シアトル近郊の小規模な機械加工会社Toolcraftは、30ミクロンの繰り返し精度と力・トルクセンシングを備えたUR5eに着目しました。
同社が自動化を必要としていたのは、CNCマシンで行う高精度かつ複雑な3工程のマシンテンディングです。UR5eの導入によって、生産コストを23％削減し、スループットを43％向上させました。
Toolcraftが自動化を検討するきっかけとなったのは、大量受注への対応でした。24時間365日の生産体制を構築するには、第3シフトを新たに設ける必要がありました。
しかし、人材確保は容易ではありませんでした。
「この地域では、第3シフトで働きたいという人をなかなか見つけられません。求人を出しても、十分な応募がありませんでした」と、ToolcraftのOperations Director、Steve Wittenberg氏は振り返ります。
そこで同社は、さまざまな自動化方法を検討。当初は従来型の産業用ロボットも候補に挙がっていました。
「ロボット本体の価格だけを比較すると、従来型の産業用ロボットのほうが費用対効果に優れているように見えました。しかし、安全柵が不要なことによるコスト削減や操作のしやすさ、複雑なプログラミングを大幅に減らせることまで考慮すると、最終的にユニバーサルロボットが最適な選択肢となりました」とSteve Wittenberg氏は説明します。
Toolcraftが対応する必要があったのは、医療機器向けの複雑なねじ形状を持つ部品の大量注文でした。この部品を完成させるには、3段階のCNC加工工程へ順番に投入する必要があります。
そこでToolcraftは、ユニバーサルロボットの認定システムインテグレーターであるRapid Design Solutionsに相談しました。
「複数工程にわたる精密加工では、求められる精度が大幅に高くなります」と、Rapid Design SolutionsのOwner、Troy Ojalehto氏は説明します。
同氏が注目したのが、ユニバーサルロボットのe-Seriesが備える高い繰り返し精度でした。
「UR5eの繰り返し精度が30ミクロンだと知ったときは、とても期待しました。この精度は従来型の産業用ロボットに匹敵するレベルで、私たちにとって非常に重要でした」
「ほかの協働ロボットが、複数工程を必要とする部品でこれほどの精度を実現しているのを見たことがありません。素材を投入すれば、高精度に加工された完成品が出てくる仕組みを構築できました」
UR5eの導入から半年後には、具体的な成果も現れました。
「すぐに実感したメリットの一つが、生産量の大幅な増加です」と、ToolcraftのOperations Director、Steve Wittenberg氏は語ります。
「第3シフトでの生産が可能になり、1週間あたりの生産量は255個から370個へ増加しました。さらに、年間の生産計画を7週間前倒しで完了できたため、そのCNCマシンをほかの仕事に活用できるようになりました」
さらに、生産コストも23％削減。Toolcraftでは、UR5eへの投資を約12か月で回収できる見込みです。
「これによって、長期的な案件の多くで、これまで以上に競争力を高められるようになります」とSteve Wittenberg氏は説明します。
UR協働ロボット： UR5e
使用しているUR+製品： PHD Pneu-Connectグリッパー
ユニバーサルロボットの認定システムインテグレーターであるRapid Design SolutionsのTroy Ojalehto氏（左）が、最初のアプリケーションを構築しました。
その後、ToolcraftのAutomation Engineer、Brian Laulainen氏（右）がUR5eの日常的な運用を担当。さらに、UR5eのアプリケーションを拡張し、部品の洗浄・乾燥ステーションも開発しました。
Brian Laulainen氏は、ユニバーサルロボットのオンライン学習プログラム「UR Academy」で基礎を習得した後、Troy Ojalehto氏から数時間の実践的なトレーニングを受けました。
オンライン学習と実機を使ったトレーニングを組み合わせることで、ToolcraftはUR5eを自社で運用し、さらに新たな工程へ活用できる体制を整えています。
Toolcraftは、UR5eのエンドエフェクターとして、PHDのUR+認定グリッパー「Pneu-Connect」を採用しました。
UR+認定製品は、ユニバーサルロボットの協働ロボットとの互換性が確認されており、スムーズに連携できるよう設計されています。
Pneu-Connectの操作に必要なソフトウェアはUR5eのティーチペンダントに直接統合されているため、別の操作環境を用意することなく、協働ロボットとグリッパーを一つのインターフェースから設定・プログラミングできます。
「URのフリードライブ機能によって、協働ロボットに動作ポイントを教示する時間を大幅に短縮できます」と、Rapid Design SolutionsのOwner、Troy Ojalehto氏は語ります。
