三菱重工技報 Vol.52 No.1 (2015) 新製品・新技術特集

技 術 論 文99

加工面段差 10μm 以下の高精度加工を実現する
門形機 MVR-Eχでの最新技術
Latest Technologies of 5-face Machining Center MVR-Eχ
for Realize the High-precision Cutting

久 良 賢 二 *1

法 山 敬 一 *2

Kenji Kura

Keiichi Noriyama

有 賀 寛 泰 *3

粂Hiroyasu Aruga

Takayuki Kume

隆 行 *4

岩 田 康 二 *5

中 村 真 吾 *6

Koji Iwata

Shingo Nakamura

大物部品加工における高精度加工を実現するためには，大形工作機械の機械内外の温度変化に伴う機械の熱変形を低減することが課題である。従来技術の主軸発熱による熱変形補正ではその高精度化ニーズに対応できなくなっており，新たな高精度加工技術が必要になっていた。
開発した門形機 MVR-Eχは主軸の内部冷却技術やサーモスタビライザコラムを国内門形機で初めて標準搭載し，より容易に高精度加工を実現できるようにした。また，オペレータの操作を支援する操作体系の構築や予防保全の機能に加え，機械の見た目改良にも取り組み高精度をイメージする機械デザインを開発した。

|1. はじめに自動車や家電機器に代表される大形金型加工は海外での生産が拡大する一方，国内での金型生産回帰の動きも見られ，安定かつ高品位に金型を製造する要求が高まっている。また，最近の加工機の加工面品位に関しては磨きレス水準の面品位の要求が増え，熱変位等に起因する加工面段差低減など面品位の高精度化が求められている。そこで，当社では先に発売した高精度マシニングセンタ“LH250”の高精度技術を搭載した大形の門形加工機“MVR-Eχ（イーエックス）”を発売した。以下に高精度加工を実現する MVR-Eχの技術の特徴と加工事例を紹介する。

|2. 高精度加工を実現する最新技術
2.1 目的
数十時間に及ぶ大形の金型製造では主軸回転時の発熱に伴う主軸熱伸びや機械周囲の気温変化による熱変形が発生することで加工面段差が発生する要因となり手仕上げレスの阻害要因になっている。一般的に大形の工作機械には熱対称構造や熱変形に対する補正技術が採用されているが，いずれの補正技術も機械や工具の傾き補正は出来ないため，手仕上げレスを目指す為には熱変形補正に頼らない技術改善が必要になってきた。

*1 機械・設備システムドメイン 工作機械事業部 ソリューション技術センター 主席技師
*2 機械・設備システムドメイン 工作機械事業部 技術部 主席チーム統括*3 技術統括本部 横浜研究所 主席研究員*4 機械・設備システムドメイン 工作機械事業部 技術部 主席チーム統括 技術士（機械部門）*5 機械・設備システムドメイン 工作機械事業部 技術部 主席技師
*6 機械・設備システムドメイン 工作機械事業部 技術部

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2.2 内部主軸冷却
MVR-Eχシリーズでは高精度門形マシニングセンタ LH250 で培った内部冷却主軸技術と潤滑最適化技術を採用することで，高速回転時の主軸の熱伸びと軸受等の発熱を抑制し，熱変形補正なしで高精度加工を実現できる構造とした。また，主軸の効率的な冷却技術により，主軸低速回転時の主軸軸受の予圧を高めることで荒加工にも耐えられる構造とし，低速域での重切削加工と高速・高精度の仕上げ加工を両立した高精度主軸とした。

2.3 サーモスタビライザコラム
熱変形補正なしで高精度加工を可能とするため，外気温の変化による熱変形を抑制する“サーモスタビライザコラム”を標準搭載し，熱変形補正機能では修正できないコラムの傾きや縮みといった熱変形までも低減した。例えば，Ｘ軸とＺ軸の直角度変化で 500mm 当たり 6μm 以内と極限まで抑制することで，機械設置場所の環境温度変化にも影響されにくい構造としている。同時にサドルやクロスレールといった機械の主要構造体の剛性も高めており，ラムを 800mm 繰り出した状態でもハイパワーで安定した切削加工を可能とした。

