5軸プリンター Vol2

5軸普及の立役者「工具先端点制御」

前回紹介した動画すごいですよね~、グリグリ動いて・・・
機械を制御するためのプログラムは、どうやって作っているのでしょう?
かなり、難しいそうです
一番重要なのは、回転(傾斜)軸の中心の位置(座標)です
まず5軸に限らず、3軸でも、たぶん3Dプリンターでも・・
工作機械の制御機は、基本的に機械固有の原点位置(機械原点)を
把握しています
加工物の段取りでは、機械原点と加工物原点(プログラム原点)の
位置関係を設定します
たとえば工具を加工原点に持っていって、設定ボタンを押したりすると思います
制御機は、この機械原点と加工物原点(プログラム原点)の位置関係を考慮し
プログラムの指令点を機械原点からの位置に算出して工具を移動させ
加工していきます
ここで、軸を傾斜させた場合は加工物も傾斜してしまうので、切削点は変わってしまいます
傾斜指令を追加しただけでは、思ったように加工できません。
傾斜終了後の切削ポイントへ同時に工具を移動させなければいけません。
難しそうですが機械原点からの回転(傾斜)軸中心の座標が分かれば、
加工物が傾いても切削点を算出できますから、正常な位置指令ができます
昔は、一旦機械に加工物をセッティングしたのち、加工物中心と傾斜軸中心の距離を測定しその測定値を基に、モデル自体を傾斜させ、NCプログラムを出力していました
ようは、実際の機械と加工物の状態をCAD上でも再現していました。
かなり、面倒な作業ですね~
ところが、制御機が進化しました
この傾斜軸の中心軸座標を、制御機に設定しておくことで、プログラムの指令点を
制御機が自動的に変更してくれるようになりました
これが、工具先端点制御機能です
分かりやすい事例として、むか~し撮った動画がありましたの紹介します。

 

これは、通常動作中にでも、手動割り込みが可能になるハイデンハインの機能です
途中で傾斜軸が動き出しますが、これは「手パ」(手動パルスハンドル)で操作しています
このように、「手パ」で操作しても、工具は追従していきます
すごい機能です、重複しますが機械が自動運転している最中に、
ただ傾斜軸をハンドルで動かしているだけです
工具は勝手に、加工物に吸い付くように追従してくれます。
当時この手動割り込み機能は、ファナックにはありませんでした。

(余談ですが、英語では、[Tool Center Point Control]工具中心点制御です。)
(私はこのほうが、しっくりきますが、なぜ先端点なのか??です)
この機能のお陰で、CAMソフト開発側も含めて、5軸のNCプログラム作成が、
非常に楽になり動画のような、グリグリ動かすプログラムも
比較的簡単になりました

5軸、3Dプリンター

さて、5軸工作機械の話が長くなってしまいました、
3Dプリンターの話題に戻りたいと思います
そういえば、5軸3D・・っておかしい感じがしますね。
5Dプリンターのほうが、しっくりくるかな?
5軸加工機のように、いろんな方向から、プリントできれば、
アンダー部やサポート材など考えなくてすみます。
さらに、等高線に積み上げていく現状では、平坦な形状ではどうしても
積層の幅が広くなりプリント面がガタガタになってしまいます
そういった欠点が解消されると思います
もちろん、プリンタヘッドが形状に干渉してしまう事も考えられますが
それは、5軸加工機でも同様です
5軸機では干渉しないような、微少工具や長い工具を使用します
場合によっては、干渉しないように、モデルにフィレットを施す事もあります
プリンタヘッドもいろいろな形状が用意できれば解決できると思います
さらに、現状ある製品に、追加のプリントも可能になりますね
金属に樹脂を追加する事もできるでしょうし、追加プリントの組合せで
組み立てまで自動化できるかもしれません

なんか、いい事ばっかりですよん!
きっと何処かで開発しているはずですよね~

5Dプリンター

このキーワードで検索してみると、おっ!出来てた!
でも、キムタクのTVドラマの「安堂ロイド」に出てきた話らしい
私はこのTV見ていないので、よく分かりませんが、5軸と言うよりも
五次元の意味の、5Dのようですね
ただ、そう言う意味での4Dプリンターは、米軍が研究しているとの記事もありました
そうか「3Dプリンター」の3Dは三次元の意味だったんですかね?
私はてっきり、3軸の機械だから、3Dだと思っていました
そっか、3DCADは、三次元CADか・・・

検索を進めると!あっ、見つけた!

