CNC自動旋盤で、絶対に知っておきたい活用方法とは?

CNC自動旋盤、絶対に知っておきたい活用方法とは?

高額な設備投資のひとつ「工作機械」、その導入に悩まれる方も多いのではないでしょうか? 

本記事では、 「CNC自動旋盤」を効率的に運用する方法、導入効果を最大化する方法を解説します。
CNC自動旋盤をすでにお持ちの方、これから導入される方は必見です。

■こんな方におすすめ記事

  • CNC自動旋盤を導入し内製化を検討している
  • すでにCNC自動旋盤を使っているがワークの全数検査で苦労している
  • CNC自動旋盤の効果的な運用方法を知りたい

■本記事のポイント
・メトロールのCNC自動旋盤の導入事例がわかる
・CNC自動旋盤で行う機内計測のメリットがわかる
・自動旋盤での連続した加工不良を防ぐ方法がわかる

メトロールがCNC自動旋盤Cincomを導入した経緯

メトロールは合計7台のCNC自動旋盤(シチズンマシナリー社のCNC自動旋盤Cincom L12、L20)を保有するユーザーです。

導入の目的は自社製品のパーツを内製化することでした。
導入前は、外注もしくは社内の汎用機で内製の2択でしたが、以下の理由から内製化に踏み切りました。

  • リードタイムが長く、ちょっとした変更に対応ができない。
  • 品質管理がむずかしい
  • 汎用機では数が作れず、コスト管理が困難
  • 社内に加工やNCに関するノウハウが溜まらない
メトロールがCNC自動旋盤Cincomを導入した経緯
▲当社が導入したシチズンマシナリー社製CNC自動旋盤Cincom

CNC自動旋盤でシチズンのCincomを選定した理由

数ある自動旋盤メーカーでも、今回シチズンマシナリー社のCincomシリーズを選定した理由は

  • トラブル時のサービスが速く、すでにCincomユーザであった協力会社からの前評判もよかった
  • 初心者でも段替えやプログラムが扱いやすく、「少人数・多台掛け持ちスタイル」の当社では使いやすいと判断
  • CincomにはLFV(振動切削)機能がついており、切粉トラブルを回避しやすい

様々なメーカーを保有すると、それだけ覚えるオペレーションも増えてしまいます。
そのため弊社では標準モデルで、同じメーカーで揃えるという方針で、最終的にシチズンマシナリー社のCincomを選定しました。

CNC自動旋盤を導入前に知っておくべき2つの課題

CNC自動旋盤に限りませんが、自動機の導入には2つの課題を考えなければいけません。

1つ目は「連続加工で、加工不良品を作り続けてしまう」というリスクです。

例えば、1000個の部品を連続加工するとき、500個目から加工不良が出始めたとします。
すると、残りのあと500個は最悪の場合、全て加工不良となり材料費と加工時間が無駄になります。
そのうえ実際は、何個目から加工不良が発生したのかが分からないので、1000個全てを検査する必要があり、検査工数もかかります。

加工不良の原因はツールのチッピングや熱変位が挙げられます。
一度不良が出始めてから良品に戻る可能性は低いため、不良がでたら可能な限り早く機械をストップするのが鉄則でしょう。

▲CNC自動旋盤で加工したワーク
▲CNC自動旋盤で加工したワーク

2つ目は、「削った後のワークの寸法測定」の工数と信頼性です。
当然ですが、たくさん作れば作った分だけ検査工数が増えます。不良品が見つかれば、良品と不良品の選別、原因の特定もしなければなりません。
ノギスなどの測定器具で手作業で全数検査をする場合、以下のようなリスクやコストが発生します。

  • 担当者によって検査基準が微妙に違う
  • 体力や集中力の限界でヒューマンエラーが起きる
  • 検査のために人員を確保する

など不良品の見落としリスクも大きくなるでしょう。

CNC自動旋盤で加工したワークの測定
▲ノギスによる外径の測定
CNC自動旋盤で加工したワークの測定2
▲ピンゲージによる内径検査

検査の社内ルールはユーザによって異なりますが、一度に大量に加工したときの課題をまとめると、

  • 不良品がでなくても作った分だけ検査工数がかかる
  • (不良がでた時)何個目から不良が発生したのかがわからない
  • 不良品を作り続けてしまうリスクがある
  • 加工不良の早期改善が難しくなる

などが挙げられます。
人手や予算に余裕があれば「全数検査」も良いですが、いずれにしても効率的な検査のルールを設定が重要です。

CNC自動旋盤を導入時の課題
▲CNC自動旋盤導入時の注意

CNC自動旋盤を効率よく活用する運用とは?

