ氏は述べています。 Hines 垂直バランシング マシンは、単一面と 2 面の両方のバランシングに使用できる動的バランシング マシンです。 「当社の顧客の大多数はカスタム設計のソリューションを必要としており、自動車分野の顧客に対しては高レベルの自動化を提供しています。」 同氏は、同社の継続的な改善プログラムにより、サイクルタイム、アンバランス測定の感度、許容誤差、自動化、修正速度、ロボットの統合が改善されたと述べた。

ハインズ社は、寿命と再現性を確保し、ダウンタイムを削減するために、年に一度、自社の機械の検査、校正、予防保守を推奨しているとギボンズ氏は付け加えた。 「機械を設計する際、当社のアプリケーションエンジニアはすべての部品仕様と独自の要件を検討して、すべての基準を満たすバランシングマシンを構築します。ハインズのサービス技術者はすべての操作手順を確認し、日常の操作プロセスを推奨します。」

特に自動車メーカーは、工具バランシングマシンの価値を実証しています。 たとえば、ハイマーズ・バイアーは、米国の「ビッグ 3」自動車メーカーの 1 社が 14 台の工作機械を 1 日 24 時間稼働させていたと指摘しました。 「57パーセントの確率で、これらの機械の1台が予期せぬ停止を起こすことが分かりました」と彼は言う。 「切削工具は期待したほど長持ちしませんでした。何らかの理由で機械の 1 台が停止し、予期せぬ時点でオペレータが工具アセンブリを交換していました。」

この自動車メーカーは、事前に組み立てられバランスのとれたアセンブリを注文していましたが、品質管理のために Haimer バランシング マシンに投資し、サプライヤーから届いたアセンブリのアンバランスをテストし、アンバランスなアセンブリを返送してバランスを取り直しました。 この措置により、自動車メーカーは 6 か月間で約 20 万ドルを節約できただけでなく、予期せぬ停止が 57 パーセントから 7 パーセントに減少しました。

Zoller's Colyer 氏はまた、大手自動車会社が 3 年前、インテグレーターから購入した完全なツール アセンブリのバランスをチェックするためだけにバランサーを購入したことを思い出します。 「彼らは、入荷したツールの 70% が規格外であることを発見しました。」これは、複数のプロセスの問題を診断するのに役立ちました。

「高速加工に興味を持った別の顧客がいます。」と Colyer 氏は付け加えました。「彼は機械と同時にバランサーを購入しました。彼は基本的に、過去 2 年間、その機械を 24 時間年中無休で稼働させています。半年。」 その顧客は数か月前にスピンドルをテストしましたが、「依然としてほぼ完璧な状態」でした。 潜在的な顧客が、動作寿命の 40% を失ったスピンドルの交換を計算する場合 (たとえば、これらのマシンを 20 台稼働しているとします)、40,000 ドルのバランサは理にかなっています。

Hines の Gibbons 氏は、ツールのバランシングは複数の業界で有益であることが証明されており、ハインズのバランシング装置は主要な自動車工場や他の多くの業界で使用されていると述べています。 「防衛産業や農業産業において、ダイヤモンドツールカッターとツールホルダーのバランスをとるための機械の需要が増加しているのを目にしています」と彼女は述べた。 「新しいソフトウェア開発により、部品の不均衡の測定時間を大幅に短縮し、サイクルタイムを改善しました。」

テキサス州アーリントンのイスカル USA での 18 年間の最高技術責任者のトーマス・ラウン氏は、機械の高速稼働に伴い切削工具の複雑性が増大していることを直接目の当たりにしてきましたが、彼の観察によれば、通常機械を稼働させている工場のわずか 20 パーセントが過去に稼働しているだけでした。 8,000 rpm はバランスツールです。

販売店はバランス調整ツールのコストがやや法外であると考えるかもしれないと指摘しながらも、「10,000 rpm を超える性能を持つ CAT 40 および HSK 63 スピンドルを実行している場合、その限界を実感するのにそれほど時間はかからないと推測します」 -その投資のポイントさえも。」

工作機械は高速機能を追加し続けているため、「機械全体の剛性の点で堅牢性が低下している可能性がある」と同氏は付け加えた。 「スピンドルはますます高速になっているようです。そのため、特にフライス加工の観点から見た機械加工アプローチは、荒加工段階での深い切り込み深さと切り込み幅から、スピンドルを非常に高速で動作させ、より軽量な作業へと変化しているようです。カット幅。」

エンドミルに関して言えば、「以前は、0.5 インチのエンドミルを使用して、0.5 インチの深さまで進め、場合によっては 3/8 インチ、あるいはその 0.5 インチのエンドミルで最大スロットまで進めたかもしれません」今度のアイデアは、0.5 インチのエンドミルを 4 枚刃の設計から 7 枚刃の設計に切り替え、回転数を上げて軽い切削を実現し、より速く進めることです。」 材料除去速度の点では、荒加工に対する「古いスタイル」のアプローチの方が生産性が高いかもしれませんが、高速加工が「今の流行のようです。人々は機械が高速回転し、送り速度が速く動くのを見て、それを好みます」 。」

そうは言っても、ラウン氏は続けた、「工作機械会社からいつも言われてきた昔ながらの経験則は、回転数が 8,000 rpm を超え始めたら、バランスのとれたツールホルダー アセンブリを検討する必要があるということです。最近では、私はこう言いました。 「それよりもはるかに低い回転数でバランスをとる必要があり、そうすることに価値があるというバランシングマシンを宣伝する他社の情報を見たことがあります。」

