インダストリー 4.0 に向けた研削

May 04, 2023

機械は、経験豊富なオペレーター不足によるギャップを埋めるために、使いやすさと多用途性を考慮して設計されています。

ほぼすべてのワークピースの形状と寸法に必要な精度を生み出すために、研削プロセスが行われます。 医療機器、切削工具、自動車部品などは、最新の機械技術やオートメーションから直接恩恵を受けることができます。 大手研削盤メーカーは、生産要件、より厳しい公差、仕上げ仕様を満たすために、スピンドル技術、制御とソフトウェア、ロボット工学におけるこれらの進歩を自社の装置に組み込んでいます。 経験豊富な研削盤オペレーターや技術者の不足に直面している機械メーカーは、自社の機械をできる限り使いやすくし、メーカーのセットアップ、操作、トラブルシューティングを支援するデジタル接続サポートを構築しています。

ミシガン州ウィクソムの Anca Inc. による進歩には、スピンドルの熱制御、ロボットと連携したブランクの装填、研削、測定の自動化、スカイビング カッターや再研削ホブを製造するための歯車研削技術などが含まれます。 パット・ボーランド社長によると、新たに導入された Anca Integrated Manufacturing System (AIMS) は、工場全体のインダストリー 4.0 の統合と接続を通じて切削工具の生産を最適化します。 「AIMSには、セルの情報面をサポートするためのハードウェアと完全なソフトウェアスイートを含むすべての主要なサポート要素が含まれています」と同氏は述べた。

「AIMS オートメーションを使用すると、顧客は非生産的な機械時間を大幅に削減する連続的な無人生産と、工場全体の一連の工具生産プロセスを接続するスマート オートメーションを実現できます。」とボーランド氏は述べています。 「AIMSはモジュール式、構成可能、拡張可能になるように設計されており、段階的に展開できるため、従来の製造から自動化された統合製造への簡単、段階的、スムーズな移行が可能になります」と同氏は説明した。

同社によれば、Anca の新しい切削工具グラインダーには、大量のエンドミルやその他の切削工具を製造するために設計された MX7 ULTRA が含まれます。 このシステムには新しいソフトウェア、ハードウェア、設計機能が組み込まれており、「表面仕上げ、精度、コントローラーの振れが大幅に向上し、最初の研削工具から 1,000 番目の研削工具までバッチの一貫性を実現します」とボーランド氏は説明しました。

MX7 ULTRA は、研削スピンドルの熱膨張を補償する特許出願中のモーター温度制御 (MTC) を備えています。 また、ナノメートル制御システム、スムーズな動きを実現する新しいサーボ制御アルゴリズム、剛性と剛性を強化するためのシステムと機械のアップグレード、一貫した精度を実現するためのプロセス内測定、バランス、振れ補正も備えています。

スカイビングカッター、シェイパーカッター、再研削ホブなどの急速に発展するe-モビリティ自動車市場への参入を目指すメーカーにとって、AncaのGCXリニアギアツールグラインダーは、外部ホイールドレッサーと研削スピンドルの温度制御を備えた完全なソリューションを提供します。 。 GCX の機能には、LinX リニア モーターを備えたすべての軸、研削スピンドルとドレッサー スピンドルの MTC、統合されたギアツール測定、および直接補正が含まれます。

ボーランド氏は、従来のグラインダーを使用して通常必要とされる時間の半分でダブルまたはトリプル A のスカイビングカッターを研削できる GCX Linear の機能の例を挙げました。 「カッターの研削に必要な時間にわたって MTC を使用してスピンドル温度を制御することは、製造される工具のばらつきを減らすために不可欠です。ホイール摩耗のレーザー測定により工具のプロファイルが補正されます。ミクロン レベルでは、ホイールのアンバランスによって引き起こされる振動は望ましくありません。」 」とボーランド氏は説明した。

Royal Master Grinders Inc. (ニュージャージー州オークランド) は、70 年以上にわたりセンタレスグラインダーを製造してきた家族経営の会社です。 同社は、従来の自動車部品や航空宇宙部品、さらには医療用途のセンタレス研削を専門としています。 「当社は長年にわたり、骨および頭蓋ドリル、カニューレ、拡張器、バルーンカテーテル、カテーテルシャフト、特殊ガイドワイヤーなど、多くのユニークな部品に挑戦してきました」と副社長のジョン・メメラール・ジュニア氏は語った。 「私たちはまた、人体を一度も見たことのない多くの製品を実験してきました。研究開発中に、それらはロイヤルマスターマシンで磨かれてテストされ、その結果、企業が新しい製品やプロセスを開発するのに役立つ医療革新がもたらされました。」

