ハームレ社 5軸マシニングセンタ

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ハームレ社Cシリーズは、すべての構造が基本設計から5軸専用機として開発されており、コンパクトな外見からの想像を覆すほどの広い加工スペースを実現しています。さらに、圧倒的な積載重量を誇ります。

マシニングセンタC12

マシニングセンタC12

最大ワーク加工寸法・積載重量最大ワーク加工寸法:D320 × H265 mm
最大積載重量:100 kg

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マシニングセンタC250

マシニングセンタC250

最大ワーク加工寸法・積載重量最大ワーク加工寸法:D450 × H355 mm
最大積載重量:300 kg

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マシニングセンタC400

マシニングセンタC400

最大ワーク加工寸法・積載重量最大ワーク加工寸法:D650 × H500 mm
最大積載重量:600 kg

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マシニングセンタC22

マシニングセンタC22

最大ワーク加工寸法・積載重量最大ワーク加工寸法:D450 × H370 mm
最大積載重量:300 kg
高速化・高加速化に対応するためY軸デュアルレールを採用

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マシニングセンタC32

マシニングセンタC32

最大ワーク加工寸法・積載重量最大ワーク加工寸法:D650 × H420 mm
最大積載重量:1000 kg
高速化・高加速化に対応するためY軸デュアルレールを採用

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マシニングセンタC42/C42 MT

マシニングセンタC42

最大ワーク加工寸法・積載重量最大ワーク加工寸法:D800 × H560 mm
最大積載重量:1400 kg
高速化・高加速化に対応するためY軸デュアルレールを採用
従来の高精度な5軸マシニングセンタに旋削機能を追加したMTシリーズが誕生
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マシニングセンタC52/C52 MT

マシニングセンタC52

最大ワーク加工寸法・積載重量最大ワーク加工寸法:D1000 × H810 mm
最大積載重量:2000 kg
大型化・高速化に対応するためタンデムドライブ(Y軸を2モーター化)を採用
従来の高精度な5軸マシニングセンタに旋削機能を追加したMTシリーズが誕生
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マシニングセンタC62/C62 MT

マシニングセンタC60

最大ワーク加工寸法・積載重量最大ワーク加工寸法:D1200 × H900 mm
最大積載重量:2500 kg
大型化・高速化に対応するためタンデムドライブ(Y・Z軸を2モーター化)を採用
従来の高精度な5軸マシニングセンタに旋削機能を追加したMTシリーズが誕生
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70年を超える社歴

ハームレ社は1938年、ドイツ自動車工業の中心都市シュツットガルトの南西約100kmの町ゴーサイムにて創業しました。工作機械専門メーカーとしてすでに70年の社歴を刻み、ヨーロッパを中心とした各国において高い知名度とご評価を戴いています。

ドイツ ハームレ社本社

独自の設計思想

1990年代に入り機械加工の分野において、高精度かつ高効率な工作機械が強く求められるようになりました。ハームレ社は当時の自社3軸工作機械の延長上として5軸マシニングセンタを設計製作するのではなく、ユーザ各位のご意見・ご要望に耳を傾け、基本から見直し全く新しい発想で5軸マシニングセンタを開発しました。

ハームレ社5軸マシニングセンタC42U
5軸マシニングセンタ C42U

高い精度の追及

5軸マシニングセンタを開発するに当たり、一番の難問は軸数が増えることによる絶対的な位置精度誤差の拡大でした。さらに温度変化によって機械本体が変形します。これに対してハームレ社の開発陣は知恵を絞り、出来るだけシンプルな構造で対応する基本方針を立てることで問題を解決し高い精度を実現しました。

