ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา คนงานและแรงงานทักษะในอุตสาหกรรมการผลิตมีจำนวนลดลงอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ ยังมีความต้องการหาวิธีการผลิตใหม่ๆ ที่ให้ความเที่ยงตรงสูง โดยไม่ต้องคอยปรับตั้งกระบวนการผลิตบ่อยๆ ซึ่งจากเหตุผลเหล่านี้ อุตสาหกรรมการผลิตจึงได้มีการเปลี่ยนจากการทำงานแยกประเภทแบบเดิมมาเป็นวิธีการทำงานแบบควบรวมทุกขั้นตอนโดยใช้เครื่องกลึงกัดอเนกประสงค์ 5 แกน เพื่อลดระยะเวลาที่ใช้ในการผลิต เพิ่มความหลากหลายในการผลิตชิ้นงานประเภทต่างๆ และลดจำนวนของสายการผลิตโดยการลดจำนวนเครื่องจักรที่ใช้ (รูปที่ 1)

บทความนี้ MEGA Tech มีตัวอย่างของเทคโนโลยีที่ล้ำสมัยรูปแบบต่างๆจาก Okuma ที่จะช่วยควบรวมขั้นตอนการผลิตและใช้ประโยชน์จากระบบออโตเมชั่นของเครื่องกลึงกัด 5 แกนของเรา

เทคโนโลยีควบรวมกระบวนการผลิต

เทคโนโลยีตัดเฉือนเฟือง

เครื่องกลึงกัด 5 แกนของ OKUMA ที่มีระบบกลึงจะมาพร้อม “แพ็คเกจตัดเฉือนเฟือง” ซึ่งช่วยให้สามารถทำงานตัดเฉือนเฟืองได้โดยใช้วิธีการปอกผิวงาน (Power Skiving) และการกัดร่องเฟือง (Hobbing) โดยให้ระดับความเที่ยงตรงเทียบเท่ากับเครื่องจักรสำหรับผลิตเฟืองโดยเฉพาะ การตัดเฉือนเฟืองโดยใช้วิธีปอกผิวงานด้วยเครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ 5 แกน รุ่น MU-4000V-L (รูปที่ 2) จะหมุนแบ่งองศาในแกน B (โต๊ะงานแบบทรันเนียน) และมีการควบคุมแกน C (โต๊ะงานกลม) และสปินเดิลเครื่องมือควบคู่กันเพื่อตัดเฉือนเฟืองโดยใช้หัวกัดเฉพาะทางสำหรับผลิตเฟือง ในตัวอย่างนี้ นอกจากการตัดเฉือนเฟืองแล้ว ยังสามารถทำงานประเภทอื่นๆ ได้ เช่น กลึง กัด และเจาะ โดยใช้การปรับตั้งเครื่องจักรเพียงครั้งเดียว

เทคโนโลยีการวัด

◆ ฟังก์ชั่นวัดรูปทรง 3 มิติระหว่างการตัดเฉือน “NC Gauging”
การวัดรูปทรงชิ้นงานขนาดใหญ่นอกเครื่องจักรเป็นงานที่สิ้นเปลืองเวลามาก เช่น ต้องมีการนำชิ้นงานออกจากเครื่องและเคลื่อนย้ายชิ้นงานไปยังสถานีตรวจวัด ฟังก์ชั่น “NC Gauging” เป็นฟังก์ชั่นที่ใช้สำหรับวัดรูปทรง 3 มิติได้โดยตรงที่เครื่องจักร โดยไม่จำเป็นต้องนำชิ้นงานออกจากเครื่อง รวมทั้งยังสามารถสร้างโปรแกรมวัดได้อย่างสะดวก นอกจากจะสามารถวัดได้ทั้งเส้นผ่านศูนย์กลางและมิติตามแนวยาวของชิ้นงานได้แล้ว ฟังก์ชั่นนี้ยังรองรับการวัดทางเรขาคณิตความเที่ยงตรงสูงรูปแบบต่างๆ เช่น ความกลมและความตรง ด้วยเช่นกัน
◆ ฟังก์ชั่นวัดมิติที่เฟืองโดยตรง “NC Gear Measurement”

