広がるワイヤー放電加工の用途

Nov 21, 2023

写真提供：牧野さん

ワイヤ放電加工 (EDM) は何十年も前から存在していますが、この技術が製造現場の他の加工プロセスを圧倒することはありませんでした。 それは、EDM が興味深い価値提案を提供するためです。従来の金属除去が困難または不可能な、硬さに関係なく、導電性のあるあらゆる部品を切断できますが、プロセス自体は段階的です。 専門家らは、ショップがこのテクノロジーを導入することに関して常に多少の不安を抱いていることに同意しています。

「EDM は黒人芸術という汚名を着せられてきました」と、オハイオ州メーソン、マキノの EDM 製品ライン マネージャー、ブライアン・フルーガー氏は語ります。 「経験がほとんどないショップは、このテクノロジーを検討することに消極的でしたが、最近では確かに変化が見られます。」

Methods Machine Tools, Inc.の EDM 製品マネージャー、Steve Raucci 氏は次のように述べています。「ワイヤー EDM の市場シェアはまだ小さいですが、間違いなくその地位を確立しています。EDM を導入している産業分野には航空宇宙や医療などがありますが、銃器は「EDM 市場では、業界も大きなプレーヤーです。EDM はプロセスに時間がかかりますが、ワイヤーで製造しなければならない部品もまだあります。場合によっては、他に方法がないこともあります。」

メーカーは、EDM プロセスをいかに小さく、微細にできるかに焦点を当ててきました。 しかし、ここ数年、そのプロセス自体がやや頭打ちになってきました。 いくつかの改善点がありました。 たとえば、専門家らは、10 年前であっても、安全性が重要な航空宇宙部品が EDM で製造されることは決してなかっただろうと主張しました。 ただし、電源とワイヤは、再鋳造することなく、さまざまな材料厚さの部品を簡単に製造できるように適合されています。

「従来のフライス加工ツールでは対応できない鋭利なコーナーや深いリブなどの形状を作成する必要がある場合、ワイヤ EDM は優れた選択肢となります」とオンタリオ州ミシサガの GF マシニング ソリューションズ (カナダ) のセールス マネージャー、ショーン スミス氏は述べています。 「これらの機械は多用途であり、ニッケル含有量が高く、工具やスピンドルへの圧力が増大する材料の硬さが増している分野で特にニーズがあると考えています。EDM はこれらの用途に最適です。」

EDM は独自の市場シェアを獲得しており、特定の機能は頭打ちになっていますが、作業範囲のサイズで 1 つの開発が行われています。

イリノイ州シャンバーグの Sodick Inc. の添加剤および HSM ビジネス マネージャーである Evan Syverson 氏は、「EDM が使用される業界では、部品サイズの増加が見られます。それが、EDM の仕様と設計の一部に実際に影響を及ぼし始めています」と述べています。これらのマシンは、特に Z 軸において、私たちが目にしている作業の種類に応じてマシンの設置面積が拡大しています。」

従来の分野を超えて、金属積層造形 (AM) は EDM にとって新たな市場機会です。 ほとんどのメーカーは、基本モデルからあらゆる機能を備えた最上位のマシンに至るまで、幅広い EDM マシンを提供しています。 ただし、金属 3D プリント部品用に設計された機械は、非常に特殊な機能を備えています。

「金属製の 3D パーツはベース プレートの上に構築されているため、これを取り外す必要があります」と Syverson 氏は説明します。 「部品が印刷されるとき、通常は XY 軸の移動範囲が比較的広いですが、そのプレートから部品を取り外すには、向きを変える必要があります。そうすることで、部品を直立させてワイヤ EDM で分離できるようになります。」

これらの機械は、部品を収容できるように比較的高い Z 軸を必要としますが、複数の部品パスを実行したり、超高精度を生成したりできる必要はありません。 3D プリント部品の EDM には、一般的な速度と、ベース プレートから部品を取り外す基本的な能力が必要です。 AM がより一般的になるにつれて、より多くのメーカーがこの市場セグメント向けに設計されたマシンの提供に注力しています。

最新の直観的なコントロールにより、最も経験の浅いオペレーターでも、基盤となるテクノロジーを知らなくても、機械に対して非常に正確で専門家レベルの調整を行うことができます。 写真提供：牧野さん

このテクノロジーのメーカーは、使いやすいようにシステムを調整し、EDM はその分野の専門家だけが操作できるある種の「黒魔術」であるという概念を払拭しました。

「制御システムのアップグレードにより、オペレーターが間違ったボタンを押したくない、あるいは機械との操作方法が分からないという未知の恐怖を取り除くことができました」とプフルーガー氏は語った。

最新の直観的なコントロールにより、最も経験の浅いオペレーターでも、基盤となるテクノロジーを必ずしも知らなくても、機械に対して非常に正確で専門家レベルの調整を行うことができます。 多数の適応制御を提供するグラフィカル インターフェイスにより、オペレータはジョブに合わせてパラメータを簡単に調整できます。 以前に EDM の経験がある資格のあるオペレーターを見つけるのは難しい場合が多いため、これは特に重要です。

「コントロールとテクノロジーは、10 年前に比べてさらにシンプルで操作しやすくなりました」とラウッチ氏は言います。 「インターフェースを使用すると、オペレーターはワイヤーの直径、材料の厚さなどを選択できます。機械は、作業を完了するために必要な切断パラメーターを計算します。」 ラウッチ氏は、これは過去数年間で大幅な改善であると付け加えた。 彼がこの仕事に携わり始めた当初、切断パラメータはマニュアルに記載されており、オペレータが探しているものが含まれていない場合は、適切なオプションを見つけるために仕様をいじる必要がありました。

