三菱重工技報 VOL.43 NO.3: 2006

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特集論

シリンダブロック仕上げ加工用マシニングセンタを用いた超フレキシブル加工ラインの実現

文

Realization of the Ultra Flexible ManufacturingLine with the Finishing Machining Center forCylinder Blocks
藤 村 宜 孝＊1

Noritaka Fujimura

田 中 雄 一 郎＊1
Yuichiro Tanaka

菅 野 賜 也＊2

Tamaya Sugano

近年，自動車部品量産設備には変種変量生産と，設備有効活用のための工程集約型フレキシブルラインのニーズが高まっている．
当社では量産加工用マシニングセルで構成されるラインを積極提案することで，本ニーズにおこたえしてきた．しかし最終仕上げ工程は依然として専用工作機械を使用しており，フレキシビリティを制約する要因となっていた．今回専用工作機械と同等の性能を得る仕上げ加工用マシニングセルを実用化し，専用工作機械を用いない超フレキシブル加工ラインを構築することを実現した．

1．はじめる．最後に，本機を用いた新しいフレキシブル生産ラにインを提案する．

当社は，1950 年に専用工作機械の製作を開始し，1953 年に日本初のトランスファマシンを開発して以2．自動車部品生産ラインの変遷

来，現在に至るまで，自動車製造用の量産機械加工設

従来の自動車部品生産ラインは，少種・大量生産を備を製作し続けている．また 1970 年に三菱自動車工要求されたため，生産性を重視した多主軸専用工作機業株式会社を分離独立させた後も，FTL（フレキシブ

械を並べたトランスファマシンが生産システムの主流ルトランスファライン）やマシニングセル（量産ライであった．最近の日本自動車生産は，総生産量は横ばン専用のマシニングセンタ）の導入により，長年にわいながら，顧客ニーズの多様化に伴い車種数が急増し，たって多くの自動車メーカのニーズに的確にお応えし．
車種当たりの生産台数は急減している（図１，図２）
また，嗜好（しこう）の変化が早まり製品のライフてきた．
本論文では，最初に自動車部品生産ラインの傾向とサイクルも著しく短縮している．これに伴い，自動車事例及び課題を述べ，次に開発したシリンダブロック

業界は少種・大量生産から多種・中量生産体制へ，さ仕上げ加工用マシニングセンタの特長と性能を紹介すらには変種・変量生産体制へ移行している．そのため自動車部品生産ラインでは，設計変更や設備転用にも：車種数：完成車生産台数容易に対応できるフレキシブル生産ラインのニーズが高まっている．

：A社
：B社
：C社

1
車
種
当たりの生
産
数
1980年

図１

＊1
＊2

1990年

2000年

現在

日本主要自動車会社生産台数と車種数の推移

完成車生産台数は横ばいだが，車種数は増加している．

工作機械事業部技術部専用機設計課
工作機械事業部技術部専用機設計課主席

1980年

図２

1990年

１車種あたりの生産数

2000年

現在

１車種当たりの生産台数が大きく減少している．

三菱重工技報 VOL.43 NO.3: 200649

またライフサイクルの短縮により，生産ラインの投用性を考慮した，異なるライン間での生産設備の平準資リスクをおさえるため，工程集約型の生産ラインが化も可能である．ただし複数の機械が同じ加工を平行注目されている．従来の工程分割型は，工程ごとに設しておこなう工程集約型のラインでは，各機械で精度備が必要であり，かつ最大生産量を見据えた投資を行がばらつくと加工品質の維持が困難であり，高品位のうため，生産立ち上がり時，及び減産時の設備コスト生産設備が必要でもある（図３，表１）．

が非常に大きかった．これに対して工程集約型は，１3．最近の自動車部品生産ライン

台の機械で多工程の加工を可能とするため，生産量に応じた最小の設備数で生産を開始し，段階的な投資で図４に当社が 2004 年に納入したアルミのシリンダ販売量に応じた生産対応が可能となる．また設備の転ブロック加工ラインのレイアウト図を示す．本加工ラ＜工程分割型欠点＞
固定費，変動コストの必要経費が多い
MAXの生産計画で投資するために減産時のリスクが大きい：工程分割型：工程集約型

