プロセスをしっかりと把握する

Utensili e pezzi attirano molta attenzione nel settore della lavorazione meccanica.

機械加工業界では工具やワークに大きな注目が集まっていますが、それは当然のことです。しかし、機械加工プロセスを成功させるには、それらを保持する装置も慎重に検討する必要があります。これらのデバイスが現在の最先端のアプリケーションに対応していない場合、結果は的外れとなり、顧客を不満にさせ、ショップの評判に汚点を残す可能性があります。

最新の工具保持具およびワーク保持具製品にはさまざまなタイプがあり、さまざまな加工上の課題を満たすように設計された機能を備えています。より高度なデバイスの中には、確実なグリップを提供するだけでなく、重要な加工データを送信できるものもあります。これは、工場がプロセスを監視し、結果を追跡するのに役立ちます。

ホルダーの変更と作成方法に関するその他の開発は、店舗の業務の自動化に役立つ可能性があります。

工具保持具の最新の開発の中には、よく知られた製品を改良したものもあります。例としては、マサチューセッツ州ウェストボイルストンの Emuge-Franken USA が提供する FPC チャックのラインに加えられた変更が含まれます。これらの特許取得済みのコレットチャックは、振れと振動を最小限に抑える精密なツールホルダーとして宣伝されています。同社によると、高いクランプ力と同心性を提供するウォームギアクランプ機構を備えているという。

最新の FPC ニュースには、5 軸加工アプリケーションでもう少し多くのクリアランスを提供することを目的とした 4.5 o テーパーネックを備えたスリムラインオプションの導入が含まれています。また、Emuge-Franken は、最近 HSK および Capto スタイルの FPC ホルダーにバランス穴が追加されたことも報告しています。名前が示すように、これらの穴により、バランシングマシンでホルダーを調整できます。同社のフライス製品マネージャー、ダン・ドワロン氏は、「バランス調整は、高速機械や高精度の部品寸法のためにより優れた同心度が必要な場合に特に役立ちます」と述べています。

切削工具の性能を最大限に高める鍵となるのは、適切なホルダを選択することです。ノースカロライナ州メバネにあるサンドビック・コロマント US の機械統合製品スペシャリスト、ブレント・ゴッドフリー氏は、「ツールホルダーは金属切削アセンブリの基礎のようなものであるため、強くて剛性が高いことが望まれます」と述べています。曲げ剛性が良好であれば、たとえ高い切削抵抗がかかっても、工具とインサートは切削箇所のほぼ中心に位置することになります。」

これがデュアルコンタクトホルダの魅力です。ホルダーのテーパーとフランジの両方が機械主軸に接触するように設計されています。加工中、二重接触により剛性が大幅に向上し、表面仕上げと寸法精度が向上し、工具寿命も長くなります。ゴッドフリー氏によると、デュアルコンタクトホルダーは新しいものではないが、現在ではより多くの工作機械がデュアルコンタクトホルダーを受け入れるように設計されているという。

高性能のツールホルダが必要な場合、多くのショップはサンドビック・コロマントのコロチャック930などの油圧チャックを利用します。このチャックは、作動油を加圧する内部ピストンを備えており、作動油が工具シャンクの周囲に高い把握力を均一に加えることができます。油圧チャックと焼きばめチャックは「今日存在するチャックの中で最も精度が高く、振れが最も少ない」とゴッドフリー氏は述べた。

同氏は、油圧チャックは顧客の間でますます人気が高まっていると付け加えた。「その多くは、機械加工が必要なコンポーネントによって引き起こされます」と彼は指摘しました。これらのコンポーネントは公差が狭い場合や、フィーチャを穴あけまたはフライス加工するために内部に到達できる長い工具が必要な場合があります。

以前は、フライス加工に最適なツールホルダは、側面のネジで工具をしっかりと固定できるウェルドンフラット付きのエンドミルアダプタでした。しかし、この配置の欠点は、側面のネジが工具をわずかに中心からずらして押すため、振動が発生し、工具の寿命が短くなり、加工中の振れも増加することだと、ピッツバーグに本拠を置くケナメタル社のシニアグローバルツーリング製品マネージャーのロナルド・ウェスト氏は述べています。

対照的に、Kennametal の HydroForce ツールホルダーは油圧を使用してツールシャンクの全周にわたって均一なクランプ力を提供し、振れを 3 μm 未満に抑えることができると West 氏は述べています。ウェスト氏によると、作動油による減衰効果に加えて、同心クランプ力により加工中の振動も最小限に抑えられ、これにより従来のエンドミルアダプターで保持される工具と比較して工具寿命が 30% 向上する可能性があります。