ドイツ ハームレ社本社工場

Cシリーズの基本構造

@ 衝突対策
マシニングセンタに事故が起きた際のダメージとロスタイムを最小限に抑えるために、Cシリーズ(一部を除く)は多くの保護機構を備えています。その一例がスピンドルに対応する"衝撃吸収ブッシュ"です。クラッシュ時にこのブッシュが変形することによってZ軸方向の衝撃を吸収します。
ハームレCシリーズの基本構造図
A 人造石一体型フレーム
ハームレ社は精度アップの根幹策として「石」を採用しました。精密測定機に花崗岩が採用されているようにハームレ社の5軸マシニングセンタフレームは、花崗岩とほぼ同じ材質の人造石で作られた継ぎ目のない一体構造です。これにより、@剛性が高く A温度変化が少ない B振動・共振しにくい、3つの基本要素が得られ、高い精度を実現する基礎が出来上がりました。(C52, C60は鋳造)
B 優れた接近性・作業性
開発当初より5軸加工機に求められる要素が配慮された設計になっているためコンパクトな外観からの想像をくつがえすほどの広い加工範囲と接近性を有しています。
C オフセットX軸
X軸は2本のスライドレールとそのセンターに配置されたボールねじから構成されています。2本のレールを前後にオフセットすることによってレール間のスパンが長くとれると共に主軸からのモーメント(力)を分散することができるため高剛性を実現しています。センターに配置されたボールねじは、レールに対してねじれ方向の無理な力を受けず高い精度を維持します。
D ハームレ式ガントリーレール
Y軸は、3本のスライドレールをトライアングル上に配置した3点支持という独特な設計(特許)です。従来の2本レール4点支持に比べて"ねじれ"がありません。また、動き始めが極めてスムーズで、微小の動作指令にも追従します。
スライドレールは剛性の高いフレームに取り付けてあるため"たわみ"が発生せずに平衡度が常に保たれます。
E ピックアップ式ATC
スピンドルがフレーム内に収められた回転式マガジンから直にツールを交換する方式のため、構造と動作がシンプルでメンテナンスが容易です。
F トラニオン機構 ダイナミックA軸
A軸はマシニングセンタのサイドフレームに直に大口径のベアリングを固定すると共に左右両側に高トルクのサーボモータを配置しています。これにより重量物やパワフルな加工にも高い精度を保証します。

ハイデンハイン社製コントローラを標準装備

ハイデンハイン社製コントローラ
● 高精細で高速、安定した加工を実現する
標準装備されるハイデンハイン社製コントローラー iTNC 530では、より繊細で正確な切削を高速で行えます。ハードディスクを搭載することにより、膨大なデータを瞬時に入力する事ができ、大きなプログラムを効率的に編集できます。切削加工中に次のプログラムがコントロールユニット上で編集でき、同時にデータインターフェースを介して入出力できます。iTNC 530は標準仕様のイーサネット・データ・インターフェースでサーバコンピュータ、CAMステーションとつなげられます。
スピンドル速度は40,000rpmまで適応制御されタップ加工から高速加工まで安定した回転が約束されます。
加工パスがすばやく演算されることにより高速マシンに特有な不自然な挙動や振動が抑えられ、加工面の高い品質が約束されます。

高精細で高速、安定した加工を実現する [搭載機種:C22/C32/C42 ]

Y軸デュアルレール
● Y軸デュアルレール
更なる高速、高加速度のご要望に対応するため、C22、C32、C42はY軸のレールを従来のトライアングルコンセプトを生かしつつボールねじ周辺の剛性を上げるためセンターレールをデュアル化しました。
このため、高速での動きにおいてよりスムーズな動きを実現し、高寿命化も達成しております。

関連製品ページ
マシニングセンタC22
マシニングセンタC32
マシニングセンタC42

機械の大型化・高速化を高精度に実現する技術 [搭載機種:C52/C62]

機械の大型化・高速化を高精度に実現する技術
@ タンデムドライブ(Y・Z軸)
機械の大型化及び高速化に対応するために、C52はY軸を、C62はY・Z軸を2モーター駆動システムとし、スムーズでガタのない高速な動きを実現しました。
A 一体型フレーム
FEMによる構造解析で最適化された肉厚及びリブ構造を持つ、C52、C62のフレームは継ぎ目のない鋳物一体構造を採用。十分な肉厚と適切に配置されたリブにより高剛性及び高精度を確保しました。
※FEM(有限要素法)

関連製品ページ
マシニングセンタC52
マシニングセンタC62

旋削機能を追加したMTシリーズが誕生 [搭載機種:C42 MT/C52 MT/C62 MT]

旋削機能を追加したMTシリーズが誕生
● Milling / Turning
従来の高精度な5軸マシニングセンタに旋削機能を追加したMTシリーズが誕生しました。
MTの開発に当たり、大型旋盤の技術と安全性を基準に設計し、旋削及び切削加工がワンチャックで行えるようになりました。これにより段取り替え等で生じる精度のズレをなくし、加工時間の短縮を実現しました。さらに特殊な工具を使用すること無く1本のスピンドルで旋削・切削両方の加工が可能です。
また、適切なワークセッティングを容易にするマニュアルバランスシステムが付属しています。
MTシリーズは、5軸加工の精度を維持しながら旋削機能を得ることができる唯一のマシンです。

関連製品ページ
マシニングセンタC42 MT
マシニングセンタC52 MT
マシニングセンタC62 MT

ハームレ社マシニングセンタCシリーズを使用したスパイラルベベルギヤの加工

愛知産業株式会社 遠山 克彦

通常、ベベルギヤは専用のカッタを使い歯切り盤で加工されている。汎用のマシニングセンタでも加工可能だが、加工時間が専用機に比べ長くなるため実績は少ない。しかしながら、少数ロット試作などの特殊な製品もしくは大型のギヤに対して、マシニングセンタでの効率化によっては十分採算の取れる可能性もある。
本稿ではハームレ社Cシリーズを使用し、Φ250mmのスパイラルベベルギヤを、加工した例を紹介しながらマシニングセンタでのスパイラルベベルギヤ加工について検証、紹介する。