それでも、通常、フライス工具アセンブリのバランスを調整しているのは、高生産環境にある「高レベルの」イスカルの顧客である、と同氏は述べた。 「一例としては、航空宇宙分野で、Makino Mag マシンや 30,000 rpm を超えるその他のタイプの超高速マシン センターを使用することが挙げられます。彼らはバランスを重視しています。従来の CAT 40 フライス盤を使用している顧客をたくさん見かけます。 「15,000 rpm のスピンドルがあり、彼らはそのスピンドルに工具アセンブリを入れていますが、バランスを取ることを心配していません。私だったら、バランスを取るでしょう。」

これらの高速用途、特に航空宇宙や医療において、イスカルは工具寿命を維持し、材料除去を最適化するためのガイドラインを提供しています。「特に、これらの種類の用途（例えばアルミニウム用途など）向けに特別に設計された工具については、当社は、通常約 30,000 ～ 33,000 rpm までバランスがとれたカッターボディを提供しています。また、バランスが取れているツールホルダーや、それよりはるかに高い定格 rpm で動作できるツールホルダーもあります。ツールホルダーまたは一体型ツール、つまり一体型の切削工具アセンブリであり、それらは特定の仕様 (通常は 33,000 rpm で G2.5) に合わせてバランスがとられています。」

競争上の優位性を求めるショップにとって、ラウン氏は次のように結論付けています。「バランスの取れたツールを使用することで、知らず知らずのうちにメリットが得られます。ツールのバランスが取れていることさえ気づいていない可能性があります。彼らはエンドミルを見て、『これが必要な直径と長さだ』と言い、彼らは、その工具がどのように製造されたかにはあまり関心がありません。それがバランスを念頭に置いて製造された工具であれば、おそらくその恩恵を受けたでしょう。おそらくバランスの取れた状況でしょう。通常、それがバランスのとれた工具であれば、切削工具のサプライヤーは電子カタログで提供される情報でそれを示します。」

ツールバランシングの用語を理解するには、バランシングガイダンスの G 定格 (30,000 rpm での G2.5 など) を理解することから始まります。 部品のバランスをどの程度調整する必要があるかは、部品の重量、回転速度、および用途によって異なります。 G 定格は、ローターの動作速度と重量に基づいて、許容される残留アンバランスを計算する式で使用され、g-mm で表されます。 詳細については、国際標準化機構 (ISO) IS0-1940 を参照してください (そうしたい人向け)。 G 評価が低いほどバランス グレードが向上するため、G6.3 よりも G2.5 の方が優れています。

ISO 規格には、便利なグラフ表と方程式が含まれています。 Hines Industries のアプリケーション エンジニア、ラリー ケトラ氏は、「ISO はさまざまな種類のデバイスに関するガイドラインを発行しています」と述べています。 「ISO 規格には、部品の直径と長さの比率に応じて異なる静的および結合アンバランス許容値を計算する詳細な方法が含まれています。」

Hines の Web サイトには、オペレーターが特定の部品に推奨される ISO グレードを見つけることができる ISO 計算ツールがあります: https://hinesindustries.com/isotol/IsoTolerance.html

バランスグレードの数値が小さいほど、アプリケーションまたは操作の速度が高くなります。 たとえば、G2.5 は次のような場合に推奨されます。

--コンピュータドライブ、

-- 電気モーターと発電機、

--コンプレッサー、

--ガス/蒸気タービン、および

--工作機械のドライブ。

「ほとんどの場合、部品のアンバランスは回​​転数によって変化しません」とケトラ氏は説明しました。 「不均衡によって生じる力のみが変化します。等級が大きい機械ははるかに大きくて遅いため、厳密なバランスを必要とすることが少なくなります。より大きな不均衡に耐えることができ、依然として正しく機能します。数値が小さいほど、精度とより厳しいバランス要件が求められる小型の機械に対応します。必要です。」 小さな不均衡であっても、小型機械の動作に影響を与える可能性があると彼は言いました。

以前、Starrett DataSure® ワイヤレス データ収集テクノロジーが開発された後、Starrett は、スループットと品質保証に対する DataSure® の影響を測定するために、管理された全数検査テストを実施しました。 スターレットは部品ごとに 3 回の測定を行い、500 個の部品のデータを記録しました。

方法 1: 測定、結果の手書き、リモートでのデータ入力 -- 37 の時間/モーション要素: -- パーツあたり 28.9 秒 -- 62 の入力エラー。 精度とスループットに影響を与える要因:

-- 測定が停止するため、オペレーターは結果を書き込むことができます

-- 判読できない手書きの数字、指摘されたものの修正されていない間違い、速記で書かれたデータと転記者による誤読

-- ゲージを離すと値が変化する可能性があります

--PCでのデータ入力エラー

方法 2: 測定して結果を PC に入力する

-- 20 時間/モーション要素: 1 パートあたり 15.3 秒

--4 つのデータ入力エラー。 精度とスループットに影響を与える要因

-- 測定とデータ入力を交互に行うとエラーが発生し、データをキー入力するためにリリースしたときにゲージが正しく装着されませんでした

-- データ入力ミス、間違ったキー入力、間違ったセルへのデータ入力

方法 3: Starrett DataSure® Wireless DCS を使用して結果を直接測定し、入力する

--17 の時間/モーション要素: パートあたり 6.6 秒 -- 入力エラー 0 -- 高速かつ直接 -- 方法 1 より 5 倍高速

精度とスループットに影響を与える要因: -- 測定技術

-- 解釈エラーや記憶エラーがありません -- 即時の直接データ入力によりエラーが排除され、維持されます。

スターレットは最近、DataSure® 4.0 と呼ばれる DataSure® の新バージョンを発表しました。これは、業界で最も完全でスケーラブルで安全かつ堅牢な、インダストリー 4.0 向けの無線測定データ収集ソリューションです。 この号のユーザー記事 (38 ～ 41 ページ) を参照してください。

詳細については、www.starrett.com/datasure4 をご覧ください。

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