ฟังก์ชั่น “NC Gear Measurement” ใช้สำหรับวัดมิติของเฟือง เช่น รูปทรงฟัน รูปทรงขอบฟัน ระยะพิทช์ ความเบี่ยงเบนหนีศูนย์ เป็นต้น ได้โดยตรงโดยไม่ต้องนำชิ้นงานออกจากเครื่องจักร ทำให้สามารถระบุความแม่นยำของเฟืองได้ทันทีหลังจากตัดเฉือนเสร็จ โดยการป้อนข้อมูลของจุดวัดจากข้อมูลจำเพาะของเฟืองในคอมพิวเตอร์ แล้วทำการวัดด้วยฟังก์ชั่น NC Gauging (รูปที่ 3)

Turning Cut

ฟังก์ชั่นนี้ช่วยให้สามารถควบรวมกระบวนการทำงาน เช่น การตัดเฉือนเพลาเอียงโดยการกลึงส่วนของชิ้นงานที่เป็นทรงกระบอก ซึ่งไม่ได้อยู่บนแกนกึ่งกลางของสปินเดิลหลัก ฟังก์ชั่นนี้มีประโยชน์เนื่องจากพื้นผิวซีลและร่องซีลจะสัมผัสกันแน่นหนามากขึ้นเมื่อใช้การกลึงแทนการกัดด้วยดอกเอ็นมิล สำหรับฟังก์ชั่นนี้ ชิ้นงานจะอยู่กับที่และทำการกลึงโดยการซิงค์การเคลื่อนที่แบบวงกลมของแกนป้อน (แกน X-Y, แกน Y-Z, แกน X-Y-Z) กับมุมแบ่งของแกน M (การควบคุมตำแหน่งคมตัดเครื่องมือ) วิธีนี้ทำได้โดยใช้การเคลื่อนที่ช่วงกว้างของแกน Y และความสามารถในการตามสูง (รูปที่ 4)

การนำเทคโนโลยีเลเซอร์มาใช้

เราได้นำเสนอเทคโนโลยีควบรวมกระบวนการทำงานรูปแบบต่างๆ ไปแล้วข้างต้น อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้อาจไม่สามารถแก้ปัญหาบางอย่างได้ ดังนั้น เราจึงได้พัฒนาเครื่องขึ้นรูปอเนกประสงค์รุ่นพิเศษอย่างซีรี่ส์ “LASER EX” ซึ่งเป็นการผสมผสานเทคโนโลยีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อโลหะ การเคลือบผิว และการชุบแข็งความเที่ยงตรงสูงเข้าด้วยกันโดยใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ที่ล้ำสมัย ซึ่งจะเป็นหัวใจหลักของ “นวัตกรรมการผลิต” ในยุคต่อไป เครื่องจักรรุ่นนี้ประกอบด้วยเครื่องขึ้นรูปอเนกประสงค์ซีรี่ส์ “MULTUS U LASER EX” และเครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ 5 แกนซีรี่ส์ “MU-V LASER EX”

