立形マシニングセンタの選び方
パワー、スピード、精度
すべての金属加工作業の目的は、公差内で金属をできるだけ早く除去することです。すべての工場にとっての問題は、VMC に必要な金属除去量、速度、公差を定義することです。VMCの出力、速度、精度に影響を与える相互に関連する要因は数多くありますが、3つの基本には、スピンドル駆動システム、機械オペレーティングシステム(コンピューター数値制御)、および軸駆動システムが含まれます。スピンドル駆動システムは、切削工具に電力を供給して金属を除去します。制御または「マシンオペレーティングシステム」はVMCの頭脳であり、マシンの動きを調整します。軸駆動システムは「乗り心地」です。VMCの動きはどの程度滑らかで、それはどのようにして、許容可能な表面仕上げ品質で一貫して正確な部品に変換されますか?「乗り心地」または軸駆動システムの品質は、フレームの構造とX-Y-Zウェイシステムの機能です。これは機械のハードウェアであり、剛性、振動減衰能力、および横推力に対する耐性を決定します。これら 3 つの重要な領域 (パワー、スピード、精度) のバランスは、ショップのニーズに照らして評価し、お金に見合った最良の購入を得る必要があります。材料
スピンドル回転数、低速トルク、高速馬力など、VMC の基本要件は、加工する材料によって確立されます。たとえば、柔らかい材料は仕上げにより高い速度を必要とし、硬い材料は低速トルクと横推力の影響を軽減するための剛性を必要とします。以下は、対応する機械要件と、そのニーズを満たす機能に一致する一般的に使用される材料のリストです。
生産量
スループットが重要であることには誰もが同意します。しかし、プロトタイプや小ロットのスループットには、長時間の生産とは異なる機能が必要です。プロトタイプを加工する場合、プログラム編集、作業範囲からの制御へのアクセス、テーブルの高さ、熱安定性のための冷却システムなど、セットアップをより速く、簡単にするものはすべて重要になります。VMCが長時間の生産または専用の生産用である場合、自動ローディングと切りくず除去はリストの上位にあります。
品質
品質は、制御、エンコーダ、ウェイシステム、構造、および剛性の関数です。制御は正確でなければならず、定期的に校正する必要があります。エンコーダには、ロータリー エンコーダ、ガラス スケール、レーザー スケールなど、いくつかの異なるタイプがあります。高速で徐々に高い精度を提供します。もう一つの問題は、剛性、振動減衰、重切削加工中の横推力に耐える能力に影響を与える方法です。
機械加工作業
高いプログラム実行速度、スピンドルの同心度、ランプアップ/ランプダウンなど、3D輪郭を持つアルミニウム金型を加工するために必要なVMC機能は、真鍮に穴を開けるために必要な機能であるとは必ずしも同じではありません。2D部品を製造している場合は、高い送り速度と工具交換速度が重要になります。ニーズを立形マシニングセンタ.スピンドル駆動システム
一般に、スピンドルはVMCの心臓部と見なされます。スピンドルは工具を保持し、金属切削作業を実行します。スピンドルは、一貫した振れ、剛性、転がりトルク、低発熱、および熱安定性を備えている必要があります。工作機械メーカーが柔軟性を重視しているのと同じくらい、ほとんどのスピンドルは一部の用途で他の用途よりも優れています。たとえば、アルミニウムを高速で加工するスピンドルは、低速、高トルクの切削作業用に設計されたスピンドルと同じ低速での金属切削能力を備えていない可能性があります。スピンドルには、さまざまな速度、トルク、馬力定格があります。材料に関する前のセクションでは、ワークピースの材料が速度、トルク、馬力に関係すると述べました。シングルスピード VMC は速度、トルク、馬力の範囲を制限するため、多くの VMC は 2 速または 3 速のギア付きトランスミッションまたはベルト トランスミッションを利用して、低速でのトルクを高めます。しかし、トランスミッションは高速で摩擦を引き起こし、ギアトランスミッションはベルトトランスミッションよりも多くの摩擦を引き起こします。そのため、高速では摩擦を補正するためにスピンドルモーターの馬力を奪われます。ギア付きトランスミッションによって発生する摩擦は熱と振動に変換され、熱安定性と振動を遮断する構造技術のために冷却によって放散する必要があります。トランスミッションの代替手段は、2 つの異なるモーター巻線を使用して 2 つの速度範囲を作成する電気トランスミッションです。