Royal Master は、TG-12x4 および TG12X8 プラットフォームに基づいた幅広いモデルを提供しています。 基本から中レベルのサーボサイクルから、サブミクロンの公差まで研削できる高レベルのシステムなど、さまざまな精度パッケージが利用可能です。 Memmelaar 氏によると、共通点は、基本的なシステムから最も複雑なシステムに至るまで、出荷前に各機械が 1 ミクロン未満で丸く真っ直ぐに研削されることです。 「私はずっと前に、製品を 24 時間 365 日稼働させている場合、4 分の 1 秒が違いを生むと教えられました。」と彼は述べました。 「私たちの課題は、設備からあらゆる生産物を絞り出すことです。」

医療業界がより自動化されたソリューションを求めている中、ロイヤルマスターはカテーテル、ガイドワイヤー、整形外科用針、その他の微細加工コンポーネントを研磨するための完全消灯システムを提供しています。 「しかし、私たちは新興企業を忘れたわけではありません」とメメラール氏は付け加え、メーカーがそのような企業がデザインプロトタイプを開発し、ロイヤルマスターの研究開発ラボでサンプルや少量生産を行うのを支援していると指摘した。

「当社の非常に優れた医療製品用の新しい機械の 1 つは、完全自律的な方法で生検針を研磨するために使用されています」と Memmelaar 氏は熱っぽく語った。 同氏は、この装置はロボットを使用して部品を正しい向きで砥石車に移動させ、平面、トロカール形状、および針に必要なその他の必要な形状を研削すると説明した。

少量の自動化の場合、Royal Master は、作業現場の誰でも 1,000 個または 2,000 個の少量生産用にセットアップできるユニバーサル ロボットの協働ユニットを使用する、ロボット工学へのより複雑でないアプローチを選択します。 より大量のアプリケーションの場合、ロイヤル マスターは、エレベータ システム用に設計されたパレットを備えたファナック ロボットを使用しています。

「垂直スタッキングシステムを使用すると、オペレーターはパレットを出し入れするためにライトカーテンや安全回路を壊す必要がありません」とメメラール氏は語った。 「これは非常に効率的です。オペレーターはパレットを交換するだけで済みます」と彼は宣言し、ホイール直径の測定と補正が自動的に行われることを指摘しました。

経験豊富な研削オペレーターを見つけるという課題に対処するために、ロイヤル マスターは対話型のオペレーター インターフェイスをユーザーフレンドリーに調整しました。 「私たちはグラインダーの HMI を簡単にナビゲートしてセットアップできるようにし、オペレーターがデータを保存し、機械を学習し、疑問に対する答えを得るのに役立つ提案とショートカットを含むチュートリアルを組み込みました。」

さらに、同社は自社の機械に特定の部品の詳細な「研削レシピ」を組み込みました。 「オペレータが部品番号とすべてのパラメータを含むセットアップ シートを呼び出せるように、オペレータ インターフェイスでセットアップ シートを模倣することを望んでいる多くの顧客がいます。」

ミシガン州ファーンデールに本拠を置く Unison Corp. の起源は、同社が平面研削盤のテーブルに取り付けて丸研削用の円筒研削盤に変える DedTru 治具を発明した 1950 年代後半に遡ります。

この機械の応用は長年にわたって盛んになってきました。 実際、デイブ・スワイダー社長によると、現在世界中に約 10,000 台の DedTru および TruFlute グラインダーがあり、医療、歯科、航空宇宙、自動車、オフハイウェイ、プラスチック、石油化学産業にサービスを提供しています。 Unison の TruFlute 製品ラインには、医療機器の製造に必要な厳しい公差を保持できるツール カッター、バリ グラインダー、ピール グラインダー、パンチ グラインダーが含まれています。

