凌華はCNC加工機のインテリジェント化を目指し、切削振動監視システムを導入した。

昨今のスマートフォンは、プラスチック製のバックカバーから薄い金属ボディへと変化しました。スマートな外観は消費者を魅了する一方で、携帯電話ケース部品サプライヤーにとって製造工程はより困難になっています。ケースの切断・加工には非常に高い精度が求められるため、わずかな誤差でもワークの不良発生や利益の減少につながる可能性があります。

CNC加工の歩留まりを向上させるため、携帯電話ケースメーカーはCNCマシンが正常な生産ビートを維持できるように頻繁にツールを交換せざるを得ないことが多いが、これは消耗品コストの増加につながり、利益にも影響する。また、携帯電話ケース加工業界は生産率を非常に重視しており、CNC切削機の突然の故障が生産能力の低下や納期遅延などの負の連鎖反応を引き起こし、顧客満足度と信用を損なうことを恐れている。そのため、人員を配置して定期検査を実施したり、アウトソーサーに二次保守サポートを委託したりしているが、これらの方法は受動的であり、異常状態に初めて効果的に対処することは困難である。

携帯電話ケースはCNC工作機械の応用事例の一つです。CNC切削加工は様々な加工・製造工程で広く利用されており、多くのサプライヤーが利益防衛戦に直面しています。凌華科技計測・自動化製品部門のマネージャーである徐昌毅氏は、加工精度の向上や生産性向上を目指す上で、切削工程の監視、特に振動監視が重要だと考えています。これは、機械の振動値がアンバランス、共振、あるいは位置ずれなどによって許容範囲を超えると、機械の動作に影響を与えやすく、故障による停止につながるためです。

微細な振動信号を捕捉するには、PCベースの監視ソリューションがPLCソリューションよりも優れています。

CNC加工機にインテリジェンス機能を持たせ、常時振動監視機構を組み込めば、機械の健康状態をいつでも診断できます。最終製品の出力を待ってから異常原因を判断するのではなく、予防検知によって加工機の異常状態をリアルタイムで検知し、加工パラメータの最適化・調整（例えば、主軸回転数の変更）や工具交換など、迅速な対応策を講じることで、小さな偏差を即座に解決し、将来的な大きな事故を未然に防ぐことができます。

CNC加工機の切削振動モニタリングは、現時点では目新しい話題ではないことは否定できません。かつては、CNCマシンに接続すればすぐに実用化できるという、簡便性と利便性を謳うPLCソリューションがいくつかありました。そのため、切削振動モニタリングにPLCが利用できるのに、なぜPCベースのモニタリングスキームが必要なのかと疑問に思う人がいるのも当然です。

いわゆる「悪魔は細部に宿る」。微細な振動信号や高周波信号は、ある程度の事実を反映している。例えば、接続機構のバランスが崩れ始めたり、回転するスピンドルベアリングのボールが破損して伝達力に影響したり、ファスナーが緩んだりするなど、CNC加工機が「不調」になり始めている可能性がある。そして、その症状は機械の特性によって異なる。これらの微細で変化しやすい兆候は、低いサンプリングレート、限られた帯域幅範囲、固定アルゴリズムといったPLCソリューションでは捉えにくい。CNC監視ソリューションが微細な変化を捉え、精度低下や生産能力低下につながる可能性のある重要な要因を迅速に把握できれば、ユーザーは迅速に対応できる。

これを考慮して、Linghuaはmcm-100と呼ばれる切削振動監視スキームを発表しました。これは、高精度と高サンプリングレートの条件下で回転トランスファー機械および装置の24時間連続データ収集と振動測定を実行でき、データ収集、振動分析と計算、操作、インターネットアクセスなどの機能を統合しています。CNCマシンユーザーが従来の切削プロセスが直面しているさまざまな課題をうまく解決し、最もリラックスして負担のない方法でCNCマシンにインテリジェンスを付与するのに役立ちます。高精度の監視を通じて予防保守の素晴らしい効果を実現します。

徐昌益氏は、一般的にCNC工作機械が最も必要とする検出状況は3つあると説明した。1つは「主軸振動検出」で、切削中の主軸の振動を監視する。時間領域信号のRMS値を直接測定し、臨界値を超えた場合は速度を落とすか、運転を停止する。2つ目は「ベアリング品質診断」で、ベアリングの健全性を診断する。CNCが切削を行わず、高速で空転しているときに実行される。3つ目は「主軸衝突検出」で、主軸衝突を検出する。振動波形が特定のデフォルト条件を満たすと、衝突が発生したと判断し、主軸の動きを直ちに停止させる。

上記の状況1と2は、振動信号の精度と帯域幅の範囲に密接に関連しています。PLCソリューションでは取得できる情報量が非常に少なく、ユーザーが緊急時対応策を策定するのが困難です。一方、mcm-100は24ビットの高解像度（通常は12ビットまたは16ビットの範囲）を備えているだけでなく、最大128ks/s（通常は20ks/s以下）のサンプリングレートで高周波信号をキャプチャできるため、ユーザーにより多くの振動解析資料を提供します。CNC工作機械メーカーにとって新たなビジネスチャンス

一方、切削振動監視スキームは、CNC工作機械メーカーに新たなビジネスチャンスを生み出す可能性もあります。CNC工作機械サプライヤーは大量の振動情報を入手しているため、ビッグデータ分析と組み合わせることで、信号の変化と機械故障の相関関係をより深く理解できます。CNC工作機械サプライヤーは蓄積された知識資産を有効に活用し、付加価値サービスを生み出し、さらにはビジネスモデルを機器の販売から機械の稼働時間の販売へと調整し、長期にわたる安定した収益を確立することができます。PCベースの切削振動監視スキームの運営者であるLinghua Technologyによると、振動監視スキームはすでに着陸段階に入り、さまざまな有名なCNC工具機械メーカーに採用されており、2017年にはその需要が大幅に増加しました。これは、CNCプロセッサとCNC工具機械メーカーの両方が、CNC切削振動監視スキームに対する需要がますます高まっていることを示しています。