そうそう、こんなイメージです

さらに、検索してみると・・・
中小企業庁のものづくり支援で、研究報告が公開されていました。

中小企業庁:研究開発成果等報告書

ここの上から6項目目
「同時5軸制御Additive Manufacturing(加法的製造)によるLight Weight Structure(計量構造)の実現」
に、資料が公開されていました。

さらにさらに、調べると
もうすでに、製品として、紹介されていました

3Dプリンター

お~、国産だし、これはすごいですね~
何処かの展示会に出展されないでしょうか?見てみたいです
開発メンバーのC&Gコイズミ氏とは、顔見知りではあるので、
なにかの機会に聞いてみたいと思います
で探していたら、やっぱり出展されてたみたいです。
http://www.oi-s.com/business/enomoto20170214.html

それにしても、調べると結構動画が出てきます。
実用化には、まだまだな感じですが、5軸加工機がそうだったように
これからが楽しみですね。
動画をみると、ほとんどが同時5軸で動作しています
そうなるとやはり、ソフト・ハード共にコストは上がってきますね。
サポート材の実験でも、多少のアンダー部は大丈夫だったので
割り出し5軸(回転した後、固定で3軸動作)でもいけるようにも思いますが
エンドミルは刃があれば、形状全体で加工できますが、3Dプリンターは
ノズルからの一箇所なので、同時5軸になってしまうのでしょうか?

5軸プリンター

5軸

3Dプリンターで、サポート材やプリント方向などで、いろいろ検討していると
5軸のプリンターってないのかな?と思ってきました
5軸って、3Dプリンタの業界では、まだ馴染みは少ないでしょうか?

ところで、5軸って・・・?

工作機械では、最近国内でもかなりメジャーになってきましたが
3Dプリンター系のサイトでは、あまり見かけませんね
という事で少し5軸加工機について書いてみようと思います・・
一般的な3Dプリンターを眺めると分かると思いますが、直交している動作軸が3本あります。
3本なので、3軸(X軸、Y軸、Z軸)です
この3軸に、2個の回転(傾斜)軸を負荷した構造が5軸となります
ちなみに、工具の回転軸は含めません

5軸加工機・マシニングセンター

私は、2006年頃から数年間、5軸加工機を触っていた経験があります
当時はまだ、国内製はそれほど多く生産されていなかった時期です
特に、5軸機専用として開発されたマシンは、非常に少なかったです
ほとんどが、3軸機のテーブルの上に、回転と傾斜が可能な機器を載せて
5軸機械と呼んでいました
この時期、社内の新規設備の検討をしていたので、
少し話題になって来た事もあり、導入は全く考えていませんでしたが
情報収集目的でドイツの展示会に行きました

いや~、驚きました。
展示されているNC工作機械で、ヨーロッパ製の7、8割は5軸加工機でした
さらに、5軸はすでに珍しくなく、ロボットや自動ワークチェンジャーを付加して
自動無人化を目指したシステムが多く展示されていました
5軸加工機のメリットとして、いろいろな方向から加工できるというメリットがあります
ブロック材など一面を挟んでクランプすると、残りの5面は一気に加工できてしまいます

非常に、自動化がやりやすい機械です
人件費が高く勤務時間が短いドイツでは自動化は必須の戦略だったのではないでしょうか?。
インダストリー4.0も、そんな背景から必然的に生まれた発想のようにも思えます。
そんな展示会を視察して、日本でも5軸化は必ずやってくると思いました
すぐに会社へ提案して導入してもらい、5軸へ取り組んだのがこの時期です
ところが、まもなく、リーマンショックがやってきました
これには、参った!
国内の展示会でも、徐々に5軸加工機は増えてきていましたし
ボーイング787や、三菱重工のMRJなど航空の部品加工でかなり需要は増えるといわれていました
ところが、航空機の開発は遅れるは、リーマンやらで、加工の仕事は伸びてきません。
そんな状況で、操作やデータ作成が難しく高価な5軸機は、手を出しにくい機械となりました
現在は工作機械業界さんは、非常に忙しい状況のようですが、
5軸加工機や自動無人化に関してはこの時期の遅れもあり、まだまだEUとは差がついています