ハームレCシリーズ

ハームレCシリーズは、一体型フレームを採用した高精度5軸マシニングセンタとして、2004年のJIMTOF日本発表から10年以上経過し、高速で高精度の同時5軸加工が行える機械として金型、パーツ加工の業種で定評を得てきている。Cシリーズは同社の主力シリーズであり、小型機のC12から大型機のC60までのラインナップを持つ(図1、表1)。

図1C42U外観、表1Cシリーズ仕様諸元
図1 C42U 外観                      表1 Cシリーズ仕様諸元            

機械構成は、5軸機としては最適の形式の一体型のガントリーフレームで統一されている。このフレームの特徴として、一体型のフレームとなっているため剛性が高く、オーバーハングがないため、全ストロークで高精度を維持できる、固定されたフレームに直付けされた旋回軸(A軸)は、強固で直線軸に対してのジオメトリの変化がないなどの点があげられる。また、中型機のC42より小型の機種は人造石を使ったフレームとし防振性の良い強固な形式となっている。国内では、当社が総代理店として販売およびアフターサービスを行っている。

加工モデル、パスについて

スパイラルベベルギヤのモデルは、英国のDONTYNE 社より提供のΦ250の歯数23枚のスパイラルベベルギヤを使用した。加工パスは米国Concepts NREC社のMAXPACを使用し、すべての加工に対してテーパエンドミルを使用した同時5軸加工で行った。MAXPACは翼面形状のパス作成に特化したCAMだが、ギヤ加工にも応用できる。今回使用したバレルエンドミルによる仕上げ加工にも対応している。

テーパエンドミルについて

テーパエンドミルは同時5軸マシニングセンタを使用して加工することにより、多くの利点を発揮できる。テーパエンドミルの荒加工での強みは剛性である。加工量の多い根本は太く剛性が高く、剛性が下がる先端では加工量が少なく無理のない加工となる。今回使用したエムーゲ・フランケン社の荒加工用テーパエンドミルは、刃長一杯までZ切込みを大きくできる。荒加工後の側面を追い込んでいく工程では、進行方向対して横向きの傾きを変更することによりモデル形状に合わせた面ができる。さらに先端部が小径なのでコーナRを小さくすることもできる(図2)。

先に記した通りテーパエンドミルは、同時5軸マシニングセンタの使用によりのみ活用できるが、傾け方を間違うと工具破損の原因になり得る。例えば、工具を押す方向に傾けることは絶対に避けなければならない。工具を押す方向とは、進行方向に対して後傾姿勢(図3左)で加工することで周速0の先端で加工するだけでなく、加工反力の逃げがなくなり、無理をするとびびり出し、最終的には先端部が破損する。加工は必ず引く方向(図3右)でするのが鉄則である。一般的に、CAMでは、この傾斜を自動で管理できないので、必ず指定する必要がある。

図2傾きの変更で形状に合わせられる、図3進行方向に対する姿勢
図2 傾きの変更で形状に合わせられる                図3 進行方向に対する姿勢          

バレル工具

仕上げ工程では、加工時間短縮のためにバレル工具を使用した。バレル工具とは側刃にRがついた工具で、同じピッチでもカスプ高さを抑えることができる(図4)。今回は先端R1で測刃にR95のついたエムーゲ・フランケン社のエンドミルを使用した。カスプ高さ5ミクロンで比較した場合、単純計算でR1のエンドミルで送りピッチ0.2mmに対してR95のエンドミルで1.9mmと9倍以上になり加工時間も格段短くできる。 
このように大幅に加工時間を短縮できる可能性を持ったバレル工具ではあるが、対応するCAMと同時5軸マシニングセンタは必須条件となる。ハームレCシリーズは高速で滑らかな同時5軸が可能で、このような加工に最適といえる。

図4残り代の違い
図4 残り代の違い

加工結果

1溝当たり荒加工2分30秒、仕上げ2分30秒、刃底1分で6分強、これは全23刃を2時間半で加工できることになり、専用機での加工時間に近づき加工面も良好であった。(図5、図6)

図5加工結果1、図6加工結果2
図5 加工結果1                        図6 加工結果2    

☆     ☆

本加工で記したギヤ加工は、専門性が高く刃当たりの修正など複雑な工程があり、新規事業としては難易度が高い。しかしながら、同時5軸マシニングセンタとテーパエンドミルの組み合わせの応用の幅は広く、多くの事例に対して活用できる。   
本加工は、ハームレユーザーの若園精機(株)(岐阜)の協力をいただき加工した。当社は、ユーザーとともに同時5軸の加工技術を中心に周辺機器などの紹介に今後とも取り組んでいく。