การผลิตแบบเพิ่มเนื้อโลหะ

เราได้นำวิธีการขึ้นรูปโลหะด้วยเลเซอร์ (Laser Metal Deposition หรือ LMD) มาใช้กับเทคโนโลยีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อของเรา (รูปที่ 5) โดยสำหรับวิธี LMD นี้ ผงโลหะจะถูกพ่นออกมาพร้อมก๊าซเฉื่อย จากนั้นจะถูกหลอมเหลวและประสานเข้าด้วยกันด้วยลำแสงเลเซอร์ การผลิตแบบเพิ่มเนื้อสามารถที่จะเปลี่ยนวัสดุชิ้นงานได้อย่างสะดวก โดยการสลับและผสมผงโลหะชนิดต่างๆ เข้าด้วยกัน และสามารถใช้กับการผลิตชิ้นงานที่ประกอบด้วยวัสดุหลายชนิด รวมถึงการเคลือบ การซ่อม และการแก้งาน นอกจากนั้นแล้ว อุปกรณ์ควบคุม OSP ที่บริษัทพัฒนาขึ้นเอง นอกจากจะทำหน้าที่ควบคุมกำลังเลเซอร์และการทำงานของอุปกรณ์พ่นผงโลหะแล้ว ยังทำหน้าที่ควบคุมเส้นผ่านศูนย์กลางของเลเซอร์ได้อย่างแม่นยำตามต้องการภายในช่วง φ0.4 ถึง 8.5 มม. จึงสามารถทำงานได้หลากหลายรูปแบบ ตั้งแต่การผลิตเพิ่มเนื้อที่ต้องการคุณภาพสูงไปจนถึงการผลิตที่เน้นความประหยัด

การชุบแข็งด้วยเลเซอร์

เครื่องขึ้นรูปซีรี่ส์ LASER EX สามารถสร้างแสงเลเซอร์คุณภาพสูงได้อย่างต่อเนื่อง ดังนั้น นอกจากจะใช้ได้กับการผลิตแบบเพิ่มเนื้อแล้ว จึงยังใช้ได้กับงานชุบแข็งด้วยเลเซอร์ได้เช่นกัน โดยเป็นการยิงลำแสงเลเซอร์เพื่อเพิ่มอุณหภูมิเฉพาะจุดที่ยิงลำแสงเท่านั้น บริเวณที่ถูกให้ความร้อนจะมีอุณหภูมิสูงกว่าจุดเปลี่ยนรูป (Transformation Point) จากนั้น จะเย็นลงอย่างรวดเร็วด้วยคุณสมบัติการระบายความร้อนของตัววัสดุเอง และทำให้เกิดโครงสร้างชุบแข็งที่วัสดุ (รูปที่ 6)

Article by: MEGA Tech & Okuma Techno (Thailand) Ltd. << Click

In recent years in the manufacturing industry, working population and the number of skilled workers has been decreased. There are the demands for production method that maintain high-precision with few setup changes. From this kind of circumstance, we have switched from the conventional method of dividing the process to the method that integrate process with the multi-functional 5-axis/multitasking machine. In order to shortens the lead time, efficiently produces wide variety of workpieces, and saving production lines by reducing number of machines (Fig. 1).
              

Process Integration Technology

Gear machining technology

For OKUMA 5-axis/multitasking machine with turning function, we offer the “gear machining package” that enables gear machining with precision equivalent to gear special-purpose machine through power skiving and hobbing. The gear machining by power skiving with the 5-axis machining center MU-4000V-L (Fig.2). In this machining, B-axis (trunnion table) is indexed, C-axis (circular table) and tool spindle are synchronously controlled to machining the gear using gear special-purpose cutter. In this example, in addition to gear machining, other processes such as turning, milling, and drilling can be achieved in one chucking.

Measurement technology

◆ Process-intensive 3D measurement “NC gauging” 　

To measure large workpiece outside the machine requires time-consuming work such as removing and transporting the workpiece. There is an “NC gauging” as a function that performs 3D measurement on the machine without removing workpiece. With this function, it is possible to automatically generate the measurement program with simple teaching, and in addition to measure the diameter and longitudinal dimension of workpiece, it is also support various geometric precision measurements such as roundness and straightness.

◆ Measurement on gear “NC gear measurement”

“NC gear measurement” an application that performs gear-specific measurements on the machine such as tooth profile, tooth trace, pitch, runout, etc. It is possible to judge the accuracy immediately after machining by inputting the data of measurement point from the gear specification on the PC, and measure the gear with the NC gauging (Fig.3).

