5 軸 CNC マシンが航空宇宙部品製造におけるセットアップ時間を短縮する方法

航空宇宙製造におけるセットアップ時間とは、切削開始前にワークピースのクランプ、基準面の位置合わせ、座標参照系の確立、工具アクセスの確認に必要な合計時間を指します。寸法 200 mm × 150 mm × 80 mm の一般的な航空宇宙用アルミニウム ブラケットの場合、3 軸加工機では垂直スピンドル方向に沿ってのみ加工が行われるため、複数の治具操作が必要になります。

通常、各セットアップには次のものが含まれます。

4 面へのアクセスが必要な部品を加工する場合、セットアップ操作に総生産時間の 35～60% が費やされることがあります。-加工スピンドル (通常 12,000～24,000 RPM 水冷-または空冷-システム) は、治具の再構成中はアイドル状態のままとなり、スピンドルの有効利用率が低下します。 5 軸 CNC 機械は、すべての加工方向にわたって単一のデータム システムを維持することで、このアイドル サイクルを削減します。

再クランプ操作を不要にする構造メカニズム

5軸CNCマシン回転軸 A および C をワークテーブルまたは主軸ヘッドに統合します。で

新山- タイプのコンパクトな機械加工アーキテクチャでは、A- 軸は -30 度から +120 度の間で回転し、C 軸はハーモニックドライブ減速機を使用して 360 度で連続的に回転します。

回転システムは次のもので構成されます。

加工中、CNC コントローラーは直線軸 (コンパクトなシステムでは X160 × Y200 × Z130 mm の移動量) を回転軸と同期させます。機械的なクランプを解放する代わりに、システムは切削工具の係合を維持しながら、データム軸を中心にワークピースを回転させます。

この継続的なメカニズムにより、以下のことが完全に排除されます。

機械加工プロセスは、物理的な再配置ではなく回転補間によって幾何学形状変換が処理される連続動作システムになります。

生産の最適化と安定性

治具システムの簡素化

航空宇宙産業の製造では伝統的に、精密研削位置決めピン（h6 公差）とチタン部品のクランプ力が 10 kN を超えるモジュール式スチール製治具が使用されています。{0}これらの治具は、3- 軸マシンで使用する場合、複数の方向をサポートする必要があります。 5 軸システムでは、治具のアーキテクチャが、片面クランプ治具プレート、ゼロ点クランプ システム (再現性 ±0.005 mm)、および最小限の再位置決め治具ブロックに変更されます。-

ワークピースは A/C 軸を介して回転できるため、治具の設計では複数の面にアクセスできる必要がなくなりました。{0}焼き入れ鋼 (45# 鋼または同等の硬度 ~220 ～ 280 HB) で作られた 1 つの治具プレートで、すべての機械加工作業をサポートできます。これにより、治具の製造リードタイム (CNC フライス加工 + 研削ステージ)、生産現場での治具の保管の複雑さ、治具アライメント ゲージの校正頻度が削減されます。セットアップ時間の短縮は、クランプの高速化によってではなく、多面加工のための治具の再設計を不要にすることによって実現されます。-

長期にわたる加工サイクル中の熱的および機械的安定性

航空宇宙部品は、多くの場合、部品ごとに 2 ～ 6 時間続く連続切削条件で機械加工されます。機械構造の熱膨張はセットアップの安定性に影響します. 5航空宇宙環境で使用される軸機械は通常、スピンドル温度制御用の閉ループ冷却システム（15 ～ 25 度の範囲）、ISO VG32 オイルを使用したリニア ガイド潤滑システム、および CNC コントローラの熱補償ア​​ルゴリズムを統合しています。-

アルミニウム 7075 を加工する場合、切削熱が局所的な工具界面温度に 200 度を超える可能性があります。回転軸の位置決めにより、工具の過度の伸びを防ぎ、熱たわみを低減します。単一のセットアップ サイクル中に安定した熱状態を維持することで、マシンは複数のセットアップ ワークフローで発生する可能性がある再キャリブレーション イベントを回避します。-

障害モードの軽減とセルの統合

航空宇宙生産におけるセットアップ関連の失敗には、繰り返しのクランプによるデータムのずれ、不均一な荷重分布による治具の変形、セットアップ サイクル間の熱ドリフト、座標リセット時の人為的エラー（G54 の誤割り当て）などが含まれます。{0}}たとえば、タービン ハウジングのボアに 0.02 mm のずれがあると、エンジンの動作テスト中に空気流の不均衡が生じる可能性があります。

5 軸システムがどのようにリスクを軽減するか:

5 軸システムは、単一の治具の係合を維持し、手動によるデータムの再割り当てを排除し、1 つの座標系内でツールパスの連続性を維持し、加工シーケンスにおけるオペレータの介入を減らすことにより、これらの故障モードを軽減します。故障のリスクは、機械的な再位置決めエラーからシステム-レベルのキャリブレーションの問題に移行します。これは通常、エンコーダのフィードバックと高調波低減器の精度によって制御されます。

航空宇宙加工セルでは、5 軸 CNC 機械は通常、自動工具交換装置 (12 ～ 24 個の工具容量を備えた ATC システム)、工程内測定用のプローブ システム、およびパレット交換システム (大規模構成の場合) と統合されています。-新山 5 軸加工プラットフォームのようなコンパクトなシステムであっても、統合には、小型航空宇宙部品用の ER11 ツール インターフェイス、アルミニウム切削加工用の 4000 mm/min の送り速度、プロトタイプの航空宇宙部品用の 5 kg の作業台荷重が含まれます。治具の標準化と自動座標参照を組み合わせることで、セットアップの削減が実現します。

結論: 構造的な成果としてのセットアップ時間の短縮

航空宇宙製造におけるセットアップ時間の短縮は、クランプの高速化やオペレーターのスキルの向上によっては達成されません。これは、物理的な位置変更を制御された回転軸補間に置き換える機械アーキテクチャの直接の結果です。 5 軸 CNC 機械には、高調波減速機を備えた A/C 回転運動システム、ボールねじ伝達による直線 X/Y/Z 運動、TCP- ベースのツールパス補正、および単一データム座標制御が統合されています。-

これらの構造により、繰り返しの治具操作が不要になり、データム リセット サイクルが排除され、加工面間のツールパスのセグメント化が減少します。

調達エンジニアリングの観点から見ると、3 軸システムと 5 軸システムの主な違いは加工速度ではなく、セットアップに依存する形状の再構築が不要になることです。{2}航空宇宙部品の製造では、チタンや高強度アルミニウムの部品に多面加工が必要です。-この構造変更により、総生産時間が直接短縮され、バッチ生産全体での寸法制御が安定します。

航空宇宙加工ワークフローを最適化する

Xinshan のコンパクトな 5- 軸 CNC プラットフォームが冗長セットアップを排除し、高精度の製造アプリケーション向けに厳しい公差を確保する方法をご覧ください。