Draaien is optioneel

Er waren eens draaibanken die ronde onderdelen bewerkten. Ze doen dit nog steeds.

Fabrikanten van gereedschapsmachines erkenden echter dat gedraaide onderdelen vaak ook wat frees- of boorwerk vergen. Met het onderdeel dat al in de draaibank zat en met een CNC-draaibank die al in staat was om de bewegingen te maken die roterende gereedschappen effectief konden voeden, was het logisch om de mogelijkheden van de draaibank te vergroten door extra spindels toe te voegen voor het roterende gereedschapswerk. Wat ooit speciale draaimachines waren, werden ook frees- en boormachines.

In feite werden de machines die het meest effectief waren in het coördineren van draaien, frezen en boren in één opstelling flexibele, one-stop, meervoudige bewerkingscentra voor metaalbewerking. Met alle bewerkingen die ze konden doen, zou het logisch zijn geweest om ze "bewerkingscentra" te noemen, als die naam niet al in gebruik was genomen. Een staafgevoede draaibank die zowel roterend gereedschap als een subspil tegenover de hoofdspil heeft, kan ruw materiaal aan één uiteinde invoeren en alle vlakken en kenmerken van een uitgebreid onderdeel bewerken zonder dat de operator hoeft in te grijpen. Bovendien kan het stuk na stuk blijven produceren zolang de bar duurt. Veel winkels werken nu op deze manier. Een fabrikant die bijzonder ervaren is in het bewerken op deze manier is Jesel Valvetrain Innovation.

Jesel, met hoofdzetel in Lakewood, New Jersey, maakt onderdelen voor ventieltreinen die zijn afgestemd op veeleisende raceautotoepassingen. Onderdelen die voor een normale automotor kunnen worden gestempeld, worden bij Jesel uit massief staal gefreesd. Veertien jaar geleden was het bedrijf een vroege gebruiker van Mori Seiki's model DL-15 CNC-draaibank met live-tool-mogelijkheden. In de loop der jaren zijn de machines geëvolueerd en is de winkel blijven leren hoe ze effectiever kunnen worden toegepast. Nu omvat het productiegebied in deze fabriek 11 CNC-draaifreesmachines, waarvan de meeste machines van het model DL-150 zijn - een meer geavanceerde versie van de machine die de fabriek voor het eerst in gebruik nam.

Een onderdeel dat het bedrijf onlangs introduceerde, illustreert hoe ver het denken van deze fabriek is gevorderd met betrekking tot deze machines. Het onderdeel is een soort mijlpaal, niet alleen voor de fabriek zelf, maar ook voor de evolutie van de bewerking van live-tool-draaibanken in het algemeen. Het onderdeel, een bovenliggende nokkenvolger, heeft een doosvormige vorm die vaag doet denken aan twee komma's of twee oren die aan elkaar zijn overbrugd. Oorspronkelijk ging de fabriek ervan uit dat dit onderdeel in vijf opstellingen op bewerkingscentra zou worden bewerkt. Gezien de waarde van het onderdeel en de volumes waarmee het zou worden uitgevoerd, zou een dergelijk proces gemakkelijk kunnen worden gerechtvaardigd. Ray Frattone Sr., de productiedirecteur van het bedrijf, stelde echter een andere aanpak voor. Een deel van de rol van de heer Frattone is het vinden van nieuwe manieren om de catalogusonderdelen van het bedrijf kosteneffectiever te produceren. Daarbij heeft hij veel met de turn-mill apparatuur gewerkt. De nokvolger is compact genoeg om uit massieve staven te kunnen worden vervaardigd, realiseerde hij zich. In het bijzonder zou het kunnen worden vervaardigd uit een 1,125-inch diameter 4140 gelegeerd stalen barstock. Door deze voorraad door de LNS-staafaanvoer van de Mori Seiki-machine te voeren, kan niet alleen het onderdeel compleet worden bewerkt, maar kan ook een reeks stukken zonder aandacht worden bewerkt.

Productie-ingenieur Mark Cubbe werkte aan het proces voor dit onderdeel. Hij ontdekte dat er inderdaad voldoende capaciteit was op de twee turrets met 12 posities van de DL-150 om alle frees- en boorgereedschappen op te nemen die nodig zijn om het onderdeel op deze manier te bewerken. Kortom, er waren voldoende gereedschapsposities om het onderdeel compleet te bewerken. De opstelling voor dit onderdeel omvat een afsnijgereedschap om het onderdeel van de staaf te scheiden, maar behalve dat, bevat elke afzonderlijke gereedschapspositie die wordt gebruikt om dit onderdeel te bewerken een roterende gereedschapsspil.

