三菱重工技報 VOL.45 NO.3: 2008

特集論文57

航空機アルミ部品用 門型 5 軸加工機MVR30S-5H の開発
Development of 5-Axis Controlled VerticalPrecision Milling Machine MVR30S-5H forMachining Aircraft Aluminum Parts
中 村 克 己＊1
Katsumi Nakamura

今 村 裕 幸＊2
Hiroyuki Imamura

今後更なる伸長が見込まれる航空機部品加工において機体部品の大半を占める長尺薄物アルミ部品加工をターゲットとした門型５軸加工機 MVR30S-5H を開発した．本機は荒加工と仕上加工を１台でこなせる切削能力に加え，従来生産現場において苦慮してきた切粉やクーラントの処理について自動清掃装置を開発することで上記ターゲット部品に対する最適な生産システムとしてお客様に広く提案するものである．

1．はじめにボーイング社の予測では 2006 年から 2026 年までの多量生産をターゲットとした．
図 1 に代表的な長尺薄物アルミ部品を示す．
開発に当たっては，以下の 3 点を重点課題として定め，20 年間で，世界の航空機旅客数は 2 倍に増加し，航検討と工夫を重ねた．

空機の販売総額は 300 兆円に達するとされている．こ① 高品質・高信頼性の世界的な航空機の需要増に対応するため，国内の航② 高速・高精度・パワフルな切削能力

空機部品生産量は今後ますます増加していくことが予③ 切粉・クーラント処理想される．

2．2

高品質・高信頼性

航空機は自動車などに比較して部品点数が多い上

2003 年５月に市場投入以来その高速性，パワフルに，高品質・高信頼性の観点から複雑形状の一体部品な加工能力，高精度，使い易さを高く評価頂き，500が多く採用されている．

台を超える納入実績のあるベストセラー機 MVR シ

特に主要な機体部品は薄型・長尺ワークの削り出しリーズを母機として採用した．主要部品を MVR と共加工が大半を占めることから，高速でパワフル，かつ通化し，モジュラ化された各装置を積極的に採用する高精度な５軸加工機による高能率な加工が望まれる．

ことで MVR シリーズの高品質・高信頼性をそのまままた加工の際は多量な切粉が発生し，逃げ場のないポケット状であるワークに多量に堆積することから，生産現場においては清掃に多大な工数を費やしてきた．
このような状況から，長尺薄物アルミワークを荒加インスパーリブ工から仕上加工まで高能率で加工し，さらに切粉処理を含めた生産システムとして最適な５軸加工機が求められていた．このニーズに応えるべく，航空機アルミ部品用門型５軸加工機 MVR30S-5H を開発したので報告する．

2．開発のねらい
2．1

MVR30S-5H のターゲット

インスパーリブを始めとする主翼系や胴体系の航空機機体部品に多数使用される長尺薄物のアルミ部品の＊1＊2

工作機械事業部技術部専用機設計課主席
工作機械事業部技術部専用機設計課

図１

航空機の主要な長尺薄物部品

三菱重工技報 VOL.45 NO.3: 2008

58に生産性の高い５軸加工機として構成した．
2．3造とし，低振動でコンパクトな構成とした．ビルトイ

高速・高精度・パワフルな切削能力

ンモータは連続加工が可能な出力を 37 kW，短時間アルミ部品を高速・高能率で加工するために必要な加工に対応可能な最大出力を 68 kW 発生させる高出高速主軸，B 軸及び C 軸の駆動剛性を高め，荒加工力なモータを採用し，高剛性な＃50 主軸と組み合わから仕上加工まで幅広い加工用途に対応可能な高精度せて荒加工から高速仕上加工まで対応可能とした．

２軸チルトヘッドを新規に開発した．
2．4

チルトヘッドを駆動する B 軸，C 軸駆動系は複リー切粉・クーラント処理

ドタイプのウォーム減速機と歯車列を組み合わせた構高能率加工により多量に発生する切粉やクーラント成とし，高減速比による駆動剛性向上，駆動力向上に処理への対策として，加工エリアのみをカバーする