「DedTru 器具は、同心度が少なくとも 5,000 万分の 1 を維持します。これは当時としては革命的なことでした」とスワイダー氏は述べています。 「1977年、最初のパーソナルコンピュータが誕生した頃、ユニゾンは業界初と言われる手動グラインダーにプログラマブルコンピュータを搭載しました。

「そこから、3 軸、4 軸、5 軸、8 軸グラインダーを開発し、当社の機械に 3 軸のピックアンドプレイス オートローダー/アンローダーを提供しました」と Swider 氏は続けました。 「一部のモデルには、9 番目の軸を提供する両端スピンドルがあります」と彼は付け加え、「一方の端に最大 4 つのホイールの砥石パックを備えたスピンドルがある場合、そのスピンドルを 180 度回転させることができます」と詳しく説明しました。 ° 反対側には最大 4 つの砥石からなる 2 番目の砥石パックを使用します。」

Unison の医療製造顧客は、TruFlute グラインダーを使用して、医療市場向けのドリル、リーマー、エンドミル、トロカールなどのさまざまな特殊ツールを製造しています。 9月のIMTSでは3つの新モデルが披露された。

サプライヤーによれば、最小のものはモデル 2150 DedTru CNC 3 軸センタレス研削システムで、切削工具の製造に使用するブランクの準備に最適です。 モデル 2150 は、Unison 独自のソフトウェアと制御を備えており、オペレーターがスルーフィード、インフィード、およびプランジ研削テーパーや直径 0.005 インチから 5 インチの範囲の円筒部品の研削などの二次操作などのセンタレス研削をカスタマイズできるようにします ( 0.127～127mm）。

モデル 2150 には、砥石摩耗に対する自動サイズ補正機能を備えたサイクルで砥石車をドレッシングする機能があります。 単純な平砥石のドレッシングであっても、複雑な形状のドレッシングであっても、機械オペレーターが制御する研削サイクル中にドレッシングを自動的に実行できます。

「これは完全に密閉されたシステムです」とスワイダー氏は言う。 モデル 2150 は、安川製 AC サーボ モーター、ドライブ アンプ、ガラス スケールを備えた 3 軸機械であり、制御フィードバックにより摩耗の自動補正が容易になります。 「以前は、研削の知識のあるオペレーターがハンドルを動かして機械を微調整していました。今日のオペレーターは、Unison の CNC 制御を使用して、機械を研削位置に自動的に移動させます。」

仕上げ工具とフルートのポインティング用に、Unison はモデル 3000 デュアル スピンドル 5 軸 CNC プロファイル ツールとカッター グラインダーを提供しています。 スワイダー氏によると、この機械は工具ブランクを迅速に準備できるように設計されており、9,000～10,000 rpmのダイレクトドライブスピンドルを備えており、「ワンパスで荒研削と仕上げ研削が可能」だという。 Unison の新しい EZ ソフトウェアを使用すると、モデル 3000 のオペレータは、単に空白を埋めて、機械のリアルタイム 3D パーツ プレディクタを使用してパーツ プログラムを検証するだけで、ユーザー フレンドリーなインターフェイスでツールの形状を迅速にカスタマイズおよび/または変更できると同氏は説明しました。

コンピューター制御は重要な機械の機能を監視し、研削、追跡、およびエラーの記録中に発生した問題をオペレーターに警告します。 モデル 3000 は、インターネット経由でネットワーク接続および/または監視することができ、Unison 技術者との直接対話を可能にするリモート コントロール機能を装備することができます。

このグラインダーには、安川製 AC ドライブ アンプとサーボモーターのほか、連続部品研削用の自動ピクアンドプレイス部品ローダー/アンローダーが搭載されています。 モデル 3000 には、Schaublin W25 空気圧式ワークホールディング システムと正確なプローブ アセンブリが装備されており、同社はこれにより部品の再現性が保証されると主張しています。

Unison のモデル 9300 6 軸 CNC ツールおよびカッター研削システムは、21.5 馬力 (16 kW) のダイレクトドライブ両端研削スピンドルを備え、高精度のドリル、エンドミル、リーマを迅速かつ正確に製造できるように設計されています。 モデル 9300 は、「穴埋め」機能を備えた Unison の新しい EZ ソフトウェアと、完全なソフトウェア パッケージおよびツール プログラムのライブラリも備えています。