当社ではこの2つの課題を「機内計測」を行うことで回避しています。

運用としては、一定数を加工したら、タッチプローブでクランプ中のワーク寸法(内径・外径)のチェックを行います。
万が一、公差を外れる不良品をタッチプローブが検出した場合は、
①アラームで機械をストップ ②設備保全 ③リトライをかける、の3ステップを行います。

この「機内計測」の運用とメリットを例をつかって解説します。

CNC自動旋盤を効率よく活用するための機内測定用タッチプローブ
▲機内計測用のタッチプローブ
CNC自動旋盤で当社が加工しているパーツ
▲プローブでチェックしているワーク

【事例】CNC自動旋盤での「機内計測」のメリット

例えば、1000個のワーク加工サイクルで、250個に1回タッチプローブによるワークの計測を行うとします。

機内計測で不良品を検出した場合は、それ以上加工しないようにアラームで機械をストップします。(イラスト参照)

【具体例】CNC自動旋盤での機内計測
▲工程⑥の機内計測で不良品を検出した場合は機械を止めます。

工程⑥の機械を止めたタイミングで、即座に加工不良の原因を特定し、工程⑦で不良がでないよう設備の保全をします。

お役立ち資料はコチラからダウンロード

事例からわかる「機内計測」 のメリット

不良を発見した段階で機械を止めることで以下3つののメリットがあります。

  • (工程①③の)機内計測で良品判定がでたロットのワークは検査不要
  • エラーが出た(工程⑤)ロットのワークのみ不良品選別すればOK
  • 将来の加工不良(工程⑦)を未然に防止できる
CNC自動旋盤における機内計測 のメリット
▲自動旋盤で機内計測を行うメリット

つまり、機内計測を行えば、下記3つのロスを未然に防ぐことに繋がります。

  • (工程①③⑦の)750個分の検査工数をカット
  • (工程⑦の)250個分の材料費
  • (工程⑦の)250個分の加工時間

CNC自動旋盤での機内計測のコスト比較
▲加工不良が出た時の、機内計測のメリット

設備の担当者としては、加工不良がでればすぐに原因の特定を行う必要がありますよね。
時間がたってからでは状況も変わり、原因発見が難しくなります。
すぐに原因を特定できれば、再発の防止にもつながり対策を立てやすくなるでしょう。

作業工数から見た「機内計測」のメリット

機内計測はワークの測定に伴う、人の移動やワークの取り外し作業などの工数削減にもつながります。
従来は、設備からワークを取り外し、作業者が測定の場所までワークを運び、計測するという工数が発生していました。
加工後のワークをクランプしたままセンサで機内計測をすることで、「取り外し」や「測定までの移動時間」などを解消することが可能になります。

CNC自動旋盤での機内計測のプロセス比較

CNC自動旋盤で使えるタッチプローブとは?

メリットが多いタッチプローブの「機内計測」ですが、不思議と馴染がない人も多いのではないでしょうか?
理由として以下の理由が挙げられます。

  • プローブ本体が大きくツールや主軸に干渉するので搭載したくない
  • 取付用ブラケットでツールホルダーを余計に取ってしまうので搭載したくない
  • 機内計測で精度がでるか心配
  • 測定時間でタクトタイムが伸びる
CNC自動旋盤における従来のタッチプローブ
▲従来のタッチプローブが旋盤に取りつかなかった理由

こうしたデメリットを背景に、メトロールでは取付スペースの狭い設備用に

本体径φ19.05mmの「超小型のタッチプローブK3Sシリーズ」を開発し自社設備に搭載しています。
プローブ本体がツールホルダーにすっぽりと収まるように本体径を従来よりも細くしています。