West 氏はまた、HydroForce ホルダーは 25,000 rpm で G2.5 までバランスがとれているため、工具速度は Weldon フラットホルダーで可能な速度よりもはるかに高速になる可能性があると指摘しました。側面のネジによる中心からのずれに加えて、ウェルドンフラットホルダーの可動部品により、「新しい工具を挿入するたびにホルダーのバランスを再調整しない限り、速度が実際に制限されます」と同氏は指摘しました。

HydroForce は約 7 年前に導入されましたが、フライス加工アプリケーションの受け入れにはしばらく時間がかかりました。ウェスト氏は、クランプ力が比較的低いため、「通常、油圧チャックでフライス加工するものではなかった」と述べた。しかし、HydroForce は、より大きなピストンとより重い油圧ブラダーを含む「より強力な設計」のおかげで、他の油圧チャックよりも最大 3 倍のクランプ力を提供すると同氏は述べました。

さらにウェスト氏は、HydroForceの人気が高まっているのは使いやすいからだと語った。トルクレンチの代わりに、ユーザーがデバイスのネジを回すために必要なのは一般的な六角レンチだけです。「完全に停止するまで回すだけでロックされ、すぐに使用できるようになります」と彼は言いました。

HydroForce と同様に、無線周波数識別システムはしばらく前から存在しています。しかし、ウェスト氏によると、インダストリー 4.0 の到来と、自動化、相互接続、リアルタイムデータの取得と使用を促進する開発に重点が置かれているため、今日では機械加工業界で RFID を採用する企業が増えています。「今では、工具の寿命や、機械の前に人が立っている場合に心配するであろうすべてのことが、RFID でチェックされています」と彼は言いました。

小型の無線トランスポンダ、無線受信機、送信機で構成される RFID システムは、機械コントローラと、加工プロセス中にデータを収集したりその他の機能を実行するデバイス間の通信を可能にします。たとえば、重要な部品やツールの寸法をチェックする機械上のプローブは、RFID チップを介してデータを機械コントローラーに送信する場合があります。データを評価した後、コントローラーが何らかのアクションを実行する必要があると判断した場合、コントローラーは、RFID チップを介して、そのアクションをトリガーする信号を適切なコンポーネントまたはシステムに送信できます。この種のデータ転送を容易にするために、Kennametal は現在、回転工具用のすべてのホルダーに RFID チップ用のポケットを取り付けているとウェスト氏は述べました。

ツールホールディングと同様に、ワークホールディング技術も、インダストリー 4.0 と同期した機能に対する幅広い関心の影響を受けています。この傾向の一例は、イリノイ州アーリントンハイツのエロワテクノロジー社が販売する新しい SmartChuck です。SmartChuck はワイヤレス信号伝送を提供し、クランプステータスと力をクラウドで監視できるようにします。 Wi-Fi 信号を介して送信されたデータが、チャックのクランプ力が特定の加工用途に対して十分に高くないことを示している場合、クランプの失敗を示すエラーコードを含む信号が機械に送信されます。これにより、機械は次のサイクルを開始できなくなる、とエロワ地域営業マネージャーのフレッド・ホルツマッハー氏は述べています。

さらに、SmartChuck システムを使用すると、個々のチャックによって加えられるクランプ力を経時的に保存することで、ユーザーが先制的な措置を講じることができます。「したがって、長年にわたってチャックが故障し始めている場合は、記録されているクランプ圧力によって判断でき、潜在的な故障を防ぐことができます」とホルツマッハー氏は述べています。

インダストリー 4.0 テーマのもう 1 つのバリエーションは、イリノイ州ホイーリングの SMW Autoblok Corp. のいわゆる「メカトロニクス」ワークホールディングです。名前が示すように、メカトロニクスワークホールディングデバイスには機械要素と電子要素の両方が含まれています。これらの製品の動作の鍵となるのは、ワーク保持データとワーク保持装置を作動させるための電力の両方の無線伝送を可能にする誘導カプラです。同社によれば、カプラーは選択したサイズとスタイルに応じて最大 1,800 W を伝送できるという。

SMW Autoblok のメカトロニクスワークホールディングの例は、4 つのメカトロニクスシングルジョードライブを備えた 4 ジョーチャックである CC e-motion です。ジョーは個別に調整したり、ペアとして動かしたり、その他の可能な組み合わせで作動させることができる、と同社商業部門の社長、ラリー・ロビンズ氏は述べた。

