MCによる金型加工

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金型加工の情報分析で加工精度を高度化

　オムロン草津事業所（滋賀県草津市）は、4,000種を手がける超多品種少量生産の現場で、１日の段取り替えは500回にものぼる。そのうち90％以上が20台以下という。製品の多品種少量化に伴い、コストダウンは避けて通れなくなっている。そこで草津事業所ではIoTを活用した、金型加工の生産性向上の実証実験を行った。

　その結果、金型加工速度を従来比で40％も向上させ、工具の摩耗量を従来比で20％低減させた。17年９月からは同社の製品であるリレーやスイッチ用のプレス金型や樹脂成形金型の作製に活用している。

　金型製造コストを下げるには加工時間の短縮が必須で、工具の折損による加工停止時間などは最小に抑えなければならない。工具は折損させず、加工速度は向上させるという難易度の高い取組みになる。

　今回の取組みでは、金型作製に使用している３軸のマシニングセンタ（MC）を使い金型加工時のデータ収集、見える化・分析し、制御フィードバックした。結果として、熟練工の判断を超える最適な加工条件に自動制御する仕組みを構築している。

　データ取得のため、MCのチャックに振動センサを取り付けた。エンドミルで金型材料を加工する際に発生する振動を捉え、振動から微細な加工抵抗を数値化する。振動センサで捉えたデータは同社製のプログラマブルロジックコントローラ（PLC）「NJ」に送られ、最適な送り速度に調整される。

　振動が大きいと工具にかかる加工抵抗値は大きくなる。ワークを加工する際に、設定した加工抵抗の閾値を上回っている場合は、工具にかかる加工抵抗値を下げるため、工具の送り速度を落とす。加工抵抗が高いままだと工具の摩耗が早くなるほか、工具の折損につながる。ワークの材料にも余計な力がかかっており、いいことはない。加工抵抗値が閾値より、低い場合には工具の送り速度を上げる。これは加工速度が遅く、加工時間が長くなるためだ。

　振動センサからは３秒に１回データが送信され、MCはPLCのNJから10秒に１回フィードバックし、最適な送り速度を保つ仕組みだ。従来、工具の送り速度は熟練工が判断し高めていたが、工具メーカー推奨値の1.3倍止まりだったという。オムロンのグローバルものづくり革新本部の山崎雄司主査は「データ取得後は送り速度を３～５倍まで高められた」という。送り速度を制御することで、金型加工時間を従来比で40％も短縮でき、工具摩耗量も20％削減できた。