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パワースカイビングの将来

2019.05.21  切削工具基礎工作機械

パワースカイビングは今後も発展していくためには、機械加工スピンドルとの同期をどれだけ改善することができるかが最も重要になっています。

このプロセスは1世紀以上前から存在していましたが、最近の機械構造の進歩により、ついに競争力のある製造プロセスとして脚光を浴びています。 特定の種類の部品、特に内歯車には、Gleason、Klingelnberg、Pittler、Profilator、Toyotaなどによって製造されているようなハイエンドの専用歯車スカイビングマシンが最も生産的な選択肢と言われています。

残念ながら、すべての歯車製造業者がそのような機械を持っているわけではありません。 しかし、多くの人がミルターンマシンや複合加工機を持っています、そしてそれらは専用のギアスカイビングマシンと同じ生産性を決して持ってはいませんが、それらでギアスカイビングをすることは可能です。 この記事では、MazakとOkumaの2つの工作機械メーカーと話をして、どれほど進歩しているのかをお伺いしました。

歯車のスカイビングはこれまで、産業界、特に内歯車の製造のために、はるかに進歩してきました。 高速切断プロセスとして、ワークの切削にかかる時間を大幅に短縮します。 しかし、Arthur Bloch氏がかつて言ったように、「すべての解決策は新しい問題」を生み出します。 複合加工機にとって、今日、製造業者が直面する問題は、高速回転で機械のフライス盤と旋盤のスピンドルを同期させることです。  専用の歯車製造機が昔からこの問題に取り組んでいましたが、マルチタスキングのミルターンでは、これまで高速スピンドルの同期が優先されてこなかったため、技術的に追いつく必要があります。 機械のスピンドルが互いに正確に同期していることを確認することは、ギアスカイビングプロセス中にエラーが発生しないようにするために不可欠です。

「すべては回転精度です」と、Okumaの旋盤アプリケーションエンジニアであるChris Peluso氏は言います。 「ドライブが、いつでもスピンドルがどこにあるのかを知らせてくれないのであれば、2つのドライブと一致することはできません。 旋盤主軸とフライス主軸は、部品の歯数と切削工具の切削歯またはネジ山の数に基づいた比率で同期させる必要があります。  そして、ツールとワークの間の速度を完璧な比率で維持することができなければ、悪いパーツを出すか壊滅的な失敗を引き起こすことになります。」

スピンドルが同期していないと、壊滅的な障害や不良部品が発生する可能性があることは想像に難くありません。 これらの高速プロセス中、ワークと切削工具の両方が動いています。両方とも高速で回転しているときに切削工具上の特定の点を切削の対象となるワークの中心線に合わせることは、天体を整列させることに似ています。発生するには非常に正確なタイミングが必要です。 そして他の切削プロセスと同様に、それは急速に連続して繰り返し起こる必要があります。 さらには歯車の生産であるので、それは数ミクロン以内の正確な要求でなされ、各スピンドルは全く異なる速度で動く必要があります。 たとえば、ワークピースの主軸が500 rpmで動いている場合、切削工具の主軸はその2倍の速度で動く必要があります。 そして、特定のギアで使用されているすべての異なる変数、つまり歯の寸法と数、を切削すると、工具が意図した方法でワークに合うように各スピンドルが移動するのに必要な速度それがワークに当たる角度 – これらの変数のいずれかを使った単なる切削が、意図したものとは劇的に異なる切削になる可能性があることは明らかです。 これにはスピンドルの回転周期も含まれます。

(編集者注:ハイエンドの専用ギアスカイビングマシンは、通常3,000 rpm以上の同期スピンドル速度を提供しています。)

マルチタスクマシンは伝統的に、専用のギアと同じくらい厳密にスピンドルを同期させる必要はありませんでした。他の切削技術に対して一般的に必要な許容範囲内であったため、製造機械は、製造時間を短縮する他の方法が12個ある場合でもそれを修正する理由はありませんでした。 しかし、ギアスカイビングの人気が高まっている現在、マルチタスク機製造業者は、より高い精査で彼らのスピンドルに注目しています。 Mazakのハイブリッドマシン担当ハイエンド製品マネージャであるJoe Wilker氏は、次のように述べています。「ミーリング作業のエンドミルが5%のようにプラスまたはマイナスに変動しても、チップ負荷の点では問題になりません」 チップの負荷は変動しますが、ごくわずかです。  しかし、ギアスカイビングアプリケーションでは、そのような種類の違いはあり得ません。 そのため、ミーリングスピンドルの回転数とパートスピンドルの回転数の両方を、より細かく制御する必要があります。」