さらに、CC e-motion のようなメカトロニクスデバイスは、グリップ力とジョーストロークの測定と監視、電子ワーク検出、部品の温度とトルクの監視を提供します。「センサーモニタリングでできることはほぼすべて、私たちにもできるのです」とロビンズ氏は述べ、この技術により収集したデータに基づいた統計レポートの作成も可能になると付け加えた。

このすべての監視の利点の 1 つは、ワークホールドパラメータによって問題があることが示された場合に、プロセスを即座に停止できることです。たとえば、ロビンス氏は、圧力が 4 つのジョーで加えられることになっているが、圧力測定値がジョーの 1 つが誤動作しているか壊れていることを示している場合、システムをただちにシャットダウンできると述べました。さらに、モニタリングにより、不良部品の製造を防ぐために、オフになっているパラメータを工程内で調整できると指摘しました。

メカトロニクス監視のもう 1 つの利点は、複数のワークホールディングコンポーネントを含むプロセスの自動化が可能になることだと、ロビンズ氏は指摘しました。そのようなプロセスでは、「すべてのワーク保持（製造）がチェックされ、グリッパー、バイス、チャック、またはあらゆるタイプのワーク保持器具を組み込むことができます」と彼は言いました。

ワークホールディングの交換プロセスを自動化するために、ドイツに拠点を置く Hainbuch は、ロボットによるチャックとマンドレルの交換を容易にするように設計されたクランピングヘッドインターフェイスの製品ラインを導入しました。ウィスコンシン州ジャーマンタウンにあるハインブーフアメリカコーポレーションの社長、ティモシーワックス氏によると、ハインブーフ社の centroteX AC (自動交換) インターフェイスを使用すると、手動で行う場合よりも迅速かつ正確なワークホールディング交換が可能になります。

Wachs 氏は、これを可能にする鍵は、同社の古いインターフェースを再設計して、インターフェースの固定方法を簡素化することであったと述べました。「外周にボルトがあるのではなく、回す側にボルトが 1 本あります」と彼は言いました。

Wachs 氏によると、適切なエンドエフェクタを装備したロボットアームは、高い再現性と剛性の損失がなく、ワーク保持具の交換を数秒で完了できます。さらに時間を節約するために、他のワークホールディングを使用して部品を加工している間に、ロボット（部品のロードとアンロードに使用するものと同じものでもよい）をオフラインのチャックに交換できると付け加えた。

Wachs氏によると、Hainbuch社は欧州で、ロボットとcentroteX ACインターフェースの両方を含む自動化パッケージを顧客に提供しているという。ただし、米国では現在、ロボットはサードパーティによって供給されています。

工具およびワークホールディングのメーカーは、製造するデバイスに将来を見据えた変更を加えることに加えて、製品の製造方法にも大幅な変更を検討しています。このアイデアは、積層造形プロセスを使用して、機械加工が難しいコンポーネントを製造することです。たとえば、難しい形状の金属製ワークホールディングコンポーネントを作成する場合、メーカーはその基本バージョンを 3D プリントしてから仕上げ研磨するか、他の二次プロセスを使用して最終製品を製造することができます、と Emuge の精密ワークホールディングマネージャーの David Jones 氏は説明します。 -フランケンUSA。ジョーンズ氏は、ワークホールディングに関して、3D プリンティングの最適な候補は、ワークピースと接触する高精度の部品であり、機械で仕上げるのが難しい部品に接触するデザインを持つ部品であると考えています。

しかし、彼の知る限りでは、3D プリンティングは現在、ワーク保持部品の主流の製造には使用されていません。「現在印刷できる素材はますますエキゾチックなものになってきており、精度もどんどん良くなってきています」と彼は言う。「しかし、生産にはまだ程遠いと思います。」

ジョーンズ氏によると、現在、3D プリントされたワークホールディングコンポーネントを生産に導入する上で障害になっている 1 つはコストです。ただし、現時点ではワークホールディングコンポーネントを3Dプリントするのは費用対効果が低いかもしれないが、技術が発展しコストが低下するにつれて状況は変化する可能性があると付け加えた。

ジョーンズ氏は、そう遠くない将来、ショップが必要なワークホールディングコンポーネントを印刷できるようになるかもしれないとも考えています。「おそらく数年後には、ワークホールディングを販売して、社内にプリンターを所有できるようになるでしょう。」と彼は言いました。「それでは、部品が必要な場合は、その部品を自分の施設で印刷できるように、デザインのライセンスを供与します。それはどれほど良いことですか?」

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