2.4 高速加工輪郭制御（FM 制御）
高精度な金型を加工するためには機械系の誤差を小さくするだけでは十分でなく，制御系の遅れによる誤差等を補正する必要があり，当社では独自の高速加工輪郭制御（FM 制御）を装備し高速・高精度な輪郭制御を行っている。一般に NC フライス盤などの NC 制御工作機械はプログラム指令の軌跡の通りに動くと思われているが，実際は送り軸のサーボ特性による軌跡の誤差が生じる。その誤差は，軌跡の曲率が大きいほど，また速度が速いほど誤差量が大きくなる。フラ
イス加工などの位置決めや直線加工においては問題ないが，金型加工においては曲線加工となるため加工速度を上げると形状がくずれ，加工形状を精度良く加工しようとすると加工速度を落とさざるを得ないというジレンマに陥る。FM システムはこの形状誤差を小さくするのではなく，０（ゼロ）にする設計思想であり加工速度を上げても加工形状誤差が生じない工夫を採用してこの問題を改善している。

|3. ユーザ操作支援システム
3.1 操作画面の特徴
機械性能の向上とともに機械の操作性についてもお客様のニーズを反映して，機械操作から加工工程全体に亘る加工支援機能を実現した。操作画面は 15 インチの大画面を採用し，従来のハードスイッチ構成に加えてタッチスクリーンからの操作を可能としている。画面構成は位置情報や工具情報等の各情報を同時に表示するマルチ画面とし，画面遷移やタッチ回数を減らすことでオペレータの負担を軽減した。また，マルチ画面に表示する情報はお客様自身でカスタマイズ設定できるようにし，使用条件に合わせた必要な情報を１つの画面で確認できるようにした。各情報画面のデザインは統一感をもたせ，様々な加工シーンでオペレータをアシストする機能を作成し，加工シーン毎に最適な操作画面とすることで直感的な操作性を実現した（図１）。

3.2 予防保全機能
機械に対するお問い合わせの大半は，復旧方法やアラームの対処方法に関するものであることから保守メンテナンス画面を作成することでお客様自身にて問題を解決いただけるようにした。
従来の機械で復旧が必要となった場合には，文字による手順を確認しながらの作業であったが，MVR-Eχは 3D 図で該当箇所をハイライト表示し，簡単な画面選択と専用ハードスイッチだけで復旧操作を可能とした（図２）。また，アラーム表示についてもアラーム内容表示に加え，発生要因と対処方法を表示するとともにアラームの発生要因となっている機器設置位置を 3D 図でビジュアル的に表示することでアラーム内容の明確化と迅速な保守・復旧運転を可能とした。

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図１ 操作性が向上した画面

図２ ビジュアル的な復旧画面|4. 加工事例
MVR-Eχの高精度主軸とサーモスタビライザコラムによる熱変位抑制構造の効果を示すため
A5052 テストピースを用いた加工結果を示す。テスト加工は，主軸熱伸び補正などの一切の電気的な熱変形補正をしない状態とし，主軸熱伸びを意図的に発生させるため主軸回転数を1000min-1 から 8000min-1 に変化させて行っている。また，主軸熱伸び量が短時間に安定することを示すため，主軸回転数変化後 30 分以内に加工を行っている。一般的には低速から高速への変化時，または高速から低速への変化時に比較的大きな熱変形が発生するが，テスト環境のような比較的主軸の熱伸びが発生しやすい状況下においても，加工面の段差は最大でも 1μm であり段差が小さく高精度な加工面が得られた（図３）。

図３ 高精度加工事例（立軸加工）

また，機械周囲温度変化時の機械の熱変形，特にコラム倒れ等による加工面段差が低減できることを確認するため，アングルヘッド（横主軸）を装着してアルミテストピースの側面加工を行った。その結果，機械周囲の外気温が 5.5℃／18 時間変動した状態でも１パス毎に数時間の間隔をあけて加工したパスの間には段差も 8μm と少なく，外気温の変化に対して熱変形しにくく加工面段差が発生しにくい構造であることを示した（図４）。さらに，直角度がほとんど変化しないことから，一般部品加工における五面加工の直角度や穴ピッチ精度等でも安定した高精度加工を可能とした。実際に 40 時間以上に及ぶ金型モデルサンプル加工においても高精度主軸とサーモスタビライザコラムの効果を確認している。複数の異なる工具径による仕上げ面の加工面段差も小さ
く，段差が発生しやすい仕上げ面のつなぎ部分でも最大で 1.5μm に抑制でき，また，金型の寸三菱重工技報 Vol.52 No.1 (2015)

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法精度や面沿い加工の加工形状の乱れもなく手仕上げレスを達成できるほどの高品位な加工面を得られた（図５）。

図４ 高精度加工事例（横軸加工）

図５ 高精度主軸とサーモスタビライザコラムの効果|5. まとめ
高精度な金型製造を実現する門形加工機 MVR-Eχの特徴，性能と加工事例を紹介した。主軸や機械の熱変形の大幅低減により加工面段差を抑制することで高精度な加工を実現し完全手仕上げレスの一助になるものと考える。先に発売した高精度門形マシンニングセンタ LH250 と併せ，自動車や家電機器における大型化・一体化する金型を高精度に加工するニーズをくみ取り，機械のアプリケーションを充実させ，設備の高度化を目指すユーザのニーズに応えつつ社会の進歩に貢献していく。