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スカイビングの革命:工作機械プロバイダーが、スカイビングについて最新の利点、テクノロジーと各種の考慮事項について論議

2020.09.07  切削工具基礎応用

EMO 2019(ドイツ・ハノーバー)とMotion + Power Technology 2019(ミシガン州デトロイト)の展示会で、工作機械メーカーが最新かつ最高のスカイビングテクノロジーを発表しました。 どちらの展示会でも、技術エキスパートが常駐する複数のブースがあり、フレキシビリティ、工具寿命、機械の稼働時間、スカイビングプロセスから得られる生産性の利点に関する最新情報を提供していました。

Liebherrは各種の切断プロセス用の機械を提示

Liebherrは、EMO 2019で、新しいギアスカイビングマシンLK 280 DCを発表しました。このマシンは、最大280 mmの外径または回転直径の部品を処理できます。 様々な工程に対応できるように、12ステーションのツールチェンジャーを搭載しています。

ドイツのLiebherr-Verzahntechnik GmbHのテクノロジーアプリケーション責任者であるOliver Winke博士は以下のように述べました。「生産を継続するための同一のスカイビングツールだけではなく、荒削りや仕上げ用のツールも装着して、仕上げカッターの摩耗を減らすことができます。」「スカイビングに加えて、これらのマシンは、旋削、穴あけ、フライス加工などの他の切削プロセスや、測定プローブの扱いにも対応しています。 これにより、お客様は、内歯車だけでなく、外歯車やシャフトの切削加工にも、将来にわたって柔軟に対応することができます」

Liebherrは、「FlexChamfer」と呼ばれる新しい面取りプロセスも導入しました。 面取りユニットの6-NC軸を使用し、マシンはエンドミルを移動させます。これにより、内歯車のような複雑な輪郭でも、特別な工具を使用せずに簡単に面取りできます。 Winkel博士によれば、これは加工メーカーや少量生産の場合に特に有用で、正確な面取りに関する今日のニーズに高い価値をもたらすものとのことです。

Liebherrは、Wenzel Gear Techギア測定機社の買収により、「Liebherr Open Connect IoTソリューション」を完成させました。測定データは、新しいGDE(歯車データ交換)フォーマットを使用して、歯車チェッカーと歯車切削機の間でやり取りされます。 この透明性高くオープンな「クローズドループ」により、手作業による入力を最小化し、機械の稼働時間を最大化できると同時に、既存の工作機械を(Liebherr製以外でも)統合することができます。

Winkel博士は、工具とワークの保持に関しては、クランプ治具が非常に重要であり、テーブル回転数に関しては、”静止した工程 “であるシェーピングやブローチ加工で顧客が慣れ親しんでいる条件とは、全く異なることが多いと述べています。「スカイビングでは、非常に高いテーブル回転数が要求されるため、動的な力ははるかに強くなります。クランプ治具の設計ではそれも考慮しなければならず、治工具の価格が高くなります。 大きなモジュールの創成研削をするときに同じような状況があり、プロファイル研削に使用していた既存の治具を使用したいと顧客は長年望んでいました」とWinkel博士は語りました。

Liebherrの場合、スカイビングの主な用途は、中~高バッチサイズの内歯車の製造です。シェーピングに時間がかかり、ブローチ加工が高価であったり、幾何学的に不可能であったりする場合については、Winkel博士は以下のように付け加えます。「産業用ギアボックスメーカーや建設・農業機械メーカー、加工メーカーなどが最も恩恵を受けるでしょう、自動車産業でさえも、衝突輪郭や中量のアウトソーシングが重要になってくると、アプリケーションの数が増えてきています。これは特に、干渉輪郭を持つ外歯車や、2つの歯車の間に位置合わせを行うスカイビングに当てはまります」。

Winkel博士は、中規模から大規模のロットサイズを持つ企業はギアスカイビングマシンを備えるべきだと考えています。 高い生産性レベルで外歯歯車と内歯歯車を加工できる柔軟性は、現在も未来も非常に魅力的です。 エンジニア達はギア設計に大きな可能性を見出しているので、この分野でのアプリケーションの増加が見込まれます。さらに、工具寿命とスカイビング技術に関する知識は向上し続けます。