加えてバックラッシュ調整機構による高精度化をね

クーラントガードと新規開発した切粉・クーラント清らった．また B 軸，C 軸はそれぞれ当社製高分解能タ

掃装置，水流式チップシュートの採用により外部へのイプのロータリスケールを標準装備し，割出加工にお飛散を防止しながらワーク上を自動的に清掃できるよ

いても点群プログラムによる同時５軸加工においてもうにした．

高精度な加工を実現した．

2．5

3．2

MVR30S-5H の機械構成

切粉・クーラント清掃装置（特許出願中）

機械構成としてはヘッド側に旋回軸（C 軸）及び傾ワークを加工した際に発生した切粉やクーラントは斜軸（B 軸）を有したヘッド 2 軸タイプ 5 軸加工機と加工によって生成されたポケット部に多量に堆積すした．ヘッド 2 軸タイプはワークを直接積載するテーる．従来はこの堆積した切粉やクーラントをバキューブルを傾斜させることがなく，ワーク質量変化の影響ム装置や，オペレータが直接清掃するなどの対応をしを受けにくい．また，旋回軸や傾斜軸の移動質量が小てきた．

さくなり高速かつ高精度に制御可能となるメリットが

ところがバキューム式は吸い込み口と相手面との距離が離れると吸い込み能力が極端に落ちてしまい，複ある．

雑形状のワークに対してはほとんど効果がなく，また本機の構成を図２に示す．

クーラント（切削水）を吸い込むことができない．オ
ペレータによる清掃に至っては１ワーク当たり，数時クーラントガード

Y軸間を要する場合がある．

Z軸

そこで MVR30S-5H ではクーラントガードに可動治具チェンジャー式のエアブローノズルを設け，大風量のエアを膜状に吐出しワーク上を清掃する装置によってこの問題を解X軸決した．エアブローノズルは排出方向への往復動作に切粉・クーラント清掃装置

水流式
チップシュート加えてワーク高さに合せて任意に位置決めできる NC
軸構造とすることでエアブローノズルとワーク上面との距離を一定に保ち，かつ加工しながらワーク上を自2 軸チルトヘッド動清掃することが可能となった．エアブローにより吹き飛ばされた切粉とクーラントは左右のチップシュートに排出され，迅速に機外に排出される．

C軸

本装置の構造を図 3 に示す．

B軸

図２

紹

密閉型
クーラントガード

Y 軸追従天井カバー

MVR30S-5H の機械構成
エアブローノズル
上下 NC 位 置決め

3．技術

介

3．1

高速・高精度・パワフルな２軸チルトヘッド

主軸は＃50 テーパ主軸としてはトップクラスの最−1

高回転数 15 000 minを誇り，B 軸揺動ユニット内にビルトインモータを内臓してダイレクトドライブ構

エアブローノズル
左右往復動作

図３

エアブロー
ノズル

クーラントガードと切粉・清掃装置

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本装置は，サンプルワークを用いた実機テストにおいて十分な清掃能力を有すことが確認できた．このテストの結果を図 4 に示す．
薄物ワークで切粉堆積に苦慮しているお客様に効果的な装置として広く使っていただきたい．

テストピース2 軸チルトヘッド

ポケット部に切粉・クーラントが堆積した状態

切粉・クーラントも除去可能

自動清掃前

図４（切削条件）

自動清掃後・工具 φ20エンドミル・主軸回転数 S＝12 000 min−1
・切削送り速度 F＝1 000 mm/min

切粉・クーラント清掃装置実機テスト結果

サンプルワーク（インスパーリブ）を用いたテストにおいて，ポケットに堆積した切粉・クーラントが清掃不要なほど，除去出来ている．

3．3

図５２軸チルトヘッドによる傾斜円錐加工

加 工 能 力

3．3．1

重切削

以下に示す条件で実加工試験を行い，良好な結果を得た．
① φ80 ミーリング（4 枚刃）による重切削加工< 切削条件＞

従来真円 保証値
度30μm−1● 主軸回転数：S ＝ 15 000 min● 切削送り速度：F ＝ 15 000 mm/min● 切削幅：70 mm

MVR30S−5H 実績
真円度 8μm● 切り込み深さ：6.0 mm● 切削量：6 300 cc/min

図６

傾斜円錐加工真円度チャート② φ25 ラフィングエンドミル（３枚刃）による重切削加工
より，特に荒加工において大幅な加工時間の短縮が見＜切削条件＞−1● 主軸回転数：S ＝ 15 000 min

