NILES-SIMMONS社はMCシリーズとして、最高水準の精度で高い柔軟性と適応性をも兼ね備えたCNCミル/ターン・マシニングセンタを提供している。

もともと航空宇宙産業に向けて開発されたこれらの複合加工機は、同業界で非常に人気が高いのはもちろんだが、他の産業分野からも需要を集めている。そのスライドの駆動には、ラック&ピニオンと与圧を加えた2つの遊星歯車を組み合わせたバックラッシュのないRedexの駆動機構用いられており、これが最終部品精度±2 μmという精密かつ効率的な加工に貢献している。

このような精度はCNCによる旋削とフライス加工としては最高水準だ。NILES-SIMMONS社のN40 MCマシニングセンタを使えば、最長9 m・最大径1,100 mm・最大重量4トンもの軸物を一度のクランプで加工でき、必要に応じて自動加工プロセスとしても実行できる。旋削からフライス加工、研削、測定までさまざまなプロセスすべてが高い精度で統合されているからであり、その加工精度に大きく寄与しているのが、鉄鋼フレームを溶接したうえ、コンクリート充填した傾き60°のスラントベッド技術となる。

狙いは航空宇宙産業のための高精度な完全加工

このマシニングセンタは主に航空宇宙産業で導入されており、ほかにも同じMCシリーズのより小型なN20 MCモデルや大型のN60 MCモデルなども同分野で活用されている。こうした工作機械を使って製造する部品のなかには、航空機の着陸装置といった高い応力に耐えなければならない部品がある。そのため実際に、このような使い方を機械の設計段階から想定して創り込まれている。

NILES-SIMMONS社でN40/N50/N60シリーズのプロジェクトマネージャを務めるCarsten Hirche氏は、「目標としたのは、ジェットエンジンの国際的な大手サプライヤと共同で、次世代の旋盤を開発することだった。しかし、このシリーズは石油・天然ガス産業など、極めて厳しい精度と安定性が要求される複雑なワークを重切削しなければならない一般的な用途でも使われるようになっている」と説明している。

オプションのモジュールを選んで柔軟な加工を

N40 MCを特徴づけるのは、スライドを1台あるいは複数台の構成とすることができるうえ、最大限の精度を実現するとともに非常にユーザーフレンドリな極めて高い柔軟性を備えている点だ。モジュールシステムであることから、工具システムや工具マガジンの本数を変えられるなどの幅広いオプションによって、さまざまなユニットを追加して最も要求の厳しい加工にさえも対応できる。また、N40 MCは複数の標準長で提供しているため、マシニングセンタ自体のサイズも要件に合わせて適応をはかることが可能である。

課題は高性能かつ高精度なスライド駆動機構の設計だった

開発の段階で設計チームが取り組んだ数多くの課題の一つが、位置決め精度と加工精度に対する最高水準の仕様を満たせるような駆動コンセプトの選択だった。そこで、電子制御のダイレクトドライブ主軸と各種のギア駆動のバージョンをユーザーが選べるようにした。

ベッド上のスライドには、NILES-SIMMONS社の設計者によってRedexのラック&ピニオン駆動機構が採用された。これにより、大型部品の高速加工プロセスが可能となっている。主な仕様は、最大送り速度30m/min、加速度3m/s²、最大積載重量4,500 kg。設計にもよるが、最大30,000 Nの推力を発揮できる。

電気的に与圧したラック&ピニオン駆動が決定的な支持を集める

先述のような仕様はそれだけで素晴らしいものだが、さらに精度についてもご紹介しなければならない。Carsten Hirche氏は、「この工作機械は、非常に高い精度要求にも応えるものとなっている。大きな荷重や高い加速度が作用する場合でも、バックラッシュのない最大限の精度を確実に保証している」と続ける。具体的な数値を挙げると、繰り返し精度をμmレベルに抑え、加工部品全体として±2 μm以内の精度を実現している。

このアプリケーションでRedexのDRP2シリーズが選ばれた理由の決定的なポイントは、動力伝達性能と振動特性、精度に加えて、機械のスペースへ最適に統合できるという点だ。

DRPで高精度かつバックラッシュ・フリーの直進駆動を実現

DRP駆動装置は、ねじりに強い一体型ブロックに高品質な2つの遊星歯車を組み合わせた構成になっている。統合された2軸の出力ピニオンがラックと噛み合い、モーターによる電気的な張力を通じてピニオン-ラック間に所定の与圧をかけ、高精度かつバックラッシュのない駆動を実現している。

このような設計コンセプトは理論的にも実践的な観点からも優れており、ボールねじに比べてより長い運動距離と精度を実現できる。特にボールねじでは、高い送り速度や機械構造の温度上昇のために、ワークの加工精度に限界が生じる。

NILES-SIMMONS社の設計チームは、Redexの駆動装置そのものにとどまらず、プロジェクトの計画段階からの協力体制にも完全に満足されている。Carsten Hirche氏は、「Redexから優れたサポートが得られ、問い合わせにはいつも丁寧に答えてくれた」と話している。こうしたことから、N40 MCは航空業界だけでなく、世界中の非常に要求の厳しい用途で活用されるまでになった。

▲バックラッシュなくスライドを駆動して高品質な加工を実現している