ノートン | Saint-Gobain Abrasives は、研削が困難な新素材、より厳格な仕上げ仕様、より自動化および制御された製造プロセスなど、精密エンジニアリング市場の課題に対応する幅広いカスタム研磨材を提供しています。

IMTS で発表、ノートン | サプライヤーによると、サンゴバンのクォンタムプライム砥石は独自のナノ結晶セラミック粒子を採用しており、幅広い用途で生産性を大幅に向上させることができるという。 同社関係者らによると、新システムは「非常に高い研削効率と部品品質」を実現し、従来のセラミック砥粒よりも砥石寿命が大幅に長いという。

精密用途向けの新しい高性能 Norton IDeal-Prime 内径研削砥石には、Quantum Prime 砥石も採用されています。 サンゴバンの新しいセラミック粒子の微小破壊特性と高度な結合の保持能力の組み合わせにより、IDeal-Prime ホイールの長い寿命、優れた研削効率、およびコストにつながる優れた表面仕上げによる一貫した部品品質が保証されます。 30％以上の節約になると同社は主張した。

パラダイム プラスの「次世代」ダイヤモンド ホイールには、脆い金属結合を補完する新しいプレミアム砥粒技術が採用されており、超硬丸工具ではより高い研削性能を実現し、超硬およびサーメット インサートでは外周研削を実現します。 この技術は、高度な新しい軽量コアと組み合わせることで、比切削エネルギーが低くなり、材料除去率 (MRR) が 25 ～ 50% 向上し、現在のパラダイムホイールと比較してホイール寿命が大幅に向上すると同社は述べています。 丸工具とインサートについては、新しい G-Force Plus 次世代ホイールは、改良されたハイブリッド結合を備えたプレミアムグレインテクノロジーを使用しており、現行の G-Force ホイールと比較して MRR とホイール寿命が大幅に向上しています。

新しいノートン アブレイシブ プロセス ソリューション (APS) プログラムは、顧客が特定の用途に最適な研削または仕上げソリューションを決定できるよう支援することで、カスタム研削の専門知識を提供します。 アプリケーションは、単純なものから複雑なもの、オフハンドまたは自動化されたものまで多岐にわたり、金属製造、生産研削、および事実上あらゆる研磨作業に適用されます。 APS プログラムは、ノートン チームの知識に加えて、30 台の異なるマシンと最先端の APS ロボット オートメーション セルへのアクセスを活用しています。これは、米国のヒギンズ グラインディング テクノロジー センターにある新しい APS プログラムの中核です。マサチューセッツ州ノースボロー。APS チームは、研磨プロセスの開発、最適化、自動化、および社内テストを提供します。 APS サービスには、新しい研磨剤のテストと最適化、品質および/またはスループットの向上、まったく新しいカスタマイズされたプロセスの探索が含まれます。

次世代の NORaX N889 微細構造設計研磨ベルトは、医療、航空宇宙、自動車、船舶、金属製造、一般金属加工などのさまざまな業界用途で、一貫した微細部品の仕上げを実現するための正確で柔軟な設計を特徴としています。 同社によれば、この新しいベルトは、同クラスの他のベルトと比較して最大 30% 優れたパフォーマンスを提供します。

ノートンによれば、TQ および TQX 形状のセラミック砥粒は、業界で最も長い形状のセラミック砥粒を提供しており、最高の MRR と最もクールな切断を実現するように最適化されています。

カムおよびクランクシャフトの外部研削および内部研削用途に高性能研削ソリューションを必要とする自動車メーカーおよびベアリングメーカー向けに、サンゴバン アブレイシブズは高精度ビトリファイドボンドを備えた Norton Vitron7 cBN 研削砥石を提供しています。

歯車メーカー向けに、Xtrimium シリーズの歯車研削ソリューションは、極端で厳しい公差環境での高性能歯車研削用に設計されています。 歯車研削製品のポートフォリオは、ウォーム、プロファイル、およびベベルの用途において、より高いプロファイル精度、最高の形状保持、および焼けのない研削を提供するために、カテゴリ別に特別に設計されています。 この製品群を際立たせているのは、革新的なデュアル ウォーム ホイール設計で、1 つの砥石車で 2 つの作業を可能にし、時間とコストを大幅に節約します。

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