Instellen voor enkele opstellingen

Hoe minimaliseert u de eenheidskosten voor complexe onderdelen die moeten worden gedraaid, gefreesd en geboord? Voor Steve Hattori is het antwoord simpel:maak ze met slechts één opstelling - en maak die opstelling zo eenvoudig mogelijk.

De president van de contractwinkel Salinas Valley Precision (Salinas, Californië), de heer Hattori, had vroeger minimaal drie machines nodig om elk complex rond onderdeel van massief te produceren:een lintzaag om de voorraad op lengte te zagen, een draaibank en een bewerkingsmachine midden om vlakken en gaten toe te voegen. Nu laat de winkel een enkele machine al dit werk doen:het automatisch omzetten van ongesneden stafmateriaal in afgewerkte onderdelen, waardoor in feite meerdere opstellingen worden vervangen door één.

"Iedereen die zou pleiten voor de oude manier, heeft nog nooit geprobeerd een vismolen te bewerken", zegt dhr. Hattori. De eerste keer dat een lokale fabrikant van sportartikelen hem het onderdeel van de hengelmolen aanbood, wees Hattori zelfs af. Destijds was het onderdeel te complex om winstgevend te zijn. De haspel met een diameter van 3,25 inch is uit massief aluminium gesneden en 90 procent van het materiaal is weggefreesd en bestaat uit twee gemakkelijk te verdraaien flenzen van minder dan 0,1 inch dik, verbonden door een uitgeholde kern met wanden die niet veel dikker zijn.

Het onderdeel moet van alle kanten worden aangevallen. Elke flens is gepenetreerd door 12 gaten met een diameter van 0,45 inch, die dienen om het gewicht te verminderen. De kernomtrek omvat ook 12 ovaalvormige sleuven voor gewichtsvermindering. Ten slotte bevat een verzonken boring aan één kant 36 vertandingen voor het ratelmechanisme van de hengel, plus een perspassinglagerboring met een totale tolerantie van 0,0002 inch op diameter.

"En al die geometrie was maar de helft van het probleem", zegt dhr. Hattori. "De rest was batchgrootte. We hadden het onderdeel kunnen machinaal bewerken met behulp van complexe opspanningen op het bewerkingscentrum, samen met de CNC-draaibank die we op dat moment gebruikten. Maar dit zou hoge instelkosten hebben veroorzaakt, een die onmogelijk af te schrijven was de kleine oplage van het onderdeel is vaak slechts 100 stuks."

De heer Hattori heeft het prototype van de visserijhaspel bewerkt, maar nam niet de moeite om op het productiegedeelte te bieden. Althans, niet in het begin. Sindsdien is het onderdeel echter een belangrijke inkomstenbron geworden voor de winkel met 10 medewerkers. Dat kwam nadat meneer Hattori zijn proces opnieuw had uitgevonden.

One-stop-bewerking

Het belangrijkste resultaat van de vindingrijkheid van de heer Hattori is een proces waarbij alle draai-, frees- en boorbewerkingen worden gecombineerd op één enkele machine, een Mazak "Super Quick Turn" (SQT) 15MS-Y CNC-draaicentrum. Naast het dragen van een aantal roterende gereedschappen voor freesbewerkingen en een tegenoverliggende tweede spil voor draaien aan de tweede zijde, is de machine uitgerust met een programmeerbare Y-as met een slag van 10 cm. Dankzij deze Y-asmogelijkheid kunnen excentrische freesbewerkingen worden uitgevoerd terwijl het werkstuk nog in de primaire of secundaire spil wordt gehouden.

Door gecoördineerde, automatische overdracht tussen de twee spindels kan elk oppervlak van het onderdeel worden bereikt zonder menselijke tussenkomst. Elke draai-, frees- en boorbewerking wordt uitgevoerd zonder het onderdeel "los te draaien", waardoor kritische werkstukpositiereferenties gedurende het gehele bewerkingsproces behouden blijven.