Turning Cut

Turning cut

This function enables process integration including machining of inclined shaft part by turning the cylindrical part of workpiece that is not on the main spindle center axis. This function is effective because the sealing surfaces and grooves that improve airtightness require for lathe machining, not endmill machining. The workpiece is fixed, and turning is performed by synchronizing the circular motion of the feed axis (X-Y axis, Y-Z axis, X-Y-Z axis) and M-axis indexing angle (Tool edge position control). It is achieved by wide Y-axis stroke and high followability (Fig.4).

Application of Laser Technology

We have proposed various process integration technologies as described above. It was not possible to solve the problem of requiring. Therefore, we have developed the “LASER EX” series of ultra-multitasking machines that combine metal additive manufacturing, coating, and precision quenching by applying cutting-edge laser technology that will be the core of next “manufacturing innovation.” The model lineup includes the multitasking machine “MULTUS U LASER EX” series and the 5-axis machining center “MU-V LASER EX” series.

Metal additive manufacturing

We have adopted the LMD (Laser Metal Deposition) method as our additive manufacturing technology (Fig.5). The LMD is a method in which metal powder is supplied from nozzle with inert gas, melted and bonded with laser beam. By arbitrarily switching and mixing metal powder, it is possible to easily change the material for additive manufacturing. It can be used for machining integrated parts of multiple material including coating, repairing, and correction machining. In addition, the control device OSP which was developed in-house, not only controls the laser output and the operation of powder device, but also programmatically control the laser spot diameter within the range of φ0.4 to 8.5 mm. This enables a wide range of applications, from high-definition additive manufacturing to high-efficiency manufacturing.

Laser hardening

The LASER EX series can stably supply high-quality laser light. Therefore, it supports not only additive manufacturing but also laser hardening. Laser hardening can raise the temperature of irradiation area only with laser light. The temperature of heated area exceeding the transformation point is rapidly lowered by the self-cooling effect of material. Therefore, it is possible to obtain hardened structure (Fig.6).

Article by: Okuma Techno (Thailand) Ltd. & MEGA Tech

近年製造業においては労働人口や熟練労働者の数が減少している。そのため段取替えの少ない高精度を維持する生産方法が求められている。このような状況から当社は従来の工程分割方式から多機能5軸/複合加工機で工程を集約する方式に切り替えた。リードタイムを短縮し、多品種ワークを効率的に生産し、機械の台数を減らす事で生産ラインの数を節約する（図1）。

本記事では当社の5軸複合加工機における工程集約/自動化ラインを可能にする様々な最先端技術の事例をご紹介させて頂く。

プロセス統合技術

歯車加工技術
オークマの旋削機能付5軸/複合加工機にはパワースカイビングやホブ加工により歯車専用機と同等精度で歯車加工が可能な「歯車加工パッケージ」をご用意。5軸マシニングセンタMU-4000V-Lによるパワースカイビングによる歯車加工（図2）。 この加工工程ではB軸（トラニオンテーブル）をインデックスとしてC軸（円テーブル）と工具主軸を同期制御し歯車専用カッターで歯車を加工する加工工程。この例では歯車の加工に加えて旋削、フライス加工、ドリル加工などの他の加工を一回のチャッキングで行える。
計測技術
◆ 工程集約型三次元測定「NCゲージング」
大きなワークをマシン外で測定するのはワークの取り出しや搬送などの手間が掛かる作業が必要となるがワークを取り外さずにマシン上で3D計測を行う機能として「NCゲージング」が活躍する。この機能により簡単なティーチングで測定プログラムを自動生成する事ができ、ワークの直径や長さ寸法の測定は勿論、真円度や真直度などの様々な幾何学的精密測定に対応。

◆ 歯車の測定「NC歯車測定」

「NC歯車測定」は、歯形、歯筋、ピッチ、振れなど歯車固有の測定を機械上で行うアプリケーション。歯車から測定点のデータを入力する事で加工直後の精度判定が可能。 PC上で仕様書を作成し、NCゲージで歯車を測定（図3）。