込める．また，仕上加工においてはその高速性による● 切削送り速度：F ＝ 12 000 mm/min

加工時間短縮が見込める．

● 切削幅：20 mm

図７は出力 25/30 kW，主軸最高回転数 10 000 min− 1● 切り込み深さ：25 mmの他社製 5 軸加工機と MVR30S-5H の生産能力を比● 切削量：6 000 cc/min

較するために代表的なインスパーリブの切削時間を試

3．3．2

高精度加工

同時 5 軸加工精度の評価として広く用いられる，NAS979 に準拠した傾斜円錐加工試験を実施した．

算した結果である．

4．MVR30S-5H の仕様

φ 230 円錐部の真円度が従来機の保証値 30μm に対4．1して本機は８μm を達成した．

本機の主な仕様を表１に示す．

図 5 に加工試験の様子と切削条件を，図６に加工試験結果の真円度チャートを示す．
3．44．2

主 な 仕 様アルミ部品の多量生産に適した豊富なオプ

ション

MVR30S-5H による生産能力向上の効果

前述した切粉・クーラント清掃装置及びクーラント

荒加工から高精度仕上加工まで 1 台でやりきる汎用ガードに加え，アルミ部品の多量生産に適した豊富な性の高さに加え，大出力・高速性能をいかした加工にオプションを準備した．

三菱重工技報 VOL.45 NO.3: 2008

60：仕上加工：荒加工

表１合計38％削減

MVR30S-5H の主な仕様

項
テーブル作業面の大きさ

MVR30S−5H目

幅（mm）

1 800

長さ（mm）

5 200（mm）

2 550

X 軸：テーブル前後（mm）

6 200

Y 軸：ヘッド左右（mm）

2 000＋490

Z 軸：ラム上下（mm）

626

B 軸：主軸揺動（deg）

135（−30 〜＋105）

C 軸：主軸旋回（deg）

加工時間

コラム門内幅23％削減
各軸の移動量54％削減
他社 5 軸機

図７

MVR30S−5H

主軸

インスパーリブ全加工における加工時間比較

特に荒加工における大幅な加工時間短縮効果が分かる．

① 水流式チップシュート
多量に発生する切粉に対し，従来のコンベア式ではなく，シュートの各部からクーラントを流し，効（min−1）

15 000

連続／短時間 （kW）

37/68

X軸（mm/min）

22 000Y軸（mm/min）

20 000Z軸（mm/min）

10 000

B・C 軸（deg/min）

1 440

X・Y 軸（mm/min）

15 000Z軸（mm/min）

10 000

B・C 軸（deg/min）

1 440（本）50

主軸最高回転数
主軸出力

早送り速度

切削送り速度ATC±190
BT50（2 面拘束）

主軸テーパ

工具収納本数率よく機外に切粉を排出するとともに機械部品がなくなることからメンテ性も向上する．
② 高速治具チェンジャ加工機を開発することができた．また，本機は従来の加工能力向上に留まらず，切粉処理など従来解決困難加工完了した治具と段取が完了した治具を自動交な課題に対して効果的な解決策を示し，アルミ部品加換する装置である．本装置により加工中に次のワー工用の生産システムとして最適な工作機械として今後クを段取することが可能になる．の航空機部品加工業界に自信を持って提案できる機械③ その他自動化・省人化装置
ワークの自動計測・芯出し装置や工具長の自動計となった．
初号機は 2008 年８月より稼動開始の予定である．

測装置
複数の加工機を管理・スケジューリングするシステ
ムなど，自社で航空機部品を生産している強みをいかした豊富なオプションを準備している．

5．まとめ

長尺・薄物アルミ部品の荒加工から高精度仕上加工まで１台で対応可能な高速・高精度・パワフルな５軸

中村克己

今村裕幸