7 000
5 000
3 000

50100

6 000
4 000
2 000

150200250300

フレキシビリティ

50100

150200250（a）投資のブレークポイント（b）コスト比較

300350生産システムの比較１

工程分割型生産システムの欠点を示す．

評 価 項 目

コスト0生産数（千台／年）

表１

質350

生産能力（千台／年）

図３

経 営

：工程分割型：工程集約型

8 000

1 000
0

品

F+Vcost（円／台）

投資（百万円）

9 000

10 000生産システムの比較２
工 程 分 割工 程 集 約 型

品質安定

△ ワーク脱着回数が多い○ ワンチャック加工が可能でワーク脱着回数が少ない

品質管理○ 品質管理が容易△ 複数機で加工するため，管理が困難

投資額（固定費）△ 搬送などの付随時間が多いので設備台数が増える ○ 搬送などの付随時間が少なく，設備台数の削減可能

変動コスト△ 上記により設備数が増え必要経費が多い○ 上記により設備数が減るので，必要経費が少ない

減産時のロスコスト対応△ 稼動時間の調整のみ○

変量生産の容易さ△ 台数変動へのリニアリティが不十分○ 台数変動へリニアに対応可能

減産時の設備転用△ 1本ラインで直結されているため困難○ 複数マシンであるため，転用が容易

投資リスク

MAXの生産計画で投資するため，減産時のリス△ ク大きい○稼動時間，設備の稼働数で調整でき，ライン操業度の維持が容易

段階投資が可能であるため，投資タイミングの見極め時間を長く取れる

マシニングセル

専用工作機械

図４

自動車生産ラインの事例

仕上げ工程に専用工作機械を用いている．

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インは，量産加工用マシニングセルを直列に並べた粗加工ラインと，専用工作機械（トランスファマシン）

ベッド

テーブルを直列に配置した仕上げ加工ラインから構成される．
粗加工ラインは，加工内容の変更に柔軟に対応できるように，マシニングセルを主体としたライン構成と工具
長尺ボーリングバー
主軸
コラムワークなっている．また，仕上げ加工ラインは，重要工程（クZ軸

ランク穴仕上げ，筒穴仕上げ，前後面仕上げ，上面仕上げほか）の高精度加工と生産能率を重視し，専用工作機械を配置したトランスファマシンで構成されている．マシニングセルとトランスファマシン両者の長所を生かした本生産ラインは，フレキシブル性，加工精度，生産性においてお客様に高い評価を頂いた．しかし今後想定されるお客様の程集約型ライン

変種・変量生産と工というご要求に対しては，次のようXな課題がある．
Z

粗加工はすべてマシニングセルで構成され，工程集約型ラインとなっており，多機種の混流生産が可能で，ワークの設計変更にも容易に対応できるが，仕上げ加図５

特殊工具交換装置

シリンダブロック仕上げ加工用マシニングセル構
造図
機械本体と特殊工具交換装置から構成される．

工は，専用工作機械で構成され，工程分割型ラインとなっている．このため対応できるワークの種類に限界があり，ワークの設計変更には大幅な改造が必要となる．

治具ワーク(V6, アルミ)

4．これからの自動車部品生産ライン
変種変量生産工程集約型ラインの実現には，チルトインデックス
テーブル

従来専用工作機械で行っている工程をマシニングセルで行うことが解決策となる．そのためには，専用工作機械が有する機能をマシニングセルに付加することが必要となる．当社では，仕上げ加工用マシニングセルの実用化に成功したので，その特徴と成果の一部を紹

長尺ボーリングバー介する．
4．1

シリンダブロック仕上げ加工用マシニング
セルの特長開発したシリンダブロック仕上げ加工用マシニング

図６

主軸

長尺ボーリングバー

クランク穴の仕上げ加工に長尺ボーリングバーを用いる．

セル M-CM5AL は，従来の仕上げ専用工作機械で実施していた多工程を１台の機械で行うことができる．
● 長尺ボーリングバー（長さ約 850 mm）を用いたクランク穴仕上げ加工● 筒穴及びクランク穴の精度計測● 筒穴の自動補正仕上げ加工● 上面仕上げ加工● 各面のノックピン穴仕上げ加工

