KR QUANTECおよびKUKA.CNCを使った表面加工

ボディー部品の深絞り用工具、複合材料でできたコンポーネントのはめ込み型、プラスチック部品の射出成形金型など、フライス加工後の形成工具の研磨、仕上げは今でもその多くが手作業で行われています。一方、高度にオートメーション化された企業では、最高で20人日を要する大型の自由曲面研削もあります。表面加工技術の進歩に伴い、プロセスは非常に臨機応変で精確かつ信頼性の高いもの、そして可能な限り経済効率を高めたものが求められています。

今回の目標は自動化が可能な方式によって、金属の表面を高品質な機能表面へと変貌させることでした。そこでワーク表面をならすハンマー作業を「機械ハンマーピーニング」（Machine Hammer Peening）というアプリケーションで可能にしました。この工程で扱う複雑なワークの表面をオートメーションで加工するために、SEMATEK社はKUKAロボットとKUKA.CNCソフトウェアを採用することにしたのです。

KUKA.CNCにより制御されるKUKA KR QUANTEC

KR QUANTECシリーズのKUKAロボットのフランジには、線形振動するハンマーヘッド（3S-Engineering GmbH社製FORGEfix）を備えた空気圧駆動ツールが搭載してあり、表面の機械加工を行います。ロボットによるワークの計測が終わると、KUKAのソフトウェアKUKA.CNCによってハンマーヘッドが表面の鍛造動作経路をなぞります。この時、フライスの溝部分にある窪みの下に、フライスの先端が押し込まれます。球の直径、送り速度、軌道の間隔、表面と打ち込みの角度などは、プロセスに応じて選択あるいは設定することが可能です。

SEMATEK社が加工ヘッドの計測に選んだのは、LEONI GmbH社の5D測定システムでした。この方法を使うと、ツール中心点 (TCP) の測定だけではなく、ツールの向きが極限まで正確に測れるようになります。最高の加工精度を追求する上で、ツールの向きは特に5軸CNCプログラムの処理において重要な要素になります。

ハンマーはフライス加工後の表面をならすとともに、表面を強化することで残留応力分布の最適化にも寄与します。こうして表面は均一化され、再生性を得ます。このハンマー作業により、フライス加工だけでは決して到達できない0.1 µm未満という算術平均粗さ（Ra）が可能になりました。加工する素材によっては、加工硬化を用いることで表面硬度が最大30パーセントも高くなります。作業によっては表面の追加的な後処理を、完全に不要にすることもできます。特に、ハンマー作業を自動にすると手作業の研削・研磨作業が省けるのです。

仕上げにかかる時間、ひいては製造工程全体を大幅に短縮することができ、特に単純作業を減らすことができるようになりました。KUKA ロボットは、複雑な自由曲面の加工にも対応可能です。ここでは多くの場合コンポーネント一式の加工が可能なため、コストも時間もかかる掴み替えが不要になります。きわめて精確なロボットの経路計画により、高速での作業がと低オーバーラップでの進行が両立します。すなわち、最短時間で最高の結果が得られるのです。