68

特集論

文

変種・変量生産対応フレキシブル生産システム
Flexible Manufacturing System for AgileProduction□ □ □ □＊0

小 西 満 幸＊1
Mitsuyuki Konishi

菅 野 賜 也＊2
Tamaya Sugano

昨今の顧客ニーズの多様化により，自動車業界は多量生産（Mass Production）から多種・中量生産体制へ，更には変種・変量生産体制へ移行しており，設計変更や設備転用にも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．また，生産ラインに配置される加工機械には，高速，高信頼性，低価格のニーズが高まっている．このようなニーズに応えるべく製品化した量産加工用マシニングセンタと，それを活用した最近のフレキシブル生産システムについて紹介する．

1．はじめに

2．量産加工用マシニングセンタ M-CM4A

従来，自動車部品に代表される量産加工分野は少種・量産加工用マシニングセンタ M-CM4A 標準機の外多量生産であったため，多主軸専用工作機械を並べた観を図１に示す．本機は，自動車用エンジン，トラントランスファマシンによる生産性重視の生産システム

スミッションケース，サスペンション等のアルミニウが主流であった．昨今の顧客ニーズの多様化により，ム製，あるいは，鋳鉄製の部品に加工対象ワークを限

自動車業界は少種・多量生産から多種・中量生産体制定し，特に荒・中仕上げ工程の生産性，フレキシビリへ，更には変種・変量生産体制へ移行しており，設計ティ，保全性を高めた切削加工機である．

変更や設備転用にも容易に対応できる高速でコンパク

2002 年の工作機械見本市（JIMTOF2002）発表後，トなマシニングセンタを配置したフレキシブル生産ラ自動車メーカやその関連メーカに好評を得ており，わインのニーズが高まっている．

ずか２年弱で 10 以上のプロジェクトで累計 250 台が採本報告では，まず，フレキシブル生産ラインに配置される加工機械として製品化した量産加工用マシニン用された（2005 年５月 31 日現在，受注実績による）．
M-CM4A の特徴的な仕様を表１に示す．

グセンタ M-CM4A について紹介し，次にそれを活用表１

した最近のフレキシブル生産システムについて紹介す

M-CM4A 機械本体仕様機 械 本 体 仕 様る．
項

各軸移動量

早送り速度
（加速度）

目

M−CA4 A

X軸（mm）

700（標準）/ 600（op.）

Y軸（mm）

610（標準）/ 600（op.）

Z軸（mm）

650（標準）/ 600（op.）

B軸（deg）

早送り速度（X，Y，Z）（m/min）
早送り速度（B）（min−1）

図１ 量 産 加 工 用 マ シ ニ ン グ セ ン タ
M-CM4A＊1＊2

工作機械事業部技術部マシニングセンタ・専用機設計課主席
工作機械事業部技術部マシニングセンタ・専用機設計課

軸

自動工具交換装置
（ATC）

33.3
BBT 40（標準）HSK-A 63/KM 6350
（op.）

主軸テーパ
主360
50（1.0 G）（標準）60（1.0 G）（op.）（min−1）

12 000モータ定格出力（kW）

15/11/7.5（10 分/30 分/連続）

工具収納本数（本）

24（標準）/32（op.）

最高回転数

69

主な特徴として，

TPM（Total Productive Maintenance）（1）生産時間短縮を追及した高生産性

カートリッジスピンドル

カップリング

X，Y，Z 全移動軸ともに早送り速度 50 m/min, 早OIL
AIR

送り加速度１G として，非加工時間の短縮を図った．
また，オプションとして早送り速度 60 m/min, 早送り加速度１ G も選択できる．

SPINDLETYROUGH
カートリッジスピンドル（2）省スペースで生産システムを構築可能
移動軸ストロークは X 軸 700 mm，Y 軸 610 mm，

AC SPINDLE MOTOR
DRAIN

スピンドルモータ

接近性のよい B 軸テーブルモータ

補器類の集中配置

Z 軸 650 mm を標準仕様としている．これは乗用車用主要部品の加工をほとんどカバーできるストロークである．一方，省スペースを重要視されるユーザのために全軸ストローク 600 mm のコンパクトタイプもオプションで準備することが可能である．
（3）高い信頼性と保全性で，高生産性を安定持続

図３ 高い保全性

高い信頼性と保全性で，高生産性を安定持続．

① センタトラフ構造
機械ベッドは主軸の真下にあたるベッド中央部に切屑を回収するための開口部を設けたセンタト
ラフ構造（Center Trough）（図２）を採用し切屑の排出性を高め，量産加工における切屑堆積に伴（b）接近性のよいＢ軸テーブルモータ
B 軸駆動モータを機械の外周に配置し，接近性，保全性を向上させた．
X 軸モータ，Z 軸モータも同様．