「機械技術」2015年12月号 掲載

標準付属品
  • タッチプローブ
  • 工具測定システム(レーザ)
  • ポータブル操作ボックス
  • 強化ガラス
  • クーラント(外側)
  • エアーブロー(外側)
  • スケールエアーシール
  • キネマティックコントロール
  • 温度位置補正
  • 洗浄ガン
メーカーオプション
  • チップコンベア
  • 三色灯
  • スピンドルスルーエアー
  • MQL(外側のみ)
  • MQL(外側+スピンドルスルー)
  • ベッドフラッシング
  • 追加ATCマガジン
  • パレットチェンジャー
  • スピンドルスルークーラント(80bar)
  • 高精度パッケージ
    (VDI規格値:0.005mm)
ディーラーオプション
  • チップカート
  • ミストコレクター
  • AFCコントロール

※その他、オプション・アクセサリーがあります。お気軽にお問い合わせください。

追加ATCマガジン

追加ATCマガジン C12 C250 C400 C22 C32 C42/MT
ホルダ HSK A63
BT40
HSK A50
HSK E40
HSK A63
SK40
HSK A63 HSK A63
BT40
HSK A63
BT40
HSK E40
HSK A63
HSK T63
BT40
追加本数(本) 35 55/88 43/87 43/87 43/87/192/462 43/87/160
最大工具長(mm) 200 300 300 250 300 300
最大工具径(mm) 80 80 80 80 80 80
最大工具径(隣接無) - 125 125 125 125 125
最大工具重量(kg) - 8 8 8 8 8
追加ATCマガジン C52/MT C62/MT
ホルダ BT 40 BT 50 HSK A63
HSK T63
HSK A100
HSK T100
HSK A63
HSK T63
BT 40
HSK A100
HSK T100
BT 50
追加本数(本) 90/115/220/270 72/92/176/216 110/135/265/325 88/108/212/260 77 30
最大工具長(mm) 500 500 500 500 500 500
最大工具径(mm) 160 250 160 250 160 125
最大工具径(隣接無) - - - - 250 250
最大工具重量(kg) 15 30 15 30 15 30

パレットチェンジャ

パレットチェンジャー パレットチェンジャーPW850 パレットチェンジャーPW150

対応機種 C12 C22 C32 C42 C52 C62
チェンジャ型式 PW100 PW150 PW250 PW850 PW2000 PW3000
パレット寸法(mm) 320 × 320 320 × 320
400 × 320
320 × 320
400 × 400
400 × 400
500 × 500
630 × 630
800 × 800
1000 × 800
1000 × 1000
1250 × 1000
最大テーブル傾斜角 ±115° ±135° ±130° ±130° +100°/-130° ±130°
パレット数 3 4(6)*1 -
パレット数
(ストレージ付)
6/11/18 10(11)*1 5/6 - 5/9
最大積載量
(パレット含む)
2 × 100 kg 250(300) kg*1 250 kg 850 / 600 kg 2,000 kg 3,000 kg

※1…()内はパレット運搬アームがダブルグリッパーの場合

IHシステム

IHシステム

IHシステム IH30 IH60 IH100
最大運搬可能重量 30 kg 60 kg 100 kg
パレット寸法 194 × 98 mm 320 × 320 mm 400 × 400 mm
ワーク最大寸法 D × W × H
(バレット含む)
240 × 190 × 220 mm 320 × 320 × 270 mm
320 × 320 × 380 mm
320 × 320 × 400 mm
400 × 400 × 400 mm
収容可能バレット数 50 24(H=270)
16(H=380)
8(D,W = 320)
6(D,W = 400)
機械寸法 1740 × 1700 × 2400 mm 1975 × 2060 × 2400 mm 1700 × 1700 × 1800 mm
機械重量 約1,100 kg 約1,500 kg 約900 kg

ロボットシステム

ロボットシステム

ロボットシステム RS05 for
C12/C22/C32
RS1 for
C22/C32/C42
RS2 for
C22/C32/C42
RS33 for
C32/C42
RS4 for
C52
最大運搬可能重量 5 kg 60 kg 270 kg 500 kg 1,000 kg
Gripper System Individual , double
, multiple or special
gripper
Passive/active
gripper system
Active gripper
system
Active gripper
system
Active gripper
system
ワーク最大寸法
D × W × H(パレット含む)
- 400 × 400 × 380 mm 500 × 500 × 400 mm 630 × 630 × 400 mm 1000 × 800 × 800 mm

※上記以外の仕様についてはご相談に応じます。

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