5軸の構造

上でもちょっと書きましたが、X,Y、Z軸の3軸に、2軸を加えたものです
3軸は、直交軸ですが、2軸は通常回転・傾斜軸となります
X軸を中心とした回転は、A軸。
Y軸を中心とした回転は、B軸。
Z軸を中心とした回転は、C軸と定義されます。
そのどれか2軸を追加した構造で5軸となります
傾斜軸の構造も、いろいろあって、ヘッド(スピンドル)に2軸追加された、
「ヘッドヘッド型」
ヘッドに1軸、テーブルに1軸追加された、
「ヘッドテーブル型」などがあります

有名なダイシンさんのヘルメット・・・

ヘッドがチルトするマシンで加工されています。

テーブルに2軸追加された、「テーブルテーブル型」
「トラニオンタイプ」とも呼ばれています

高剛性と精度が売りのドイツハームレ社のマシン

Cシリーズはすべて「トラニオンタイプ」です

このC50、直径1000mm、高さ810mm 重量2000kgの加工物が載せられる化け物みたいな機械ですから、この蜘蛛もたぶん化け物みたいに大きいのでしょうね!

どの構成がいいのか?

一概には言えませんが、トラニオン型のほうが精度はよいと言われています
斜めに穴を空けるのを想像してみてください。
ヘッドが傾斜しての加工の場合、工具は穴と同じ斜め(最低2軸)方向に動かす必要がありますが
テーブルが傾斜する場合には、テーブルを穴が真下になるように傾斜すれば、
真下に1軸のみであけられます
これは一例ですが、やはり高精度仕様には、トラニオン型が多いです
これに対して、大物・重量物の場合は、テーブルを傾斜させるには限界があります
テーブルはがっちり平らに置いて、ヘッドを傾けたほうが有利です
そんな感じで、大型機には、ヘッド傾斜が多いです。

5軸機の可能性

検索していると、5軸プリンターみつかりましたが
長くなってしまったので、続きは次回にします・・・

最後に、やっぱり5軸機はすごいです
おもしろい、動画が公開されているので、リンクしておきます
お時間あるときにでも、お楽しみください

 

プレス・板金・フォーミング展 MF-Tokyo2017

塑性加工技術の専門展示会

加工専門の展示会というと「JIMTOF」が有名ですが、MF-Tokyoはプレス関係で最大規模の展示会になります。両展示会は2年に1回の開催で、かなり規模が大きいです!サーボプレスをはじめとした各種プレス機械、レーザー加工機、プラズマ加工機を含む板金機械、フォーミング機械など、大型の機械はもちろんですが、工夫の詰まった曲げ加工のダイなど、日本の誇る加工技術がたくさん展示されていました。

タレパンのロボット化

Fanucなどロボットアームで段取り替えを行うラインも、組立工程や切削工程での利用が進んでいます。センサー技術によって進歩していますが、タレットパンチャーでもロボットが活躍し始めていました。

マルチフォーミング

マルチフォーミングはいつ見ても最速のプレスですね!板バネやネジ部品加工作成にも同様の構造で、多くの製造現場で今も現役で使われています。CNCやマシンがいくら進化しても、このスピードには敵わないですね!

ウィングベンド

全く曲げ痕がつかないダイがありました。

曲げを行う時に痕が残ってしまって、塗装がはがれてしまうような時に使われるものです。小さい曲げ箇所にも有効です。

ダイがパンチと合わせて動いてくれることがこういった機能に繋がっていました。

CADソフト

CADMACさんやアマダさんが加工まで含めた板金CADを展開されています。プロ向けとしてはもちろん必要ですが、どうやらFusion 360にも板金設計機能が付くようですので、これまでより安価に、展開図が取得できるかもしれませんね。

まだまだたくさんの面白い技術がありますが、やはりプレス業界もIoTへの流れ、ロボットの活用が非常に増えてきていると感じました。
「マルチフォーミング」と「AI」なんてワクワクすると思いませんか?
それではまた次回!