うマシントラブルを抑えた．
② 主要装置の信頼性向上（c）補器類の集中配置

主軸，ターンテーブル（B 軸），ATC（自動工機械後方のメンテナンスゾーンに油圧，空圧，具交換装置）等，主要装置の信頼性を更に高め，潤滑，切削水関係の機器類を集中配置し，日常トラブルなしに生産設備が稼動する時間（MTBF：点検等の保全性を向上させた．

平均故障間隔）の向上を図った（目標 MTBF ＝5 000 時間）．

（d）予備工具交換装置（オプション）（図４）
機械加工中に，工具マガジン内の寿命に達し③ 保全性の向上（図３）

た工具を機械外の予備工具（新工具）と交換す

以下の項目により保全性を向上させ，保全に要する時間（MTTR ：平均修復時間）の低減を図った（目標 MTTR ＝ 0.5 時間）．

ることができる予備工具交換装置をオプションで用意した．
（4）変種・変量生産を実現する転用性と柔軟性（a）カートリッジ・スピンドル① 多彩なワーク搬送方式に対応

カートリッジ・スピンドル構造を採用し，故（a）ワーク手付け，（ b）ワーク手付け＋ APC，障時のスピンドル交換の容易化を図っている．

（c）ガントリーローダ，（ d）ガントリーローダ＋APC など，あらゆる仕様，ライン構成に対応し確かな切粉処理

・センタトラフ＋ステンレスシュート
・機械後部への直行切粉搬送

確かな切粉排出を可能にする
センタトラフ水流コンベア（STD）

500

大容量
センタトラフとステンレスシュート

たワーク搬送方式を選択できる（図５）．
② 各種ワーク治具パターンに対応するテーブル形式（a）ターンテーブル（B 軸）を標準テーブルとしているが，そのほか，（ b）チルトテーブル（A軸），（ c）ターンテーブル（B 軸）＋チルトテー

600

切粉が溜まりにくい
平坦部の無い加工室

機械上部より見て

切粉
直行搬送

ブル（A 軸），（d）チルトテーブル（A 軸）＋ターンテーブル（B 軸）等の各種テーブルにもオプション対応が可能である（図６）．ワークの種類と治具の種類に応じてテーブルを自由に選択できる．

3．フレキシブル生産システムの事例

図２

機械側面より見て

本節では，前述の量産加工用マシニングセンタ

センタトラフ構造のベッド

M-CM4A を採用した最近のフレキシブル生産システ
三菱重工技報 Vol.42 No.2（2005-3）

70
多彩な搬送方式に対応
あらゆる仕様・ライン構成に対応した搬送方式を選択
APC

工具マガジン

予備工具交換装置

手付け
ガントリローダ

手付け＋APC
ガントリローダ

APC
ガントリローダ

図４

予備工具交換装置

図５

APC＋ガントリローダ

図７

多彩なワーク搬送方式に対応

テーブル形式の移行が容易
テーブル・オプション設定で各種治具パターンに対応
チルトテーブル

米国大手自動車メーカ向け加工ライン
レイアウト（マシニングセンタによる荒加工ライン）

荒加工ラインは，直列に配置された５つのオペレーション（１列あたり５オペレーション×２列）に分かれており，それぞれのオペレーションの中では同じワーク取付治具，同じツーリングを搭載した

標準テーブル

同じ仕様のマシニングセンタで構成された工程集約
ターンテーブル（B 軸）
チルトテーブル

標準テーブル（B）＋チルトテーブル（A）
ターンテーブル型の配置となっている．
オペレーション毎に治具（図８）とツーリング，それに機械オプションの一部が変わるために，荒加工ライン全体では５種類のマシ固定サドル
チルトテーブル（A 軸）

図６

チルトテーブル（A）＋ターンテーブル（B）

豊富なテーブル形式で各種治具パターンに対応ンバリエーションが存在することになる．
また，従来の量産ラインで主流であった工程分散型ラインでは，すべての加工機械をワークが通過して全加工が完了することになるが，いずれかの加工機械がダウンすれば，ライン全体の停止に繋がるリムについて紹介する．
（1）工程集約型・直列配置・生産ラインスクがあった．
本ラインでは，工程集約型（Parallel Process）