三菱重工(MHI)のスーパースカイビング

高度に設計された最大剛性と高度な高速スピンドル同期により、MSS300は三菱重工のスーパースカイビングツールの切削性能を最大限に活用できます。これらの3段工具は、通常のピニオンタイプのスカイビング工具と比較して、工具寿命を40%〜300%伸ばししつつ、サイクルタイムを最大40%削減できます。3段式のスーパースカイビングカッターを使用した外歯スカイビングは、MSS300に最近追加されたオプションです。

「ギアスカイビング、特にスーパースカイビングは、伝統的に成形またはブローチ加工されていた内歯車に主に適用されます。 シェーピングより速く、ブローチ加工より遅いギアスカイビングは、制御と効率を向上させます。 これは、自動車、トラック、オフロード業界のセクターにも有用です。 「迅速な変更」の概念は、農機具メーカーや多品種少量から、中量の産業用アプリケーションにも適用できます。「ショルダー部などの干渉する形状の外部部品も、ギアスカイビングの良い候補となります」と三菱重工業アメリカのDwight Smith副社長は述べています。

3層構造のスーパースカイビングカッターのスピードと工具寿命の大幅な向上の恩恵を受けるためには、ワークホールディングを新しく設計して、ギア端面までカッターを送れるようにする必要があります。また、高速での加工のためには、剛性とバランスも重要です。

Smith氏は、スーパースカイビングツールは、プロセスに関与する切削ブレードの数が、従来のピニオンタイプのカッターと比較して3倍あり、金属の切削率がはるかに高いと述べています。 したがって、ワークの保持には、これらの力に抵抗するのに十分な剛性が必要です。 三菱のエンジニア達は、社内で開発された高度なシミュレーションソフトウェアを使用して、生成プロセスの各離散点で生成される力をモデル化することができます。このデータはワークホールディングデザインに適用できます。

Smith氏は、MSS300に搭載されているソフトウェアは継続的に進化していると語っています。機械の動作を最大化して特定の切断操作を実行すると、機能と柔軟性が広がります。 エンジニアリング分野では、切削シミュレーションソフトウェアが特定の切削工具設計情報を提供して、工具寿命と最終的な部品品質を向上させます。 MSS300および将来の反復の設計では、高度なFEMおよびMBD(マルチボディダイナミクス)分析が使用され、設計をさらに改善するために広範な固有振動数分析が実行されます。

機械の剛性と軸の同期を最適化することにより、三菱重工は工具寿命を改善し、大量生産アプリケーションでのブローチング加工に挑むことができるようになりました。 同時に、スーパースカイビングは多くの内歯および外歯アプリケーションの成形に取って代わるか、または置き換えることができ、はるかに優れたスループットを提供します。 修正を行う能力と工具交換の容易さにより、ギアスカイビングは多くの仕事で実行可能な選択肢になります。

「当社は,今後もお客様のニーズに応えるべく,スーパースカイビングマシン MSS シリーズへの機能追加を進めていきます。 WZLAachen Gear Researcとの共同研究により、スカイビングツールの寿命と生産性をさらに向上させるための貴重なデータが得られました。最近ミュンヘンで開催されたVDIシンポジウムで発表された別の研究では、スーパースカイビングで切断された内部リングギアの残留圧縮応力が減少したことが示されました。 これは、この種の部品の浸炭や焼き入れの歪みが減少する可能性を示唆しています」とSmith氏は述べました。

Gleasonでのパワースカイビングの強化

Gleasonは、100PS、300PS、400PS、600PS、800PSを含む内外の歯車用に、さまざまなサイズのパワースカイビングマシンを製造しています。 これらの機械と共に、必要な計算と分析をすべて備えたプロセスと、スカイビングカッターを設計するためのテクノロジーソフトウェアを提供します。

MSS 300スーパースカイビングマシンは、FEMおよびMBD解析を特徴としています。 また、Gleasonは、顧客の新しい仕事のために、プロセスとカッターの設計を含むこのサービスを直接提供しています。 この分析に基づいて、彼らはカッターを製造し、パワースカイビングプロセスと顧客のアプリケーションに特別に適合した専用のワークホールディングも製造しています。