図５に機械平面図を示す．本機は次のような特徴を持つ．

るための特殊工具である．
● Z 軸ストロークは，長尺ボーリングバーを自動工具交換及び加工が可能な 1200mm を有する．
● 筒穴，クランク穴を計測するための２系統の計測システムを備える．
● ワークの５面加工が可能なチルトインデックステー

ブルを備える（図６）．
また任意位置決め可能なため，
V ６及び V ８エンジン等異なる種類のワークに対しても幅広く対応できる．

● 長尺ボーリングバーを自動工具交換することができ● 制御軸は，高精度位置決めを行うため，直線・回転る特殊工具交換装置を備える．長尺ボーリングバー

全軸に当社独自のスケール（MP スケール）を備えとは，図６に示すようなクランク穴を仕上げ加工する．

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本機のキー技術である，特殊工具交換装置と計測シラック本体が直接機内へ移動し，主軸との間で工具交換を行う．交換方法を図８に示す．ラックには工具をステムについて詳説する．
4．2

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特殊工具交換装置３本格納することができ，本例ではクランク穴加工用

図７に今回開発した特殊工具交換装置の概略を示

ラインバー１本，クランク穴計測用ヘッド１本，筒穴す．本装置は機械本体側面に設置され，２軸移動ユニッ計測用ヘッド１本を設置している．
本装置の駆動には，トと工具を保管するためのラックを設けている．このサーボモータを用い高速応答性と，位置決め精度の確保を実現している．

機械本体使用していない工具をクリーンに保つために，工自動工具交換装置

具ラックと加工室を分離するシャッタを備えている．
シャッタの構造を図９に示す．本機ではシャッタを３テーブル

筒穴計測装置クランク
収穴計測装置 納
ラインバー 工具
（クランク穴加工）

X軸

ベッド

分割し，開閉速度の向上と並行動作を実現し，工具交

シャッタA

シャッタB, C

Z
支柱
X

ラック

移動ユニット（X軸，Z軸）
機械本体

自動工具交換装置（a）上面図

シャッタB
収納
工具

Z軸

移動ユニット（X軸，Z軸）Y（b）正面図図９

特殊工具交換装置構造図

移動軸を２軸持ち，特殊工具を３本格納する．

シャッタ構造図

シャッタ開Z軸

機械本体

X軸

自動工具交換装置XX
長尺ボーリングバー

ZZ（a）工具挿入前

図８

移動ユニットシャッタは３分割されており，特殊工具交換装置の移動と同時に開閉する．

主軸

移動ユニットラック※シャッタB，Cはラックとともに移動しラック移動と同時にシャッタB，Cが開く

支柱

Z

図７シャッタC

工具交換手順（b）工具挿入後特殊工具交換装置本体が機内へ移動し，主軸へ工具を受け渡す．

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換時間を短縮した．シャッタ A はサーボモータによっ

着時に毎回マスターゲージの測定を行い，正常に装着て駆動されるカムによって開閉し，シャッタ B，C はできていることを確認している．計測ヘッドをマスラックと一緒に機内へ移動しながら開閉を行う事で，ターゲージと一緒に保管しているため，この確認を一工具交換を８秒とした．

連の工具交換動作の中で行うことができ，時間を節約

4．3しながら必要な計測精度を達成している（図 10）．

計測システム仕上げを行う筒穴，クランク穴の計測をするため，本機の計測装置での繰り返し精度を図 11 に示す．

２系統の計測を行うことのできるシステムを開発し計測装置単体の保証精度 1.5μm 以下を確保できておた．本機では筒穴，クランク穴専用の計測ヘッドとり，本工具交換装置の信頼性を確認できた．

A/E 変換器，制御装置を持つ．このシステムを用い

4．4

加 工 精 度て，機上で加工直後に加工結果を測定し良品確認を行

シリンダブロックの代表的な仕上げ工程である，筒う．更に筒穴に関しては，工具摩耗による穴径の変化

穴とクランク穴の加工精度実測値を図 12，図 13，図量をフィードバックし，次のワークに対して補正加工

14 に示す．従来の専用工作機械と同等の加工精度とを行っている．この測定データは，ワーク ID 情報に高い Cpk を確保でき，シリンダブロックの要求品質紐（ひも）付けた状態でラインの品質管理システムにを満足している．