米国大手自動車メーカへ昨年（2004 年８月）にの採用により，ある加工機械がダウンしたとき，生納入した乗用車用エンジン・シリンダブロック加工

産量は減少するものの，同一オペレーションの同型ラインについて紹介する．

機で生産を継続できるため，ライン全体が停止に至本加工ラインは，前述の量産加工用マシニングセるリスクを回避できる．また，生産量の増減により，ンタを直列に並べた荒加工ライン（図７，建造中の加工機械を適宜，追加，あるいは転用できるという写真）と，専用工作機械（トランスファマシン）を利点がある．

直列に配置した仕上げ加工ラインから成る．荒加工

ワーク搬送については，各オペレーション毎に１ラインは，加工内容の変更に柔軟に対応できるよう台の高速ガントリーローダ（Gantry Loader）が設に，マシニングセンタを主体としたライン構成と置されており，加工機械の上を高速ガントリーローなっている．
また，仕上げ加工ラインは，重要工程（クダによって加工ワークが搬送される（図９）．

ランク穴仕上げ，筒穴仕上げ，前後面仕上げ，上面仕上げ他）の高精度加工と生産能率を重視し，専用工作機械で構成されている．
荒加工ライン，仕上げ加工ラインともに，同じ能（2）工程集約型・櫛形配置・生産ライン
図 10 は，マレーシア大手自動車メーカへ昨年末（2004 年）に納入した乗用車用エンジン・シリンダブロック加工ラインである．

力を有する２列のラインで構成されている．なお，

本加工ラインは，量産加工用マシニングセンタを加工対象ワークはアルミ製シリンダブロックで，ラ21 台櫛形に並べた荒加工ラインと，特殊マシニン

イン２列を合計した生産システムのスループット

グセンタ２台と専用機を直列に配置した仕上げ加工（１個あたりの生産時間）は約 35 秒となる．

ラインから成る．なお，加工対象ワークは鋳鉄製シ荒加工ラインは約 38 台のマシニングセンタ
M-CM4A で構成されている．

リンダブロックで，スループットは約 100 秒である．
荒加工ラインで櫛形配置を採用したことにより，生71
櫛形のマシニングセンタ配置による加工ライン（破線部は将来対応）
クランク穴仕上加工用
マシニングセンタ（a）第１オペレーション

図８（b）第４オペレーション

米国大手自動車メーカー向け荒加工ライン用縦置きタイプ（イーケルタイプ）治具
B 軸回転テーブルの上に設置
加工ワーク：エンジンシリンダブロック● 加工内容（a）上面・筒穴・荒ボーリング加工，前後面の荒フライス加工他（b）前後面ボーリング，下面荒フライス加工他●●

仕上専用機加工ライン

図 10 マレーシア大手自動車メーカ向け加工ラインレイアウト

HSK-100 A 回転工具（ドリル）

長尺工具（クランク穴ボーリング工具）

主ブローチ工具図９

ガントリーローダ

図 11

主軸ヘッド
（ブローチ工具付）

産量の変動に対して機械を追加・削除することが容易

軸

図 12 ワークへ挿入中のクランク穴仕上ボーリング加工用ラインバーとなっている．
そして，マシニングセンタをベースに部分改造することにより，従来は専用工作機械でしか成し得なかった加工をマシニングセンタで実現している．

それを採用したフレキシブル生産システムの代表的な例について紹介した．
世界の主要自動車メーカはグローバル化の中で生産例えば，ベアリングキャップシート面の幅仕上げ加機種を提携メーカ間で統合する動きがあるものの，一工では，マシニングセンタの主軸ヘッド部にブローチ方では変種・変量に対応できる生産ラインへの転換を工具ホルダーを付加することにより，従来はブローチ加速する傾向にあり，高生産性とフレキシビリティと盤でしかできなかったブローチ加工をマシニングセンいう相反する条件を両立させる生産設備へのニーズはタで可能としている（図 11）．

今後もますます高まっていくと考えられる．

また，重要工程の一つであるクランク穴仕上げ加工

専用工作機械と汎用マシニングセンタの両方に，長では，ボーリングバー等の長尺工具（約 1 000 mm）（図年の経験を有する当社・工作機械事業部にとって，一12）を自動交換できる特殊工具マガジン（通称：刀つ一つの顧客に最適な生産システムを積極的に提案掛け装置）を従来の工具マガジンとは別にマシニングし，実現していくことが大きな使命と考えている．

センタに付加している．このように，マシニングセン
タを部分改造し機能を付加することにより，高精度加工とフレキビリティを両立させると同時に，保守・メンテナンスの容易化も図ることができた．

4．まとめ

以上，量産加工用マシニングセンタ M-CM4A と，小西満幸

菅野賜也
三菱重工技報 Vol.42 No.2（2005-3）