シェーピングプロセス用の「ワンウェイ」ウェーハカッターは以前から使用されていましたが、Gleason-PfauteのアプリケーションエンジニアリングマネージャーであるWeppelman博士によれば、このようなカッターは現在のパワースカイビングプロセスを大きく改善するものではないとのことです。

カッター交換の頻度が高いので、パワースカイビングマシンでのカッターの再研磨は、事実上すべての面でのプロセスを向上させます。パワースカイビングプロセスはシェーピングと比較してはるかに速いからです。”このため、Gleasonでは、300,400,600PS機用に、短時間で機械内のカッターを再研磨するユニットを開発しました。これにより、一定数のギアを切削した後、カッターの面を全自動で機械内で再研磨することができ、オペレーターの手を煩わせることがありません。

除去されたストック(金属材料)を考慮してカッターの形状が自動的に調整され、連続生産がそれ以上中断されることなく継続されます。Weppelmann氏は、「側面の元々のコーティングがカッターの歯を十分に保護しているため、切削面の再コーティングは必要ありません。」と語ります。

スカイビングプロセスのすべての計算と分析は、Gleasoのソフトウェアテクノロジーによって提供されます。カッターを頻繁に交換する必要がなくなり、カッターを数日から数週間マシンに装着したままにして完全に使い切ることができます。

オペレーターが過去にカッター交換に費やしていた時間は、3〜4回の自動カッター研削サイクルに組み込まれ、研削サイクルごとのストック除去量が削減され、安定して高品質な歯車品質を維持するためにカッターを常にシャープに保ちます、とWeppelmann氏は付け加えました。

同一のカッターが生産を継続しているため、カッターの再研磨後の初物検査と機械の修正調整は不要になり、検査の量もコストも軽減されます。さらに、継続的な生産のための、カッターの管理と新しいカッターを適宜注文する作業が大幅に削減されます。 外部の再研磨サイクルにカッターを循環させる必要がなくなるため、カッターの在庫も大幅に削減できます。

「外部でのカッターの再研磨・再コーティングがなくなるため、ギア一個あたりの工具コストが大幅に削減されます。さらに、上記の各種の利点を考慮すると、全体の節約はかなり大きなものになります。 カーバイドカッターがソフトあるいはハードスカイビングに使用される場合、外部の再研磨・再コーティングをなくすことによる節約はさらに高くなります。また、カッターを触ることなく使い続けられることにより、高価な超硬カッターの手作業による損傷の危険を大幅に減少させます。

「カッター面のコーティング欠損によってパワースカイビングの生産性が損なわれることはありません。外注でカッターを再研磨・再コーティングしている現行のカッターの使用サイクルに比べて、より高い頻度で、機械の内部で再研磨を行っているからです」とWeppelmann氏は述べています。干渉や切粉の排出の要件により、すべての内部リングギア形状がスカイブできるわけではありません。

パワースカイビングでは、交差軸の角度が必要であるため、カッターとワークの衝突を避けるために、切削終了時の衝突ショルダーまでの距離を大きくする必要があります。Weppelmann氏によると、典型的なスカイビング用途は、内歯車、平歯車、ヘリカル歯車で、軟質で硬化した状態です。 ノイズを軽減するためのより高い品質要件のエレクトロモビリティ、トラックおよびトラックの軽量ギア、農業および建設機械用ギア、航空機およびロボット用ギア、および多くの産業用途向けの幅広いギアなど歯車メーカーが請け負っています。

「パワースカイビングは、パワースカイビングに適した歯車である限り、シェーピングプロセスからますます多くの歯車加工を奪いつつあります。現在では、熱処理後の硬質仕上げ加工でなければ達成できない高品質の歯車の硬質仕上げ加工にも使用されており、主にエレクトロモビリティやロボット用途で使用されています。

統合カッター再研磨機能を備えたグリーソンパワースカイビングマシンは、これらの要件を理想的にサポートします。ハードパワースカイビングは、統合カッター再研磨との緊密な組み合わせで大きく発展する技術です、とWeppelmann氏は述べています。これは、より静かで正確なギアの要件を満たすものです。 統合カッター再研磨は、コストと工具の在庫を削減し、歯車の品質を向上させるためにますます受け入れられるものとなるでしょう。

