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5B2

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November/2004■ 新商品紹介クランクシャフトの高能率穴あけ加工システム

マシニング事業工具「MQLパワーセルDH524と高能率加工」
Highly Efficient Drilling System for Crankshaft--MQL POWERCELL DH524〈キーワード〉クランクシャフト油穴加工・MQL加工・高能率加工・
フレキシブル性・切りくず直下型

機械工具事業部／マシナリー技術二部

清都 俊之
Toshiyuki Kiyoto

クランクシャフトの高能率穴あけ加工システム「MQLパワーセルDH524とMQL高能率加工」

要旨

環境負荷の低減をめざして、最小量のミスト油剤※11. 工具・機械のトータルソリューションで加工するMQL加工法が普及しつつある。この
MQL加工法のメリットを最大限に引き出すため、工（クランクシャフトの高能率化穴あけ加工システム）

具と機械の両面から研究・開発を進め、いち早くブNACHIは、1949年に自動車のクランクシャフトのローチ加工、転造加工などに採用してきた。
このソリューションを、クランクシャフトの油穴加工シ穴あけ加工に対応した加工機械、切削工具を商品化して以来、カスタマーから高い評価を得ている。

ステムへ展開し、加工能率を従来の3〜5倍に向上、さらに、クランクシャフトの仕上げ工程（軸受面）に同等の能力ライン構成として機械台数半減、ライン

おいては、マイクロフィニッシャ（フィルムラップ加工機）長さ1/3以下を達成した。

が各社に導入され、国内市場で圧倒的なシェアを有している。

Abstract
The MQL machining technology of the machining with the minimum oil mist is coming
into wide use because of the benefit of alleviating the environmental impact. We have been
conducting research and development in theapplication of the MQL machining technology
to both tools and machines in order to maximize its merit and have promptly applied tobroaching and roll forming.
Furthermore, we have developed the drillingsystem that uses the MQL machining technology for the drilling of the crankshaft oil hole,
improved the drilling efficiency three to fivetimes, reduced the number of machines by halfbecause of the effective line layout and reduced the line length to less than one third.

近年、環境対策から設備に対する省エネ、コンパクト化の要求が強まってきている。また、自動車に対する多様なニーズへの対応から、生産負荷の調整が可能な、転用性の高い、フレキシブルな設備の要求も同時に高まっている。
本稿では、これらの要求に応えるため、工具・機械設備のトータルソリューションによる加工技術のシス
テム開発によって、クランクシャフトの高能率穴あけ加工システムが可能となったので、その特長と適用事例を紹介する。

図1. MQLパワーセルDH524の外観

1

2. MQLパワーセルDH524の特長（コンパクトで汎用性高いジグ）
MQLパワーセルDH524は、 クランクシャフト穴あけ工程の生産効率倍増 をターゲットに、設備のコン切くず排出装置

パクト化と高能率加工をコンセプトとして開発した工ジグ スピンドル制御盤作機械である。
（図1）
1200

開発では、加工対象を乗用車エンジン用のクランクシャフト（全長350mm〜620mm）の穴あけ工程に特化し、その加工工程に最適な加工能力を発揮する機能を追求した。また、斜め油穴加工に対応する操作盤

3250

インデックス（B軸）、チルトチャック（A軸）機構を持つ
コンパクトで汎用性の高いジグも750ATC開発し、フレキシブル性を高めたこ
1000
2000とでコストパフォーマンスの高い設備となった。主な仕 様を表 1、本体寸法を図2に示す。

コラムMQL装置
図2. 寸法図

表1．
DH524基本仕様
仕項 目移動主軸ATC

機械サイズ

様

従来機［LH546］

開発機［DH524］

ストローク（X×Y×Z）

500×400×600mm

500×200×460mm

早送り速度（X×Y×Z）

36×36×36m/min

48×48×48m/min

主軸テーパ

KM6350

KM6350

主軸回転数〜10000rpm〜8000rpm

主軸モータ

7.5/5.5kwACスピンドルモータ

5.5/3.7kwACスピンドルモータ

ツール収納数

16本

12本

交換方式

アーム式

マガジン移動式

工具選択方式

番地固定

番地固定

工具最大径

φ90mm

φ90mm

工具最大長

250mm

240mm

工具最大質量

5kg

3kg

幅×奥行き

2250×5150mm

1200×3250mm

高さ

2500mm

1850mmNACHI-BUSINESS news

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クランクシャフトの高能率穴あけ加工システム「MQLパワーセルDH524とMQL高能率加工」（MQLパワーセルDH524の特長）（1）省スペース（2）コンパクト＆高速

従来機種の設置面積に対し、60％の省スペー

加工対象をクランクシャフトに絞り込み、加工能力、ス化を実現した。とくに、機械幅を1200mmとし加工ストロークを最適設計したことで、移動ユニッたことで、クランクシャフト加工ラインのライン長のトの軽量コンパクト化を実現し、各軸のモーター大幅な縮減を可能にした。