UR協働ロボットは、アームを手で動かして目的の位置へ移動させ、その位置をウェイポイントとしてティーチペンダントのプログラムに登録できます。直感的なダイレクトティーチングにより、複雑なプログラミングの負担を軽減できます。
ToolcraftではURのシミュレーターも活用し、部品の洗浄・乾燥ステーションで使用するプログラムをオフラインで作成しました。
作成したプログラムをティーチペンダントへ転送した後、実機で必要なウェイポイントを設定するだけでプログラムを完成できるため、立ち上げ作業の効率化にもつながっています。
加工サイクルは56分ですが、UR5eがCNCマシンテンディングを行う時間は、そのうちわずか6分です。
「残りの時間、協働ロボットは次のサイクルを待っていました。そこで、その時間も有効活用したいと考えました」と、ToolcraftのOperations Director、Steve Wittenberg氏は説明します。
そこで同社は、部品の洗浄・乾燥工程を新たに追加しました。UR5eはCNCマシンから加工済みの部品を取り出すと、洗浄液に浸した後、エアジェットで乾燥させます。最後に、洗浄・乾燥を終えた部品を出荷用ラックへ配置します。
さらにToolcraftは、UR5eのI/Oインターフェースを介して、空圧式治具やドアアクチュエーターも制御しています。
「これにより、CNC側の配線を大幅に減らしながら、CNCマシンに備わる標準的な安全機能を維持できます」と、Rapid Design SolutionsのOwner、Troy Ojalehto氏は説明します。
最初のアプリケーションはシステムインテグレーターの協力を得て立ち上げましたが、その後の洗浄・乾燥工程はToolcraftが自社でプログラミングし、導入しました。
「それを可能にしたのが、ユニバーサルロボットが提供する無料のオンライン学習環境です」とSteve Wittenberg氏は語ります。
「当社のAutomation EngineerがオンラインのUR Academyを受講し、その後インテグレーターから数時間の実践的な指導を受けました。それだけで、外部の支援を受けることなく、洗浄・乾燥工程を協働ロボットのサイクルに追加できました」
当初、Steve Wittenberg氏は、新しい工程をプログラミングしている間はUR5eによるマシンテンディングができず、生産を停止する必要があると考えていました。
しかし、ユニバーサルロボットのシミュレーターを活用することで、UR5eを稼働させたまま、新たに追加する動作のほとんどをオフラインでプログラミングできることが分かりました。
最初の協働ロボット導入を成功させたToolcraftは、今後、年間1台のペースで協働ロボットを導入する計画です。
「自社のAutomation Engineerが問題に対応し、トラブルシューティングまでできるようになったことが、この目標を実現するうえで重要になります」とSteve Wittenberg氏は語ります。
次に自動化を予定しているのは、横形マシニングセンタのマシンテンディングです。
この設備では、加工機へ出し入れするロータリー式の治具を使用するため、ワークの固定などに新たな課題があります。
「難しい部分はありますが、ユニバーサルロボットと治具の工夫を組み合わせることで、解決できると確信しています」とSteve Wittenberg氏は述べています。
Troy Ojalehto, Owner, Rapid Design SolutionsUR5eの繰り返し精度が30ミクロンだと知ったときは、とても期待しました。従来型の産業用ロボットに匹敵する精度を実現していることは、私たちにとって非常に大きな意味がありました」
ワシントン州シアトル郊外のMonroeに拠点を置くToolcraftは、航空宇宙、医療、防衛などの分野に向けて、複雑で高精度な部品を製造する機械加工会社です。
高い効率性と精度、一貫した品質を重視し、CNC加工をはじめとする精密加工ソリューションを提供しています。
30ミクロンの繰り返し精度を備えたUR5eは、複雑なねじ形状を持つ部品をCNC治具へ正確にセットする作業に対応します。
CNC加工では、立形マシニングセンタで3つの工程を行います。2つのバイス治具と1つの第4軸回転ユニットを使用する複雑な加工サイクルでも、UR5eが高精度なワークの搬送とセットを担っています。
「URのフリードライブ機能によって、協働ロボットに動作ポイントを教示する時間を大幅に短縮できます」と、ToolcraftのAutomation Engineer、Brian Laulainen氏は語ります。
UR5eがマシンテンディングを行うのは、医療機器向けの複雑なねじ形状を持つ部品です。完成までにはCNCマシンによる3段階の高精度な加工が必要で、UR5eが各工程への部品のセットと取り出しを担います。
UR5eによる自動化によって生産効率が向上し、手作業と比べて年間の生産計画を7週間早く完了できるようになりました。
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