技術紹介

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【プレス加工自動化】サーボトランスファシステムの技術高度化を指向

1.はじめに
 プレス加工の自動化システムは、使用素材の形態と加工工程より検討される金型の構造により、大きく4種類に分類される。①コイルシステム(コイル材使用)、②ロボットシステム(主にブランク材使用)、③トランスファシステム(主にブランク材使用)、④専用・複合加工システムである。専用・複合加工システムは、加工手法や素材形態により、上記①②③の自動化システムと各種専用装置を組合せ、加工対象を絞った生産システムとして形成されるため、プレス自動加工の基本は「コイル」「ロボット」「トランスファ」の3形態であるといっても過言ではない。
 レベラーフィーダ(写真1)等の送材装置を使用し、順送加工を主体とする「コイルシステム」、タンデム加工の自動化を主に発展した「ロボットシステム(写真2)」、単発多工程加工の連続性を高め、生産性と歩留り性の向上をねらった「トランスファシステム(写真3)」、いずれもプレス加工の自動化には欠くことのできない基本システムである。
 ニシダ精機は、このようなプレス加工の自動化を含め、加工設備全体のエンジニアリング業務(設計・製造・販売・コンサルティング)を目的とし、1975(昭和50)年に創立した。

ニシダ精機製品ラインアップ

2.プレス加工を知り尽くした技術集団
 かつて、コイル素材からの順送加工が非常に合理的なプレス加工と強調され出した時期、レベラーフィーダを中心としたコイル材送り装置が多々開発され、市場を席捲した時期がある。また、大小さまざまなタンデム加工の合理化が推進され、プレス機械メーカーや自動化装置メーカー各社がロボットの開発に力を入れた時代もあった。
 使用素材の多様化(材質、形状)、金型構造の進化、そしてプレス加工対象製品の広がりに従い、自動加工技術にも大きな革新が生まれている。それにともない、自動化手法に流行の波があったことも事実であり、システム機器群の過当競争も起こった。
 このようなプレス自動化の変遷の中で、「トランスファ加工システム」の開発・製造に当社の主業務は傾注していった。加工域が非常に広く、生産性と応用性の高い加工であるが、素材供給や金型対応などのアプリケーションを含め、加工対応が最も困難とされる分、加工付加価値も高い手法であったからである。
 図1に参照されるように、トランスファ加工システムは、単発の複数工程加工を行う主要システムであり、プレス機械を連続運転させる中で、素材を順番に送りながら加工を進めていくシステムである。ブランク材(2次加工された各種形状の板材)を素材として使用する場合が多いが、コイル材を使用して第1工程でブランクを作り、そこから成形工程へ進んでいくケースもある。また写真4に示される、丸棒やパイプ材を素材としトランスファ加工を行う場合もあるため、素材供給装置にもかなりの種類と変化がある。

トランスファ加工 模式図

 金型は単発の複数工程金型を一定のピッチ間(金型間隔:X方向)で、加工素材の搬送方向中心を基準として(Y方向)整列しなければならないため、通常ダイセット上にあらかじめ整列させた金型のユニットを、トランスファ金型として扱う場合が多い。そしてこの工程金型間を、フィードバーに取付けられた各々に異なる形状のフィンガー(図2)により素材を搬送する。また、フィードバーの動作には、2次元と3次元の動作設定(固定方式と選択方式がある)がある。(図3)
 このようにトランスファ加工は、プレス機械の構造と動作、金型構造と配置位置、各種素材形状や板厚に対する供給・搬送方法、等々を熟知した上でプレス連続運転による生産性をできる限り向上させる(SPMをなるべく上げる)加工法である。
 さまざまなプレス加工と自動化を経験しなければ、エンジニアリングが叶わない加工法といって差し支えない。