をサイズダウンした。

従来機種［LH546］との比較を図3に示す。

しかも、各軸は48m／minの高速送りが可能で、コンパクト、かつ高速マシニングを実現した。

従来機種［LH546］
開発機［DH524］

2500

2000

5150

2250

4000

1200

機械質量9000kg
所要床面積 12.1m

コンパクト化

機械質量3850kg
所要床面積 4.8m22

従来の40%
図3. 重量・所要面積比較（3）保全性・作業性
ボールねじ、リニアガイドに自己潤滑装置を採用したことにより、日常の潤滑油管理を不要とした。

スピンドルモータ

保全性向上
スピンドルへのアプローチが容易

また、シングルコラムの採用でスピンドルユニットZの保全性を向上した。
（図4）
作業性についても、3Dシミュレーションによる検証を行ない確認した。
（図5）・高さは良いか？
・干渉物ないか？

Yサドル

X

工具までFL1465mm

シングルコラム

機械側面より刃具交換
身長160cmの作業者を想定し、作業性を検証

図5. 3Dシミュレーションによる作業性検証事例

3

図4. DH524加工ユニット

（4）高剛性ＦＥＭ解析により、据付安定性が向上する3点支持据付で、軽量かつ高剛性ベッドを実現した。
（図6）また、加工最大負荷でのユニット剛性もFEM解析で検証し、信頼性を確保した。
（図7）

変形量
0.01mm以内を確保
重 量 当社従来機比45%
荷重条件 P9に690kgf P2,3,6,7 4面に200kgfずつ均等配分

図6. FEM解析による軽量かつ高剛性なベッドの設計

切りくず直下式

3点支持ベッド

機体支持部

ユニット剛性：0.5μm／kgf以下を確保

3点支持を確保する適正なリブ配置構造。

図7. 切削荷重（200kgf）
でのユニット剛性の検証（5）MQL加工対応※2

MQL加工に対応するため、切りくず直下型ベッドを採用し、加工エリア内のワークを固定するジグ部を含め、全ての構造物のフラット部をなくして、切りくずが堆積しない構造とした。
また、加工中の回転トルク、送り推力の変化を監視する機能を標準装備することにより、工具の性能を最大限引出すことを可能とした。

3. MQL加工の深穴加工への適用
1）MQL加工とは
MQL加工とは、切削点に数cc〜数十cc／hという極微量の環境負荷の小さい植物油やエステル系の油剤をミスト状に噴霧して加工を行なう方法である。
従来の大量の切削油剤を使用した加工は、切削油剤による人体や環境への悪影響が深刻な問題となっており、MQL加工はこれらの環境問題の対策として注目されてきた。
近年さらに、実際の加工で工具寿命の延長、加工面の向上などの効果も確認され、加工能率向上の手段としても注目される。

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42）MQL加工の効果
オイルホール付超硬ロングドリルで、水溶性クーラント加工とMQL加工の比較を図8に示す。
折損寿命の比較では、MQL加工の穴あけ数が2倍以上となった。

穴あけ個数（個）クランクシャフトの高能率穴あけ加工システム「MQLパワーセルDH524とMQL高能率加工」

2000
1500

このときの切りくずの状態を、図9に示す。MQL加工の切りくずは、水溶性クーラント加工と比較して切りくずのカール径が小さく、細かくＭＱＬ加工

主軸負荷電力（V）

5MQL加工4水溶性クーラント加工
MQL加工

3210分断している。そのため、切りくず排出性が良くなり、切りくず詰りの無い安定した加工が実現したと考える。

5195000

主軸負荷電力（V）

くず詰りの発生が推察できた。

12301000

また、加工中の主軸電力変化をみると、MQL加工では変動が少ないのに対し、クーラント加工では加工途中から電力の上昇がみられ、切り1529

034691215（秒）

水溶性クーラント加工

3切りくず詰まり発生

21003691215（秒）

水溶性クーラント加工

図8. MQLと水溶性クーラント加工の比較

図9. MQL加工と水溶性クーラント加工の切りくず比較

3）深穴加工に適したMQLパワーロングドリルの開発
深穴加工用ドリルには、切りくず排出性と工具剛性の二つの相反する機能が要求される。この課題を解決するため、NACHIの蓄積してきた技術データーをベースに切削シミュレーションを行ない、切りくず排出性と工具剛性をバランスさせた、高剛性断面形状のMQLロングドリルを開発した。切削シミュレーションの様子を、図10に示す。
また、MQL加工では、切削油剤を切削点に対しミスト状に噴霧し供給するため、潤滑作用は与えるが冷却作用は期待できない。そのため、ドリルに耐熱性、耐摩耗性に優れたTiAIN系のコーティングを施し、さらにコーティング表面を平滑処理することで切りくず排出性を向上した。
MQLパワーロングドリルの外観を図11に示す。