送られる．この計測システムにより，工程集約型ラインの課題であるトレーサビリテイを顧客が管理可能な要求公差計測ヘッドは計測用マスターゲージに挿入された状態で前述の特殊工具交換装置に格納されている．計測用マスターゲージとワークとの比較計測により，温度筒穴真円度レベルに向上させた．

Cpk 7.2変化も考慮した測定を行っている．また本機では計測の信頼性を確保するために，計測ヘッドの主軸への装12345678910ワーク No.

図 12
計測ヘッド

計測用
マスターゲージ

筒穴加工精度（真円度）

10 個連続加工時の加工精度実測値を示す．

要求公差

1長尺ボーリングバー

345678910ワーク No.

計測ヘッドの格納の様子

計測ヘッドは計測用マスターゲージに挿入された状態で，特殊工具交換装置内に格納される．

1.5
1.2
0.9
0.6
0.3
0.0
−0.3
−0.6−0.9−1.2−1.5

2

図 13

筒穴加工精度（円筒度）

10 個連続加工時の加工精度実測値を示す．

要求公差

規格

＃1 ＃2 ＃3 ＃4 ＃5 ＃6 ＃7 ＃8 ＃9 ＃10

クランク穴同軸度

計測値のばらつき（μm）

図 10

Cpk 3.0

筒穴円筒度

移動ユニットCpk 2.51

データ番号

図 11

計測装置繰り返し測定精度

10 個連続測定時の実測値を示す．

2345678910ワーク No.

図 14

クランク穴加工精度（同軸度）

10 個連続加工時の加工精度実測値を示す．

三菱重工技報 VOL.43 NO.3: 2006
OP12053

OP130

C/T60秒
生産機種
１機種のみ（直4）専用機で構成した仕上工程
C/T60秒
OP120

生産機種

OP130

２機種（V6，V8）♯2ガントリローダ♯1ガントリローダ

ガントリローダ♯3ガントリローダ

マシニングセルで構成した仕上工程

図 15

新しい生産システム事例

仕上げ工程を仕上げ加工用マシニングセルで構成している．

5．新しい生産ラインの提案された工程集約型フレキシブルラインが主流となっている．しかし仕上げ工程は依然として専用工作機械を本仕上げ加工用マシニングセルを使用することによ使用せざるを得ず，フレキシビリティを制約する要因

り，従来よりも格段にフレキシビリティの高い生産ラとなっていた．当社では従来の専用工作機械にとってインを構築することができる．図 15 にその一例を示代わることのできる，仕上げ加工用マシニングセルをす．上段に従来の専用工作機械を用いたライン，下段実用化した．これにより専用工作機械を用いない，工に本仕上げ加工用マシニングセルを用いたラインを示

程集約型超フレキシブルラインを構築することができす．この例では次のような工程を組んでいる．

るようになった．

OP120：前後面仕上げ加工
クランク穴仕上げ加工及び精度計測
OP130：筒穴仕上げ加工，精度計測，補正加工

当社は加工機の製造のみならず，ライン全体のシステムを含めたフルターン形式の設計，製造を得意としている．ワークの種類，生産量，将来計画などのご要

上面仕上げ加工

望を提示いただければ，当社として最適なライン構成

この提案により，次の効果を得ることができた．

を提案することができる．めまぐるしく変わる事業環（1）従来の専用工作機械では困難であった，V６・V８

境の中，自動車産業の一翼を担い，自動車製造技術ののように全く形状が異なるシリンダブロックも混流発展のために貢献できることを願っている．

生産することが可能となった．
（2）粗加工と同様に，仕上げ加工も工程集約型ラインを構成することが可能となった．
（3）ラインのコストを専用機と同等レベルにしたま
ま，フレキシビリティを向上させたため，コストパフォーマンスを向上させることができた．

6．まとめ

自動車部品生産ラインでは，マシニングセルで構成

藤村宜孝

田中雄一郎

菅野賜也