フィンガーフィードバー構成例


3.サーボトランスファの価値
 現在、製造しているトランスファシステムは、ほとんどが『サーボトランスファ』であり、10トン(100kN)から3000トン(30000kN)までのシステムを手掛けてきた。小型システムでは3次元動作で200spmの連続運転を実現させたシステム、また大型では素材搬送に使用するフィードバー断面が□250mmにも達したシステムまで、ユーザーからの要求に応えた種類は非常に多岐にわたる。業種では自動車産業が約90%であり、加工では冷間、熱間を含めた鍛造加工用トランスファシステムの受注が多くなっている。
 また納入形態も、新規システムとしてプレス機械も含めて納入する場合、プレス機械メーカーから依頼を受けトランスファ装置のみを取付ける場合、およびユーザーから現在使用中のプレス機械にトランスファ装置の後付け(レトロフィット)を依頼される場合等、状況に応じた納入形態が多々存在するため、すべての機種が受注対応となる。
 『サーボトランスファ』に特化していった過程はこのような状況から生まれている。
 現在、対象とするプレス加工は多様化が進み、プレス機械もリンクプレスやナックル式鍛造プレスからサーボプレスへと大きく変化している。特にサーボプレスの場合、そのスライド動作は、各々の加工によってパターンが決定されるため決められた一定動作はない。加工第一ステージまでの素材の供給では、素材の種類に合致させた搬送アプリケーションにいろいろな種類が存在する。またシステムコントロールの形態では、連続加工の途中で素材ストックが無くなった場合にそこで連続停止させるのではなく、加工途中の素材に対し加工完了までシステム動作を続ける“歯抜け回路”と呼ばれるコントロールや、深絞り加工などでプレスのスライドストロークとトランスファの動作が干渉する場合には、プレスを断続運転とし、その間にトランスファ動作を行う“交互運転”など、さまざまな加工形態に対応しなければならない。このような対応性、高機能を有するのが『サーボトランスファ』である。また納入後、加工製品が変化した場合に、上記のような対応を求められることもあるため、サーボトランスファへの市場の期待はますます高くなってきた。
 レトロフィットも含め、複雑な加工形態や微妙な金型対応、そしてユーザーそれぞれの異なる要望に対し、高度なセンシング技術の応用などによって「動作が見えるシステム」構築を行い、トランスファシステムの有効性を追求している。

4.海外への進出
 海外からの引合いも増えている。
 プレス機械も含めた安価なシステムを受注する場合、国内のプレス機械を使用することができず海外からプレス機械を購入し、システムアップを行った後海外ユーザーに納入するケースもある。鍛造加工用ではなく、板材成形に使用するシステムが多い。特に小型モーターケースの多工程絞り加工を行うトランスファシステムである。従ってシステム自体小型が多く、さらに価格も安価なものが求められることがほとんどである。
 また、レトロフィット(後付け)を要望されるケースもあり、プレス動作に対するトランスファ動作の追従性には、非常に気を使うことになる。この点でも、メカ的なトランスファ駆動軸取出し機構(PTO)を搭載する必要のないサーボトランスファの優位性が発揮されている。レトロフィットの対象が単純なクランクプレスの場合には、トランスファ追従の基本を「プレス機械の停止」に置き、プレス機械動作のセンシングを確実に行うことで、安全なシステム動作を確保することができる。
 このような意味で、メカニカルトランスファ(すべてメカで構成されるトランスファシステム)のレトロフィットを要求された場合でも、サーボトランスファの優位性を説明し、納得していただいた上で変更を願うことがほとんどである。
 国内・海外を問わず、トランスファシステムの受注には、やはりプレス機械や金型を含めたプレス加工全体を熟知していることが条件となる。

5.システムメーカー指向を強くする
 別会社ニシダテクノス株式会社を設立した。業務の分化を図ることが目的であり、ニシダ精機は“装置メーカー”として、新会社ニシダテクノスは“トータルシステムメーカー”としての新しい業務を強く打出したいと考えている。
 当社の大きな特徴の一つに、部品内製化率の高さがある。熱処理・表面処理を除き、ほとんどの部品を内製しており、金額比での内製化率は90%を超える。同等製品でのコスト競争力が極めて高いことが、ユーザーに対するリピート率の高さにもつながっている。
 ニシダテクノスでは、45トン(450kN)~150トン(1500kN)の高速トランスファプレスを開発している。プレスの駆動方式はサーボ式とメカ駆動式とし、そこにサーボトランスファを搭載した『サーボ加工システム』として販売を開始した。鍛造加工・成形加工を対象とした多工程深絞り加工に対応する専用システムである。
 持てる強みを最大限生かしたトランスファシステムの開発・製造に、今後も努力する所存である。

ニシダ精機のサーボトランスファシステム