図10.切削シミュレーション

・深穴加工に適した高剛性断面形状
・切りくず排出性と工具剛性をバランスさせた最適心厚
・耐熱性が高く、耐摩耗性に優れたTiAIN系コーティングを刃先にのみコーティング
・再研再コート時の積層による不具合を解消し、トータル寿命を向上

図11. MQLパワーロングドリル

54. クランクシャフト加工ラインの高能率化
1801）高速送りが可能なMQL加工

160速度）が、3〜5倍に向上する。
（図12）
それ ぞれ の 加 工 方 式を模 式 化し、ストローク100mmを加工する場合の加工時間を比較したもの

m／min

穴加工に比べ、MQL加工では加工能率（切削送り140

切削速度

※3

従来のガンドリル、またはHSSロングドリルによる深80120100

MQL加工

6040

高速度工具鋼製ツイストドリル20を、図13に示す。

0

従来の加工では、1つの穴に40秒以上の加工時間を要し、クランクシャフトのような穴数の多いガンドリル

0500

1000

送り速度

F1500mm／min

図12.MQL加工による深穴加工の加工能率向上

ワークでは、加工能率の向上が望まれていた。
（実線）切削送り（点線）早送りこれに対し、MQLパワーロングドリルを使用した
MQL高能率加工を、クランクシャフト油穴加工に適用することで、従来の加工であるガンドリル、HSSロン

加工時間ガンドリル
加工

40秒

グドリルを使用する深穴加工と比較して、加工時間を従来加工の1／3〜1／4に短縮することができた。

HSSロングドリル
加工

7回ステップ加工
切削送り速度：210mm/min

また、
ガンドリル加工で必要になる高圧クーラント装51秒置が不要になるなど、設備費の低減にも寄与している。
加工設備の適用範囲を、図14に示す。クランクシャ

MQLドリル
加工

フト油穴加工に高能率MQL加工を適用することで、13秒

図13. クランクシャフト油穴加工の模式図

従来の加工法に対して、同じ時間内で、多くの穴を加工することができる。これにより、マシニングセンタ1

多種新コンセプト
MQL加工機台当りの生産能力が向上し、多種大量生産ラインをインラインセンタ（横型マシニングセンタ）

これまでより少ない機械台数で構成することが可能

MQL加工汎用性となった。

単体専用機（工程特化型標準機）

トランスファマシン

少種小量生産量大量

図14. クランクシャフトの加工設備適用範囲概念図

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5B262）機械台数の縮減
高能率ＭＱＬ加工＋DH524によるクランクシャフト

HSSロングドリル加工＋従来型［LH546］構成ライン

油穴MQL加工システム適用ラインと、従来加工であるHSSロングドリル加工＋従来型インラインセンタ構成との比較を、図15に示す。
23m

乗用車4気筒エンジン用クランクシャフトの油穴を、サイクルタイム3分で加工する場合の事例であるが、機械台数8台高能率MQL加工＋［DH524］構成ライン

高能率MQL加工による機械台数の削減とDH524
機械台数のコンパクト化の効果により、機械台数を8台から44台台に削減でき、クランクシャフト油穴明け加工ラインの7m

全長も23ｍから7ｍに縮小することができる。

図15. クランクシャフト加工ラインでの効果事例（乗用車4気筒エンジン用）

5. 工具と機械のベストソリューションを提供
本稿で紹介した新加工システムは、クランクシャフ

この加工システムは、すでに、国内の大手自動車メー

ト加工ライン向け高能率深穴あけ加工システムとして、カーで多数採用され、その性能と信頼性に高い評

MQLパワーセル「DH524」の開発と、MQL加工に価を得ている。このMQL高能率穴あけ加工システ

適したロングドリル「MQLパワーロングドリル」の開ムは、クランクシャフト以外の部品加工でも同様の効発の、両面からのアプローチによって実現できた。

果が期待できる。

この高能率MQL加工システムにより、クランクシャ

これからも、工具と機械の両面から加工技術を追

フト油穴の深穴あけ加工の、大幅な能率アップと省求し、NACHIだからこそできるベストソリューションとスペース化を実現し、さらに、設備転用性の高いフレして、お客様のニーズに応える最適な加工システム

キシブルな設備となった。

を提案していきたい。

用語解説

参考文献

※1 MQL
Minimum Quantity Lubrication.

2003年度精密工学会秋季大会学術講演会※2 切りくず直下型ベッド
切りくずを直接切りくず回収コンベアに落とすことを可能にした構造のベッド。

安岡、関口関連記事
1）関口 徹：高精度・高能率加工を追求する「ドリル穴あけ加工技術」
NACHI-BUSINESS news Vol.3 A1、May／2004※3 HSSロングドリル
高速度工具鋼製ロングドリル。

2）安岡 学・清都俊之：
環境負荷の低減と高能率加工を追求する「MQL加工について」
NACHI-BUSINESS news Vol.3 A3、May／2004

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〈発行〉 2004年11月1日
株式会社 不二越 開発本部 開発企画部
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