VMC: 実際に必要な軸の数は何ですか?

Sep 21, 2023

3 軸立形マシニング センター (VMC) は、長い間、多くの中小規模の工場にとって頼りになる工作機械です。 それらの使用法はよく理解されています。 より複雑な機械と比較して、3 軸機械のオペレーターを見つけるのは簡単です。 プログラミング、セットアップ、メンテナンスも簡単になります。 おそらく、資金繰りに困っている店にとって最も良いのは、高品質で比較的手頃な価格の 3 軸 VMC ミルが、横型や 5 軸のミルよりもはるかに豊富にあるという事実です。

それでも、5 軸マシニング センターの人気が高まっていることを考えると、すぐに多くのショップで新たな主力となるようです。 結局のところ、メーカーが 5 軸によって底部の位置決め面以外のすべてを加工できるのに、ワークピースの上部のフライス加工や穴あけで満足する人がいるでしょうか? 可能な限り複数の操作とそれに伴うワークホールドへの投資を避けてみてはいかがでしょうか? そして、収益性を高めながら、リードタイムと仕掛品(WIP)を削減してみませんか?

これらはすべて素晴らしい質問です。 計算して、5 軸工作機械の利便性の向上とコストの低下を考慮すると、メーカーにはさらに別の疑問が残ります。3 軸 VMC は、機械式ネジ加工機や手研ぎ工具ビットと同じ道を進むのでしょうか? それはありそうにありません。

最も熱心な 5 軸ファンでさえ、3 軸 CNC ミルにその地位があることを認めるでしょう。2 つは同じ王座を共有する必要があるかもしれませんが、どちらもすぐにその座から転落することはありません。 そうしたファンの 1 人が、インディアナポリスに本拠を置くハーコ カンパニーズ社の製品技術スペシャリストであるマイケル コープ氏です。彼はこのテーマに関する本を執筆するという大胆な行動をとりました。 「5 軸マシニング センターの長所は非常に明白で、どの工場にも 5 軸マシニング センターを追加するのは素晴らしい決断でしょう。しかし、3 軸マシニング センターにもいくつかの長所があります。」と彼は言いました。

Cope 氏は、多くの 5 軸機械構成には小さなテーブル (通常は円形の「プラッター」) があり、これによりワークピースのサイズと加工サイクルで生産できる数量が制限されると指摘しました。 このため、ほとんどのフライス加工部門のお気に入りである 6 インチの機械工用バイスも歓迎されません。ましてや、一般的な 20 x 40 インチ (508 x 1,016 mm) の VMC に搭載されている 2 つ以上のバイスは言うまでもありません。 これの裏返しとして、5 軸ワークホールディングが容易に利用できるようになり、機械工のバイス精神から離れることで、工場は部品を保持するための新しい方法を検討する必要が生じ、ワークピースの固定に対する創造的なアプローチが刺激されています。

5 軸は、これらのワークピースを加工するためのより創造的で生産的な方法も刺激します。 これは特に金型製造に当てはまり、深いキャビティをフライス加工する際にスピンドルを傾けることができるため、より短い工具や円セグメント カッター、別名バレル ミルの使用が可能になる、とコープ氏は述べています。 これにより、より高い送り速度、より深い切込み、より長い工具寿命、より少ないびびり、そして 3 軸 CNC ミルに必要な長くて細い工具から生じる表面仕上げや部品の精度の問題が減少する、より剛性の高いセットアップが生成されます。

同様の利点は、金型製造以外の作業を行う人にも当てはまります。 「従来のジョブショップは、部品の複雑さのためではなく、ショップの効率とスループットを向上させる必要があるため、3 軸機械から離れ始めています」と Cope 氏は述べています。 「彼らは、5 軸加工機を使用するとセットアップを削減でき、1 回の操作で複数の面を加工できるため部品の精度が向上する可能性があることに気づき始めています。顧客の変化するニーズに迅速に対応できます。 axis machine を使用すると、他の方法では作成できない仕事を探して見積もることができるため、ショップの成長の可能性が高まります。」

しかし、コープ氏は、5 軸 VMC の初期コストが高くつくことが、多くの小規模ショップや始めたばかりのショップにとって大きな問題になると主張しています。 それに加えて、一部の部品は 5 軸加工機の小さなテーブルに単純に収まらない、または単純な「穴をいくつか開ける」作業や二次的な操作に 5 軸加工機を使用するのは意味がありません。それは、従来の 3 軸 VMC がすぐにはなくなるわけではないという、避けられない結論につながります。

ケンタッキー州フローレンスにあるマザック社の技術およびアプリケーションのスペシャリスト、マイク・カーシャー氏もこれに同意した。 「3 軸バーチカルは、ほとんどの製造業者にとって、特に作業現場やさまざまな部品を加工する製造業者にとって、依然としてパンとバターです。」と彼は言いました。 「そして、大量生産のアプリケーションであっても、多くの場合、セルラー構成や自動構成に組み込む方が合理的です。そのため、人気が高まっているにもかかわらず、工作機械の販売の中で 5 軸工作機械は依然として少数派です。」