従来のタッチプローブとは違い、本体部が露出しないので主軸やワークに干渉せず、他のツールホルダーを余計につぶすこともありません。(イラスト参照)

CNC自動旋盤におけるメトロールのタッチプローブ

↑のイメージの現物写真が↓になります。

CNC自動旋盤におけるメトロールのタッチプローブ実物
▲タッチプローブK3Sの実際の取付写真、ツールホルダーにぴったり収りスタイラスだけが出ています。

従来のタッチプローブとメトロールのタッチプローブの取付を比較イメージがこちらです。

CNC自動旋盤におけるタッチプローブの従来比
▲従来のタッチプローブとの比較

「機内計測よりもタクトタイムを優先したい」の実情は?

機内計測で「タクトタイム」が長くなる懸念をする声も実際問題としてあります。
特に多くみられるのが、とにかく加工(タクトタイム)を優先し、不良品をあとで選別・追加工し良品に直すという運用です。この場合不良品をにかかった加工時間、不良品の選別、追加工の工数などがタクトタイムに考慮されず、見落とされがちです。
計測時間よりも加工不良に関わる工程負荷が大きければ、機内計測によってメリットを得られる余地は大いにあるでしょう。

【動画】CNC自動旋盤での機内計測

当社ではタッチプローブを使ってワークの内径と外径を計測しています。

CNC自動旋盤で当社が加工しているパーツ
▲自動旋盤で当社が実際に加工しているワーク

こちらの動画でワークの内径と外径を計測風景がご覧いただけます。
非常に小さなパーツのため、人手で計測するよりもプローブを使った計測が効率的なのが分かります。

▲自動旋盤Cincomでのワークの内径・外形計測
IP68でCNC自動旋盤の機内でも使用可能
▲保護等級IP68でクーラントをかけながらの加工でも使えます

自動旋盤における「機内計測」の考え方、測定精度は?

タッチプローブによる「機内計測」の最大メリットは、「ワークが正確に位置決めされた加工条件の流れで自動的に計測ができる」ことにあります。
つまりタッチプローブを使うことで、工作機械が簡易的な3次元測定機のような役割を果たすことができます。

一方で、機外で手計測する場合は、、加工後にワークを取り外すため位置決め条件が変わります。
さらに計測の熟練度が人によって異なるなど、ツール(ノギスやピンゲージ)によって人的ミスや測定誤差が起きるリスクがあります。

実際、「ノギスの使い方」1つ取っても人によって認識が異なるケースがあります。↓

CNC自動旋盤にタッチプローブを搭載するには?

新規設備に搭載する場合

タッチプローブを新規取付にはプログラムが必要になります。
まずは弊社にお問い合わせ頂くか、メーカー様にお問い合わせください。

シチズンマシナリー社製の場合、CincomシリーズのA20、L20、L12に搭載が可能です。

メトロールではCincom導入時にシチズンマシナリー様にタッチプローブ用のソフトウェアを開発頂いております。
こちらを参考プログラムとしてメトロール工場にてご覧頂くことが可能です。

すでにお持ちの自動旋盤に「後付け」したい場合

メトロールで使用しているタッチプローブ用のソフトウェアをメトロール工場にてご覧いただくことが可能です。
ただし、ソフトウェアだけでなく設備のハード面、電気的仕様の条件がそろわないと使用できない可能性があるためメーカー様の確認が必要な場合があります。弊社かメーカー様にお問い合わせください。

まとめ

いかがでしたでしょうか?
自動旋盤を導入することで一度にたくさんのものを加工することができるようになる一方で、
一歩間違えると加工不良が大量に作られてしまいます。

人材不足の昨今、こうしたセンサーを活用しながら効率的な運用をしてみてはいかがでしょうか?
タッチプローブの評価用サンプルの貸出しなども承っております。

いま自動旋盤の導入に悩まれてる方は、ぜひ当社の工場見学にお越しください!

CNC自動旋盤に搭載できる超小型タッチプローブK3S

有線式 小型タッチプローブ[K3Sシリーズ]

有線式 小型タッチプローブ[K3Sシリーズ]

超小型で省スペースでのワークの原点出しを自動化

主要なCNC自動旋盤メーカー

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