電気機械とギア駆動機械の対比への移行は、OkumaやMazakなどの企業が同期の問題を解決するための主要な方法です。 方程式の大部分は、機械的な駆動装置でスピンドルから離れることであり、代わりに電気モーターで駆動しているものを選びます。 しかし、他にも、Okumaの「高精度C軸」など、競合するエンコーダよりも高い解像度を持ち、±2.5インチの精度を実現するなどのステップがあります。 Okumaはまた、すべてを自社で製造することによって高い精度を確保しようとしています。これは、機械の保守および調整に伴う混乱を減らすのに役立ちます。

Peluso氏は、次のように述べています。 「測位に必要なゲイン調整と位置精度に必要なゲイン調整はどの程度必要なのか。 それはすべてアメリカのここにいる人々によって修正することができます…。 あるメーカーのコントロールと他のユーザーのドライブがあり、そのコントロールと連動するようにドライブを調整する責任を持つ人がいるとします。 私たちと一緒に、唯一の情報源があります。 話す相手は1人だけです。 それが制御または機械的な側面であるならば、私たちはここで私たちの自由に使えるすべてのリソースを持っています。」

一方、Mazakは最近、前回のIMTSで発表された2台の新しいマルチスピンドルマルチタスクマシンを開発しました。 1つは、インテグレックスe-1250V / 8 AG(オートギア)、垂直型マルチタスキングマシンです。 もう一つは、インテグレックスi-200ST AG、傾斜B軸を持つ水平型マルチタスクマシンです。 両方の機械は、歯車、ならびにシャフト、リング、複雑な工作物およびギアボックス部品などの他の歯車構成パーツを製造することができます。

「これらのAG機械は、通常歯車作業を拒否したり、歯車作業を委託したりする、および/または大量生産の歯車装置を購入するための資本がない店舗用です」とWilker氏は述べています。 「1つの機械プラットフォームで、全体の部品精度を保持している1つの作業は、部品基準とギア機能に関連して改善されています。」

これらのマシンはまた、ギアのスカイビング能力に加えて、スカイビング、ホブ切り、およびミーリング用のMazakのSmooth Gear Cuttingソフトウェアパッケージも実行しています。

両社のプログラミング競争は加速し、歯車製造の複雑なプロセスとその多くの変数をほんの少数の必要なデータポイントに単純化しました。 MazakにはSmoothシリーズがあり、Okumaにはチューニングスピンドル用に設計されたサーボナビと一緒に独自のギアプログラミング機能があります。 ユーザーが知る必要があるのは、モジュールや歯数などのいくつかのギア要因だけで、これらのいくつかの質問に答えることで、CNCソフトウェアは緊急回避を含む、機能の切断に必要な完全に編集可能なプログラムを構築します。 これは、カッターが安全に動く間、スピンドルを同期させます。

「我々は基本的にユーザーフレンドリーなCNC技術プログラミングを開発しました、それはすべての技術レベルのオペレーターがギアをプログラムすることをより簡単にしました」とWilker氏は言いました。 「これまで歯切りのプログラミングの働きについて、誰もそれについて何も知りませんでした。 そしてそれを「機械の基本的な構成要素」と見ていました。

「メインスピンドルを回転させるのに必要な回転数やワークスピンドルを回転させるのに必要な速度を計算、そして私がこの数と深さの切込みをしたいのであれば、どのようにこれらすべてを行いますか?」 Peluso氏は「それで、プログラミングの観点を本当に単純化しました。」と言いました。

ソフトウェアと機械的な改良を通して、少なくともMazakとOkumaの専門家の心の中では、同期化スピンドルの問題は実際には頻繫に取り組まれています。 製造業者は標準的なモジュールが比較的容易に生産されるところにスピンドル同期を得ました。 しかし、製造業では他のものと同様に、常に改善の余地があります。また、専用のギアマシンは、スピンドルが同期できる最大速度にまだ優位性があります。 そして、すべての解決策はまた新しい問題を生み出しています。 次に取り組むべき新たな問題が発生するのがわかっていくのです。

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