インダストリー4.0 を意識して、展示会へ行ってみた

「インダストリー4.0への挑戦」と言う私には荷が重いサブタイトルですが、インダストリー4.0のキーワード自体は以前から気にはなっていた単語ではあります
はたしてこれは何なのか?ほとんど理解できていないのですが、私なりの理解で昨年11月のJIMTOF2016、今年4月のインターモールド2017を視察した感想を書いてみたいと思います

各工作機械メーカーさん、インダストリー4.0やIoTを意識してか、繋げるをテーマにした出展が多かったように思いました
かなりのメーカーさんが、機械を既存のネットワークにつなげて、稼働状況や機械の状態をリアルタイムに監視する実演を行っていましたね
MAZAK SMARTBOX


メーカーさんへ聞いてみた

 

あるメーカーさんに質問したところ、すでに機械内部の状態はかなりの情報が出力できるようになっているようです。
ただ出力された大量のデータ(ビッグデータ)をどのように処理し、どのように利用するかが今後の課題であるとの事でした
まだまだ、メーカーさんの開発も発展途上のようですね

出展では、稼働状況・保守・メンテナンス・トラブル予想などが多かったように思いました
特に、稼働状況の見える化の展示は多かったです

機械からのビッグデータを利用して機械のモーターやガイド部、ボールネジなどの状況を、リアルタイムに分析し、機械にトラブルが起きる前にメンテナンスや問い合わせを促すシステムもありました。
こちらは、コストにもよりますが生産側にとってもメリットありそうです
機械の故障は持ち機械が少ない町工場では死活問題にもなりますから、ユーザーがあまり意識することなく、トラブルが回避できればいいですね


加工の状態がリアルタイムにしりたい

 

稼動ではなく加工状態の見える化や自動調整機能はどこまで進んでいるのでしょうか?
加工中のビビリを分析し、自動的に加工条件を変更するような機能もありました
加工ナビ

工具破損検出はマシニングセンターの場合、加工前と加工後の工具長比較での判断が一般的ですが、ワイヤーカットのように、加工途中リアルタイムに破損を検出し、自動的に類似工具と交換し破損場所から自動再スタートできる機能はないのかな?
私が知らないだけかもしれませんが、特に小径工具での加工の場合には、ほしい機能です


標準化してもらいたい

 

繋がる機械も自社機械だけでなく、他社の機械もつなげられるシステムも出展されていました
オークマさんの場合は、GEと協業し「PREDIX」というシステムを組み込んでいるみたいですね。「PREDIX」の、CNCへのインストールそのものは無料らしいですね
monolist からリンク

家電やPCのコネクターの規格ではないですが、各メーカーが独自でやっていると、ユーザー側は戸惑ってしまいます。
統一化されて、いろいろなメーカーの工作機械が簡単に接続されるようにならないと中小企業までの普及はまだ先のように思います


町工場ネットワーク

 

インダストリー4.0の目指すキーワードの一つに、スマート工場的な情報もありましがこれも小さい会社が一社だけでは、程遠い話です
ただ最近、町工場同士のネットワークの話題をよく耳にします
この町工場ネットワーク郡をスマート工場的にできれば、面白いんじゃないでしょうか?
まずは、各工場の加工状況見える化で、メンバー工場の持ち機械の状況が把握できれば、自分ところで対応できない加工でも、メンバーの空き設備を利用して加工できます
CAD/CAMなどの図面データは、クラウド化によりメンバー間で共有できます
NCデータを機種に応じて自動変換できれば、NCデータ付きで加工依頼ができデータ作成のロスタイムをなくす事ができます
3Rやエロア、LANGなどの汎用治具をメンバーで共有化すれば、段取りロスも少なくなり途中工程での依頼や割り込み対応も可能になりますね
町工場エリア内で製品を搬送する専用搬送業さんもほしいなぁ
もし、町工場エリアが整理されて、自動車の自動運転システムが進歩すればエリア内で、自動搬送システム的に、トラックが自動納品できるかもしれませんね
特殊技能をもっている小さな会社が、皆で協力しあって大きな仕事する現在の下町ネットワークがさらに進化してインダストリー4.0になりませんかね~?

今回はインダストリー4.0のキーワードで、こんな事を思いながらの見学でした