その多くは、業界が三軸ミルに精通しているためだとケルシャー氏は付け加えた。 手動ニーミルのハンドルを回すことから機械加工のキャリアを始めた私たちにとって、CNC の同等品への飛躍は簡単です。 「プログラムや操作がより簡単になりました。これは、現在の熟練労働者不足を考慮すると非常に重要です」と彼は言いました。 「図面を見て、Z 軸が上下に動き、カッターがワークピースの上を何度も回転しながら、部品がテーブル上にどのように配置されるかを視覚化できます。この要素だけでも、[a] の作業が容易になります。三軸加工機]。

このシナリオを 5 軸加工と比較してください。オペレータは 2 つの回転軸と 3 つの直線軸に直面します。 ここで、2 つの交差する穴の不一致、わずかにずれた実際の位置、および完全に直角ではない 2 つの垂直な表面は、熟練した機械工、プログラマー、またはサービス技術者のみがトラブルシューティングできる、頭を痛めるような出来事になる可能性があります。

「3 軸垂直装置をセットアップする人は、ワークピースの位置を把握するためにウィグラーやエッジファインダーを使用する可能性があります」とカーシャー氏は言います。 「5 軸機械では、回転軸を決定するためにタッチプローブが必要になる可能性が高く、レニショーまたは他のプロバイダーの球形ボールデバイスのいずれかが必要になる可能性があります。それが非常に難しいというわけではありませんが、新しい機械に投資したり、オペレーターを雇用したりする際には、間違いなくスキルセットの進歩を考慮すべきです。」

良いニュースは、5 軸マシニング センターの操作が常に簡単になっているということです。 これは、ノースカロライナ州シャーロットにある Okuma America Corp. のマシンセンター製品スペシャリストで、25 年の 5 軸の経験を持つエロル・バレル氏によると、こう述べています。 同氏によると、CAMシステムはかつてよりも「ファイブフレンドリー」になりつつあるだけでなく、工作機械メーカーは前述した推測の多くを排除する自動校正システムを導入しているという。

「私が初めて 5 軸マシンを知ったとき、それをセットアップするには実質的に MIT の学位が必要でした」と彼は言いました。 「回転ピボット ポイントの位置と一定の表面 (テーブル、スピンドル ゲージ ライン、工具の長さ) を知る必要があり、プログラムを生成するときにこれらすべての値を考慮に入れる必要がありました。それは問題ではありません。今回のケースは、オークマが工具中心点制御 (TCPC) と呼ぶものの発明です。」

バレル氏は、各機械メーカーは独自のバージョンの TCPC を持っていますが、部品の回転中心を簡単に決定できるようにすることは同じであると説明しました。 ほとんどの製品は、Okuma のダイナミック フィクスチャ オフセット、5 軸自動調整、姿勢制御などと同様の機能も提供しており、これらはすべて 5 軸の手間を省きます。 「私たちが対処しなければならなかったすべてのことは、もう気にする必要がありません。それはすべて、機械制御または CAM システムのいずれかでバックグラウンドで自動的に計算されるためです。以前よりもはるかにシンプルになりました。」

新しい工作機械への投資は、5 軸加工の前提条件ではありません。 この記事のためにインタビューを受けたバレル氏と他の数名は、多くの工場が最初に 4 軸加工用のロータリー テーブル、または 3+2 および 5 軸同時加工用のトラニオン スタイルのチルトロータリーを購入することで、すぐに足を運んでいると指摘しました。 これは一部のアプリケーションにとっては良い解決策ですが、いくつかの注意点もあります。

1 つ目は、今述べた 5 軸の利点のすべてが 3 軸 VMC には存在しないことです。 そして、これらが欠けているからといって、オペレーターがバレル氏の初期の頃の MIT 教育を受ける必要はないかもしれないが、それらがないと設定やトラブルシューティングがさらに難しくなり、真の 5 軸ショップと競合する可能性は低くなります。

2つ目は工具の長さです。 一般的なトラニオン テーブルの高さが 14 インチ (35.56 cm) 以上であることを考えると、多くの垂直ミルで一般的な 20 インチ (50.8 cm) 程度の Z 軸移動量はすぐに消費されてしまいます。 簡単に言えば、ほとんどの VMC に傾斜回転テーブルを取り付けることは、古いクレストライナーに魚群探知機とトローリング モーターを取り付けるようなものです。数匹のクラッピーが釣れるかもしれませんが、それは決してあなたが望んでいたバス キャットではありません。 「ロータリーテーブルとトラニオンには限りがありますが、資金がない場合やニーズが最小限の場合でも、4 軸および 5 軸加工を簡単に始めるには良い方法です。」