ターニングカット

この機能は主軸中心軸上にないワークの円筒部を回転させ傾斜軸部の加工を含めた工程集約を可能にする。気密性を向上させるシール面や溝はエンドミル加工ではなく旋盤加工が必要なためこの機能は有効だ。ワークを固定し送り軸（X-Y軸、Y-Z軸、X-Y-Z軸）の円弧運動とM軸の割出し角度をシンクロに旋削を行う（刃先位置制御）。広いY軸ストロークと高い追従性によってこれを実現（図4）。

レーザー技術の応用

上記で述べたように当社は様々なプロセス統合技術を提案してきたが問題を解決する事はできなかった。そこで当社は次世代「ものづくり革新」の核となる最先端のレーザー技術を応用し金属積層造形、コーティング、精密焼入れを組み合わせた超複合加工機「LASER EX」シリーズを開発した。複合加工機「MULTUS U LASER EX」シリーズと5軸加工機「MU-V LASER EX」シリーズがラインアップに加わった。

金属付加製造

เราได้นำวิธีการขึ้นรูปโลหะด้วยเลเซอร์ (Laser Metal Deposition หรือ LMD) มาใช้กับเทคโนโลยีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อของเรา (รูปที่ 5) โดยสำหรับวิธี LMD นี้ ผงโลหะจะถูกพ่นออกมาพร้อมก๊าซเฉื่อย จากนั้นจะถูกหลอมเหลวและประสานเข้าด้วยกันด้วยลำแสงเลเซอร์ การผลิตแบบเพิ่มเนื้อสามารถที่จะเปลี่ยนวัสดุชิ้นงานได้อย่างสะดวก โดยการสลับและผสมผงโลหะชนิดต่างๆ เข้าด้วยกัน และสามารถใช้กับการผลิตชิ้นงานที่ประกอบด้วยวัสดุหลายชนิด รวมถึงการเคลือบ การซ่อม และการแก้งาน นอกจากนั้นแล้ว อุปกรณ์ควบคุม OSP ที่บริษัทพัฒนาขึ้นเอง นอกจากจะทำหน้าที่ควบคุมกำลังเลเซอร์และการทำงานของอุปกรณ์พ่นผงโลหะแล้ว ยังทำหน้าที่ควบคุมเส้นผ่านศูนย์กลางของเลเซอร์ได้อย่างแม่นยำตามต้องการภายในช่วง φ0.4 ถึง 8.5 มม. จึงสามารถทำงานได้หลากหลายรูปแบบ ตั้งแต่การผลิตเพิ่มเนื้อที่ต้องการคุณภาพสูงไปจนถึงการผลิตที่เน้นความประหยัด

การชุบแข็งด้วยเลเซอร์

当社は積層造形技術としてLMD（Laser Metal Deposition）法を採用（図5）。 LMDとは金属粉末をノズルから不活性ガスで供給しレーザー光で溶融・接合する方法だ。金属粉末を任意に切り替えて混合する事により積層造形の材料を容易に変更可能。コーティング、補修、修正加工など、多材質の一体部品の加工に使用可能だ。またこの自社開発の制御装置OSPはレーザー出力や粉体装置の動作を制御するだけに留まらずレーザースポット径をφ0.4～8.5mmの範囲でプログラム制御する。これにより高精細のアディティブ マニュファクチャリングから高効率の製造まで、幅広いアプリケーションが可能となる。

レーザー硬化

LASER EXシリーズは高品質なレーザー光の安定供給が可能。よってアディティブ マニュファクチャリングだけではなくレーザー焼入れにも対応可能。レーザー焼入れはレーザー光だけで照射部の温度を上げる事ができる。変態点を超えた加熱部は材料の自己冷却効果により急激に温度が低下。従って硬化ストラクチャーの取得が可能（図6）。

Article by: Okuma Techno (Thailand) Ltd. & MEGA Tech