従来のローラーベアリング、ボールベアリング、ハイブリッドベアリング、セラミックベアリング、静水圧ベアリング、空気ベアリング、磁気ベアリング、コンビネーションなど、さまざまなスピンドルベアリングが利用可能です。各ベアリングシステムには、独自の長所と短所があります。ローラーベアリングは剛性があり耐久性がありますが、熱が発生して性能が低下する可能性があります。通常、ボールベアリングはころ軸受よりも発熱が少なく、はるかに速く動作しますが、それほど硬くはありません。セラミックボールとスチールレースを備えたハイブリッドベアリングは、質量が少なく剛性が高いため、従来のボールベアリングよりも速く走行できますが、脆いため衝突で故障する可能性が高くなります。
静圧軸受と流体力学軸受は、回転部材を流体膜で支持します。低速用途では、静圧軸受は非常に剛性が高く摩擦がなく、高速用途では剛性がないか、冷却が必要です。エアベアリングでは発熱は問題ではありません。ただし、硬くなく、不安定になる場合があります。磁気軸受は空気軸受よりも優れた制御特性を備えていますが、衝撃から保護する必要があります。
建設
ほとんどのVMCは、全体的な強度と振動減衰特性に優れ、低コストであるため、鋳物を利用しています。肉厚のばらつきは冷却や歪みの問題を引き起こす可能性があるため、鋳物は均一に厚い壁を持つ必要があります。薄い部分は、ストレスがかかると脆くなり、歪みを引き起こす可能性があります。一部の VMC は、通常はスチール製の溶接物を利用しています。少量の場合、溶接物は鋳物よりもコストが低く、同じサイズと重量の鋳物と比較すると、より硬くて強力です。一般に、溶接物は鋳物よりも硬く、減衰特性が低くなります。そのため、低速では優れた性能を発揮しますが、高速では溶接物は振動やびびりの影響を受けやすくなり、表面仕上げが粗くなる可能性があります。
複合材料、アルミニウム、チタンなどの軽量な新しい材料も工作機械の構造に使用されます。これらの材料は、新しい高性能機械に大きな利点をもたらします。たとえば、質量が小さくなると、加速と減速が容易になります。複合タイプの材料の使用は、強度と剛性の対重量比が高く、熱安定性が高いため増加しています。
ウェイシステム
工作機械ウェイシステムには、スピンドルとテーブルを支え、その動きをガイドする耐荷重部品が含まれています。ボックスウェイとリニアガイドは、ウェイシステムの 2 つの主要なタイプです。各システムには、プラスとマイナスの特徴があります。残念ながら、1 つのタイプのウェイ システムがすべてのアプリケーションに適しているわけではありません。したがって、工作機械の市場に参入する場合は、ウェイシステムを特定の用途に適合させる必要があります。ボックスウェイシステムは、VMCの寿命が長く、振動が少なく、より正確な部品を製造できると信じています。ボックスウェイの振動減衰特性により、工具寿命が延び、より滑らかな表面仕上げが可能になります。アプリケーションで高精度と、厳しい公差で難しい材料を加工する能力が必要な場合は、ボックスウェイシステムを備えたVMCが最適なソリューションを提供する可能性が高くなります。
リニアガイドを備えたVMCは、より高速な位置決めを提供します。ただし、振動を減衰させ、横推力に耐え、衝突による損傷に耐える能力は低下します。VMCの初期コストが懸念され、機械加工する材料が難しくなく、重い荒加工/切削加工が不要で、公差/表面仕上げがそれほど重要でない場合、リニアガイドマシニングセンタ良い解決策になる可能性があります。