「今、本当に知る必要があるのは、ワークピースのサイズ、探している公差、達成しようとしている表面品質、そして選択したワイヤだけです」とスミス氏は言います。 「コントロール上の空白を埋めるだけで簡単になりました。そこからはマシンが引き継いでくれます。」

これらのマシンには、生産性の向上に役立つ機能も備わっています。 メーカーは、エコノミー モードまたは省電力オプションを追加することが、消灯シナリオでマシンを操作するユーザーにとって有益であることを認識しています。

Smith 氏は、週末にジョブを実行する例を挙げています。この場合、パートをできるだけ早く完了させるために急ぐ必要はありません。 エコノミーモードなどの機能により、動作パラメータが削減され、配線と電力の消費が節約されます。 そのため、土曜の午後に部品をフル稼働コストで稼働させる代わりに、機械を省電力モードで稼働させて数時間後に部品を完成させることができます。

「最近の市場で大きな注目を集めているのは、隙間にワイヤーを通す機能だ」とプフルーガー氏は語った。 ワイヤーが切れた場合、これは起こり得ることですが、この機能を使用すると、最初まで戻さずに、切れた時点でワイヤーを再度通すことができます。

「破損検出システムがなければ、消灯運転はほとんど不可能でした」とサイバーソン氏は語った。

メーカーは、生産性を向上させ、信頼性を高め、部品処理を改善する高度なワイヤスレッダの開発に重点を置いています。 ワイヤーの断線も検出し、オペレーターに警告するシステムを搭載することで、機械を効率的に再起動して稼働させることが容易になります。

スラグ保持機能によりスラグの落下が防止され、クランプが不要になります。 自動ワイヤ供給システムはカーフを通過できるため、この機能を最大限に活用できます。 写真提供：Methods Machine Tools

ワイヤー通し装置と断線検出システムは重要なコンポーネントですが、機械の運転にかかるオペレーターへの支払いのほかに、機械の運用にかかる最大のコストの 1 つはワイヤー自体であると Pfluger 氏は説明しました。 より多くのメーカーが、部品の品質を維持しながらワイヤ消費量を削減する、より効率的な機械設定の開発に注力しています。

これにより、多くのメーカーが大径ワイヤ技術を提供するようになりました。 たとえば、Pfluger 氏は、最も一般的なワイヤの直径は 0.25 mm ですが、速度の利点があるため、直径 0.3 mm のワイヤなどのより太いゲージのワイヤを使用するオペレーターが増えていると説明しました。 一般に、機械の動作が速くなるほど、オペレータはより大きな直径のワイヤを使用して従来のワイヤ サイズの仕上げと精度のパフォーマンスを犠牲にしなければなりません。 ただし、メーカーは、より高いゲージを使用して従来のワイヤーが提供するのと同じ表面仕上げと精度を提供する、機械の最適化された設定を開発しています。 これにより、特に荒加工において、サイクル時間を 20% 以上節約できます。 また、ワイヤの消費量も削減され、大幅なコスト削減につながります。

ワイヤー EDM には、自動化を困難にするいくつかの制限と機械変数が組み込まれています。そのため、このテクノロジーではロボットによる自動化が一般的なトレンドではありませんでした。 しかし専門家らは、プロセスを自動化する方法について問い合わせる顧客が増えていることに同意している。

「特殊な自動化を備えた EDM セルがますます増えています」と Raucci 氏は述べています。 「10 年前には、このようなことはありませんでした。セルには、鉄道システムの自動化を備えた複数の EDM 機械が設置される傾向があります。人件費の増加と熟練したオペレーターの不足により、この傾向はますます一般的になってきています。」

ラウッチ氏は、顧客が何を求めているかには依然として大きな隔たりがあると指摘した。 同氏によると、オペレータが 1 人いる標準的なマシンを好む人もいれば、完全な消灯機能を備えたマシンに飛び込む人もいます。 これには、追加の自動化とプローブを備えた回転テーブルが含まれる可能性があります。 プロービングを組み込むことで部品の品質が保証され、無停電操作を実行したいと考えている人にとって非常に有益です。

「自動化の追加は、顧客が市場で競争力を高める方法であることは間違いありません」とスミス氏は付け加えた。 「非常に基本的なパレットチェンジャーシステムから、機械への積み込みを支援する多軸ロボットに至るまで、さまざまな用途に使用できます。」

専門家らは、業務の自動化と消灯化により、店舗がこのテクノロジーを導入しやすくなっていることに同意した。 ただし、スミス氏は、ロボットセルの導入を検討している店舗は、テクノロジーを最大限に活用するために常に十分なワイヤの供給を確保する必要があると警告した。 ほとんどの場合、今日の機械は約 55 ポンドの重量に耐えることができます。 これにより、約 80 時間の無人切断時間とエネルギーが得られます。

「テクノロジー自体は、長年にわたって大きな進歩を遂げてきました」とサイバーソン氏は語った。 「オペレーターがコントロールとオンボードプログラミングソフトウェアを使用できれば、機械は基本的に自動的に動作します。そして現在、自動化により、店舗が EDM の独自の機能を活用する方法がこれまで以上に増えています。」

副編集長の Lindsay Luminoso には、[email protected] で連絡できます。

GF マシニング ソリューション、www.gfms.com

「最近の市場で大きな注目を集めているのは、隙間にワイヤーを通す機能です」とブライアン・プフルーガー氏は語った。 写真提供：牧野さん

牧野、www.makino.com

メソッド工作機械、www.methodsmachine.com

ソディック、www.sodick.com