工具保持: スピードを重視した設計

遅い速度で浅い切り込みで加工を行っていた時代を思い出すのはますます難しくなってきています。 今日、多軸自律マシニング センターでハイテク合金を扱う工場だけでなく、あらゆる種類の機械工場がスピードを重視しています。

これは単にスピードのためのスピードではありません。 目標は、より多くの優れた部品を、より利益を上げ、より安全に生産することです。 高速加工 (HSM) は、切削抵抗を低減し、金属除去率を高め、放熱を改善し、表面仕上げを改善することにより、この目標を達成する手段です。

製造エンジニアリングは、特に工具保持に焦点を当てた HSM についての意見を得るために、多くの業界専門家にインタビューしました。 私たちの議論で明らかになったことが 1 つあります。それは、ツールホルダーが重要な役割を果たしながら、高速進化が今後も続くということです。

HSM から最大限のメリットを得るには、多くのテクノロジーを融合する必要があります。 インディアナ州ホワイツタウンにある Rego-Fix Tool Corp. のテクニカル フィールド サポート エンジニアである Chris Herdman 氏は、「HSM オペレーションに移行すると、考え方はすぐに変わります。マシニング センター、プログラミング、 HSM を最大限に活用するには、高速スピンドル、高度な切削工具、バランシング、高性能ツールホルダが必要です。」

金属加工業界は 1990 年代に初めて HSM を採用しました。 「高速」という用語は、店によって意味が異なります。

「高速加工は高回転数、高送りの戦略ですが、切込み量は浅いです」とイリノイ州ヴィラパークにあるハイマー USA LLC の社長、ブレント ホールデン氏は述べています。 「切込み深さが浅い場合でも、このように高速で送りを高速化すると、材料除去率が実際に増加します。これは、工場が部品をより速く製造できるという点で、最終的な目標です。」

明確な rpm 境界線はありませんが、15,000 ～ 30,000 rpm の範囲のスピンドル速度は間違いなく高速であるという点で当社の専門家は同意しました。 実際、Rego-Fix のハードマン氏は、特殊な医療および電子機器用途において 120,000 rpm の範囲で動作するツールホルダーに注目しました。 「現在、高速と考えられているのは、12,000 rpm 以上で動作する、それほど剛性の低い 4 軸および 5 軸の機械です」とハードマン氏は言います。 「アプリケーションは低ラジアルカット、高歯数、高送りであり、そのほとんどは何らかのタイプのダイナミックミーリングソフトウェアを利用しています。」

ペンシルバニア州セーガータウンの Greenleaf Corp. でアプリケーション エンジニア/プロジェクト開発を担当する Matt Goss 氏は、彼の会社では高速性とは 2 つの要素、つまり高スピンドル速度と高送り速度の組み合わせであると考えていると述べました。 「これは高い送り速度 (ipm) につながり、除去される材料の量を最大化するだけでなく、サイクル時間の短縮にもつながります。」

イリノイ州プロスペクトハイツのプラチナ・ツーリング・テクノロジーズ社のプレベン・ハンセン社長は、スピンドル速度が20,000rpmを超えると、工場の作業に対するアプローチが少し変わり始めると述べた。 「ツールの各回転中にそれほど多くの材料を採取することはできないかもしれませんが、送り速度は通常より高くなります。」と彼は言いました。

速度が増加すると、バランスと精度に重大な問題が発生する可能性が高くなります。 マサチューセッツ州ウェストボイルストンにあるエミュージ社のフライス加工製品マネージャー、ダン・ドワロン氏は、主軸の完璧なバランスのツールホルダーが不可欠であると述べています。 各コンポーネントに時間と費用が投資されているため、間違ったツールホルダーを使用した結果生じる切削工具の滑りや抜けは許されません。」

従来のチャック (ER コレット ホルダーやウェルドン フラットなど) は簡単に限界を超えてしまう可能性があり、通常は HSM 環境で確実に動作することは期待できません。 「ER コレットはクランプ力と振れが弱く、サイドロック チャックは高速用途では振れと減衰が弱いです」と Doiron 氏は言います。

どの速度でも、スピンドルには遠心力がかかります。 高速では遠心力により主軸内径がわずかに拡大します。 「この拡張により、急テーパーの工具 (CAT、BT、SK など) がスピンドル内に引き込まれ、Z 軸の寸法が変化する可能性があります」とハイマーのホールデン氏は述べています。 「対照的に、中空シャンクテーパー (HSK) ツールは、高回転でスピンドルとともに成長するため、面接触が維持され、Z 軸の動きが排除されます。」