マサチューセッツ州サドベリーの Methods Machine Tools Inc. のファナック アメリカ製品担当バイスプレジデントである Thomas Saur 氏は、3 軸加工から 4 軸または 5 軸加工への移行は、岸に押し寄せる高潮のようなものであると示唆し、顧客は、ファナックの 3 軸ロボドリルマシニングセンターの 1 つに 1 年投資し、次の年には 4 軸または 5 軸テーブルを追加します。 また、マシンはそのような移行向けに設計されているため、前述の制限は適用されません。 さらに、これらの顧客は多くの場合、同社の自動化ソリューションの 1 つを同時に追加します。

しかし、工作機械のメーカーやモデルが何であれ、5 軸加工にはテクノロジーと人材の両方に多大な投資が必要であることにサウル氏は同意します。 「熟練した人材が絶対に必要だ」と彼は言う。 「適切なプログラミング システム、適切なワークホールディング、および機械アクセサリが必要です。また、5 軸は衝突の可能性が大きいため、おそらく何らかのツールパス シミュレーション ソフトウェアが必要です。しかし、これらすべてを正しく実行すれば、これは素晴らしい方法です。 WIP を削減し、部品の品質を向上させ、新たな機会への扉を開きます。」

サウル氏は、そのような投資を行ったメリーランド州のコマンド・テクノロジー社の話を語った。 パレットとツールホルダーを交換できるロボットを導入することにより、工場では、会社にとって初めての部品であっても、最大 60 個の固有の部品番号を無人で稼働できるようになりました。 「彼らは業界で最高の選手の一人だが、それは何が可能であるかを示している」と彼は語った。 「彼らは機械を信頼し、プログラミングシステムを信頼し、そして人々を信頼します。そのため、金曜日の午後にブランクを積み込み、月曜日に完成した部品を戻すことができます。これは多くのショップが見習うべき例です。」

カリフォルニア州カーソンに本拠を置く YCM Technology (USA) Inc. の社長である Tony Pekalski 氏は、5 軸 VMC の成功はいくつかの要因に依存しており、その多くはすでにリストされていると述べました。 これらには、オペレーターのスキル レベル、機械で利用できる作業の量と種類、精度要件などが含まれます。 ただし、このリストの上位に位置するのは、ワークピースから除去する必要がある材料の量です。

「トラニオンでは通常、同じ送り速度と切込み深さを実行できないため、重切削の場合は 3 軸垂直の方が良い選択となることがよくあります。」と彼は言いました。 「逆に言えば、1 回の操作でできるだけ多くの加工を行うことができれば、精度の観点からは常に優れています。明らかに 5 軸機械の方が優れています。これらの変数があるため、どの工場でも提携することが重要です」工作機械に投資する前に、あらゆる種類の工作機械に精通した人に相談してください。」

ペカルスキー氏はこの声明について詳しく説明し、優れたサプライヤーは 3 軸、4 軸、または 5 軸工作機械のさまざまな用途を理解するだけでなく、それぞれの工作機械で利用可能なさまざまな設計も理解する必要があると示唆しました。 たとえば、YCM は 5 つの異なるスタイルの 5 軸機械を提供しています。 これらには、トラニオンを備えた C フレーム、ブリッジ、ラム、ガントリー ミル、および 2 軸ヘッドを備えたダブルカラムおよびガントリー垂直ミルが含まれます。 横型トラニオン型マシニングセンタの登場が目前に迫っています。

関係ありますか？ そうペカルスキーは言った。 「航空宇宙、自動車、医療、エネルギー、重機など、非常に多くの異なる市場セグメントがあり、それぞれに多種多様な部品や材料があるため、それぞれに適した 1 つのスタイルの機械を用意することは不可能です。だからこそ、私たちはこれらの各市場で競争できるように、非常に多様な製品を提供しています。」

他のビルダーも同様の工作機械の多様性を誇っており、同様の理由があることに注意することが重要です。 このような機器の購入者は、終わりのない仕様、時間調査、切断デモンストレーション、および営業担当者からの賢明なアドバイスをくぐり抜けて、どの機械が自分たちのニーズに最も適しているかを決定する必要があります。 ペカルスキー氏と彼の同僚が全員同意していることの 1 つは、ほとんどのショップが競争力を維持するには複数のスタイル、さらにはブランドの工作機械が必要であるということです。

「あなたが誰であっても、万能の解決策はありません」と彼は言いました。 「先に述べた理由により、一部のショップでは大型で耐久性の高い 5 軸加工機で大まかな作業を行い、小型の加工機で仕上げを行うことになります。非常に多くのショップでは 3+2 の作業に 5 軸を使用しています。つまり、必要に応じて、同じ作業を 3 軸フライス盤で行うこともできます。また、3 軸機の列全体に完全に満足している人もいますが、大多数の人は、まだその決定をしていなくても、おそらく両方を使用できるでしょう。機械製造業者としての仕事は、お客様を教育し、高品質の機器と​​自動化オプションを提供し、お客様が私たちを必要とする限りサポートすることです。」

私達と接続