Onafgewerkte werkstukken worden met een Mazak Cut-Feeder naar de machine gevoerd. Net zoals de frees-boorcapaciteit het draaicentrum de plaats van een bewerkingscentrum laat innemen, elimineert de Cut-Feeder de lintzaag uit het proces en reduceert het ook de vertraging tussen opeenvolgende onderdeelcycli tot slechts een paar seconden. De Cut-Feeder voert niet alleen barstock vooruit, maar snijdt deze ook op lengte, van 0,60 tot 5,11 inch. Het voert deze afsnijding uit terwijl de SQT het huidige onderdeel bewerkt en laadt vervolgens het nieuwe werkstuk door de spankop zodra de draaibank klaar is voor de volgende cyclus.

De automatische invoer helpt de insteltijd tot een minimum te beperken. Het apparaat kan maximaal vijf van de staven met een diameter van 3,25 inch bevatten die worden gebruikt voor het vissen op haspels en het voortbewegen en snijden van elk zonder rotatie. In plaats van een conventionele methode voor staafaanvoer, houdt de Cut-Feeder de staaf stil terwijl de afsnijgereedschappen rond het materiaal roteren en langzaam invoeren totdat de afsnijding voltooid is. Omdat de staven niet draaien, is er geen voorbewerking nodig om ze rond te maken (zelfs vierkante of zeshoekige profielen werken). Als gevolg hiervan kan de heer Hattori eenvoudig een of meer staven in de feeder laten vallen en deze door het draaicentrum laten omzetten in afgewerkte machinale onderdelen. Het laatste ontbramen is de enige bewerking die buiten de machine wordt uitgevoerd.

Het bewerkingsproces omvat 20 gereedschapswisselingen, maar vereist geen operator, dus laat de heer Hattori het vaak onbeheerd draaien - hij krijgt 90 rollen terug voor elke 12-voet staaf die hij laadt.

Return On Imagination

De rollen komen uit het draaicentrum met een snelheid van één om de acht minuten. Hoewel de cyclus profiteert van de hoge spilsnelheden van de machine - 5.000 tpm voor hoofd- en tweede spindels, 3.000 voor roterende gereedschappen - dhr. Hattori noemt creatief programmeren de belangrijkste reden dat de cyclustijd zo laag is. Hattori, een voormalig verspaningsspecialist voor een R&D-bedrijf in de ruimtevaart, opende zijn winkel 10 jaar geleden, zodat hij kon doorgaan met het bedenken van complexe CNC-bewerkingsstrategieën nadat zijn werkgever had gesloten en stilgelegd.

"De multitasking-draaibank biedt een grotere beloning voor de verbeelding van een programmeur dan alle andere die ik heb gebruikt", zegt hij. "Met zoveel opties in één machine, is er altijd een andere manier - en vaak een betere manier - om een ​​functie te produceren."

De heer Hattori vond bijvoorbeeld een ongebruikelijke methode om de dunne flenzen van de aluminium haspel met hoge snelheid te draaien zonder doorbuiging. Nadat alle functies in één vlak zijn bewerkt terwijl het onderdeel zich in de hoofdspankop bevindt, zorgt het programma van Mr. Hattori ervoor dat de tweede klauwplaat wordt vastgehouden terwijl de primaire klauwplaatgrip behouden blijft. Door het onderdeel van beide kanten op deze manier vast te pakken, wordt het doorbuigingsprobleem geëlimineerd. Terwijl de twee spindels tegelijk draaien, wordt het metaal tussen de twee flenzen naar buiten geduwd alsof het een enkele groef is, 0,75 inch diep.

Het vermogen van de Y-as wordt gebruikt om de ratelvertanding te produceren. In plaats van het onderdeel met de spil te indexeren om elke inkeping te snijden - zoals het werk zou worden gedaan op een traditionele draaibank voor live-gereedschap - dhr. Hattori laat de hoofdspil het onderdeel stil houden terwijl de revolver van de ene vertanding naar de volgende beweegt, met behulp van X-Y-interpolatie. Terwijl de revolver de beweging slechts iets sneller maakt dan de indexeringsspil, is de productiviteitswinst uitgesproken wanneer dat verschil wordt vermenigvuldigd met 36 vertandingen.