Star-SUがスカイビング/スカディングの利点について語る

Star-SUとそのパートナーであるSamputensiliとGMTAは、スカイビングの最新の進歩を提供するためのツールとアプリケーションのノウハウを提供しています。 これらの進歩により、成形加工などの分野でありがちな長いサイクルタイムを短縮し、全体的な製造コストを削減できます。Samputensiliの営業マネージャーであるDeniz Sari氏は、次のように述べています。 「私たちは現在、GMTA社のProfilator装置について協力しています。これらの機械は乾式切削用に設計されており、優れた切粉排出と高速切断速度を実現しています。」

GMTAのスカディングは、ギア製造に従来のパワースカイビング技術を採用し、より正確で用途の広いものにしています。 このプロセスは、ギアやスプラインの成形、ブローチ加工、その他のギア切断アプリケーションにおいて非常に競争力があるものです。Sari氏は以下のように述べています。「今日の多くの顧客は、さまざまな機械加工操作(スカイビングを伴う)を単一のプラットフォームに組み合わせた機械を探しています。これは、ハノーバーのEMOとデトロイトのMotion + Power Technology Expoの両方の参加者のコンセンサスであると思います。」

Star-SUのギアツール製品マネージャー、Tom Ware氏によると、工作機械メーカーは、5軸フライス加工にスカイビングを取り入れるという課題について検討しています。「彼らは通常、必要な機材の知見を持っていないので、ツールサプライヤーのプロセスエンジニアに頼っています」とWare氏は述べています。

「これは、切削工具プロバイダーのエンジニアリング能力をひどく無駄にするおそれがあります。そこには馬力や剛性に関する機械的な問題が内在しており、スカイビング工程を最適化するためには慎重に検討する必要があります。」とも 述べています。Sari氏は、Star-SUとそのパートナーは、これらのさまざまな課題に取り組む方法を模索していると述べました。

Sari氏は述べています。「現在、これらの5軸機で生産可能な歯車は、ほとんどが低品質のスプラインやプロトタイプです。それは非常に理にかなっています」そして「しかし、より大きなバッチサイズを検討し始めると、専用のギア機器を適切に代替することはできません。」。

彼は、今日のスカイビングの最大の利点は、自動車用途でも、トラックやトラクター用途におけるより精巧な歯車設計でも、内部リング歯車にあると考えています。 「ヘリカルブローチ加工から脱却できるところはどこでも、スカイビングの成長は続くと思います。ダブルギアの用途も、スカイビングの恩恵を受けることができるもう一つの分野です。」と述べています。

Sari氏は、自動車分野が推進するスカイビングプロセス、特に今日行われている電動化のトレンドに大きな可能性を秘めていると考えています。 「高度な統合部品をすべて搭載した電動ギアボックスは、スカイビングプロセスに新しい機会を提供します。」と述べています。

スカイビング用の工具は、最近ではあまり新しい製造技術を必要としていませんが、Ware氏によると、彼らはより長い機械稼働時間とより良い性能を提供する高速スカイビング工具の開発に注力しており、”スカイビングプロセスで起こっている新しいことはすべて、現在は設計側で行われています”いると述べています。

しかし、柔軟性、生産性、機械加工操作の強化のために、スカディング/スカイビングは引き続きギアメーカーに追加の切削オプションを提供しています。「ギアの設計者は、すべてのプロファイルとリード修正を使用することを好みます」とSari氏は述べています。

「これはブローチ加工ではできないことです。スカイビングでは、最新のCNC技術を用いて、機械制御にリード補正を追加することができ、まったく問題はありません。」とも述べています。

進化は続く

より静かで正確な歯車を製造しようとしているメーカーは、スカイビング技術を引き続き検討するでしょう。航空宇宙産業と自動車産業の両方の変化する状況は、スカイビングプロセスに多くの機会を提供するでしょう。 2019年の焦点は、各工作機械プロバイダーが注力しているさまざまなスタイル、方法、ツール、作業手順です。これらの各種の技術は、EMOとMotion + Power Technology Expoの両方で展示されており、IMTS 2020が秋に開催される頃までには技術が進化し続けると言っても良いでしょう。

記事出典: https://www.geartechnology.com/

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