In andere gevallen produceert de Y-as functies die kunnen worden bewerkt op een conventionele drie-assige (X, Y en C) draai-/freesmachine. Een voorbeeld is een 4340 stalen ratelwiel voor het timingmechanisme van een robotmontagesysteem. Het onderdeel heeft een diameter van 3,25 inch met een 3/16-inch dikke schijf en een bredere integrale naaf, en het ziet eruit als een zaagblad met 12 tanden rond de omtrek. Dankzij de Y-as kunnen 12 platte stukken rond de omtrek van het blad worden bewerkt. "Elke flat is een eenvoudige snede", zegt de heer Hattori. "Vroeger hadden we een bewerkingscentrum nodig voor dit onderdeel, maar nu ik het compleet kan snijden [in één opstelling], kost een batch van 100 wielen drie uur minder om te bewerken."

Drie-assige interpolatie

Dit deel is een ander geval van de duivel in de kartels. Voor een lokale fabrikant van medische apparatuur produceert dhr. Hattori een steun met een diameter van 2 inch voor de besturingseenheid van een cardiale elektronische mappingkatheter. De helft van een scharnierverbinding die de besturing stabiel houdt in verschillende richtingen, het onderdeel heeft een lang vlak langs de middellijn waar de helft van het bovenste gedeelte van het onderdeel is weggefreesd. Deze flat vormt het oppervlak waar de twee helften van het gewricht samenkomen, en het bevat een gat voor de spil die hen verbindt. Rond deze spil zijn 30 zaagtandvertandingen. Door het gewricht in verschillende posities in elkaar te laten grijpen en te vergrendelen, vormen de vertandingen een symmetrisch zonnestraalpatroon met de spil in het midden en passen ze in een soortgelijk patroon op de andere helft van het scharnier.

"Twee lineaire assen zijn niet genoeg om deze functie te bewerken; je moet er drie hebben", zegt dhr. Hattori. "Hoewel de vertandingkammen allemaal in hetzelfde vlak liggen, doen de gereedschapspaden dat niet. We gebruiken een op maat geslepen vingerfrees die overeenkomt met de hoek van de trog tussen twee vertandingen, maar zelfs met dit gereedschap kan een gereedschapspad met twee assen niet de juiste vorm snijden. In plaats van de noodzakelijke scherpe piek helemaal tot aan de omtrek van het patroon, zou een gereedschapsbaan met twee assen een waaiervormige piek produceren, omdat de ruimte tussen de twee sneden dikker zou worden naarmate de gereedschap van de hub verwijderd."

Om dit probleem op te lossen, interpoleert de heer Hattori in drie assen om elke snede te maken. De diameter van het op maat geslepen gereedschap is ongeveer de grootte van de piek-tot-piekafstand bij de omtrek. Daarom begint de heer Hattori bij de naaf - waar het gereedschap alleen op de punt snijdt - en voert het gereedschap naar beneden in Y terwijl het naar buiten beweegt langs de straal van het patroon in X en Z. Op deze manier hebben machinaal bewerkte vertandingen de dezelfde piekdikte aan de omtrek als aan de naaf, en ze worden in één keer bewerkt. Ook het steunscharnierdeel is vervaardigd uit massief - te beginnen met een staaf van aluminium. De totale cyclustijd is ongeveer 12 minuten per onderdeel.

In tegenstelling tot de visserijhaspel maakte het steunscharnier deel uit van de stal van Mr. Hattori, zelfs voordat hij het multi-processing draaicentrum kocht. De onderdelen werden oorspronkelijk gesneden op een CNC-draaibank en een verticaal bewerkingscentrum. Om de ronde tapsheid van het onderdeel te produceren, kwam het draaien eerst. "Het gladde profiel maakte het instellen tijdrovend op het verticale bewerkingscentrum", zegt dhr. Hattori. "We konden geen bankschroef gebruiken, dus moesten we hem vastschroeven in een op maat gemaakte armatuur."

Nu is dat probleem verdwenen - omdat de klauwplaten van het draaicentrum het onderdeel voor zowel draaien als frezen vasthouden. "De freestijd op de SQT is dezelfde als op het bewerkingscentrum, maar nu hoeft niemand het onderdeel te bouten en te ontgrendelen", zegt dhr. Hattori. "Het is een groot verschil. Met die ene verbetering hebben we de cyclustijd voor het scharnierdeel met ruim 30 procent verkort."