Jesel's denken over live-tool draaibanken heeft dus een complete reis gemaakt. Deze machines worden nu in deze fabriek gebruikt en gewaardeerd, niet als draaibanken met wat extra capaciteit, maar als productiecentra met één opstelling. Zoals het nokvolgerdeel illustreert, voegt deze machine waarde toe aan het proces, zelfs wanneer de geometrie van het onderdeel zo verre van rond is dat er in wezen geen traditioneel draaibankwerk nodig is.

Trade-offs

Op de DL-150 zijn twee nokkenvolger-onderdeelnummers aangebracht. De grootste van de twee delen meet ongeveer 0,75 bij 0,8 bij 2,5 inch. Afgezien van warmtebehandeling en honen, wordt alle fabricage op deze machine uitgevoerd, binnen een cyclus die minder dan 10 minuten duurt.

Tijdens deze cyclus werken zowel de hoofdspil als de subspil gelijktijdig. De hoofdspil houdt het onderdeel voor voorfrezen, nafrezen en boren vast. De subspil neemt dan het onderdeel om het frezen van de vorm te voltooien en voert ook wat sleuven uit, terwijl de hoofdspil het volgende stuk begint te bewerken. Het gebruik van de term "spil" in deze context is natuurlijk enigszins onnauwkeurig, omdat de spindels in dit proces als rotatie-assen worden gebruikt in plaats van het te draaien onderdeel te draaien. Gezien de manier waarop de machine wordt gebruikt, is verwijzen naar de "hoofdspankop" en de "secundaire spankop" toepasselijker.

CAM-software van Gibbs and Associates levert het gereedschapspad. Dhr. Cubbedge zegt dat een ontbraamplug-in van Gibbs bijzonder waardevol is gebleken. De software programmeert de precieze beweging van een kogelneusgereedschap met een kleine diameter langs de scherpe hoeken van het onderdeel. In de secundaire boorkop helpt dit ontbramen ook om het werk van de eerste en tweede opspanning te mengen in continue en naadloos bewerkte oppervlakken. De effectiviteit van dit ontbramen op de machine is van vitaal belang geweest om een ​​onderdeel te genereren dat klaar is voor gebruik met weinig extra inspanning na het machinaal bewerken.

Zowel de heer Frattone als de heer Cubbedge zijn het erover eens dat machinale bewerking met een live-tool-draaibank niet perfect is. Het lijkt misschien enorm efficiënt om het onderdeel uit de onbewerkte voorraad bijna voltooid te hebben in een enkele handeling met staaftoevoer, maar in feite biedt dit machinetype compromissen die met elkaar moeten worden verzoend. Hoewel de machine veelzijdig genoeg is om niet eens beperkt te blijven tot gedraaide onderdelen om waarde te leveren, is de machine niet per se geschikt voor elk onderdeel dat binnen het bereik van de staafaanvoer valt. Vergeleken met de optie om het onderdeel in meerdere opstellingen op een bewerkingscentrum te bewerken, omvatten de uitdagingen waarmee Jesel te maken kreeg bij het draaien van het onderdeel op een draaibank het volgende:

• Insteltijd. De live-tool-draaibank van de winkel heeft in totaal 24 gereedschapsposities op de twee revolvers. Een klein verticaal bewerkingscentrum zou doorgaans meer gereedschapscapaciteit in zijn magazijn hebben dan dit, en een horizontaal bewerkingscentrum voor productie zou aanzienlijk meer gereedschapscapaciteit hebben. Op bewerkingscentra kunnen gereedschappen daarom in de machine op hun plaats worden gehouden totdat ze nodig zijn. Op de live-tool-draaibank daarentegen moet de tooling meestal volledig worden vervangen voor elk nieuw onderdeelnummer dat de winkel uitvoert. De grondige gereedschapswissel is zo tijdrovend dat onderdelen over het algemeen in hoeveelheden van honderden moeten worden uitgevoerd voordat de insteltijd kan worden afgeschreven. Dit is geen probleem voor de onderdelen van de nokvolger, omdat Jesel de neiging heeft om dit onderdeelnummer weken achter elkaar te gebruiken om de voorraad aan te vullen. De vereiste tijd voor het instellen van het gereedschap zou echter voorkomen dat hetzelfde onderdeel in kleine batches of just-in-time wordt gebruikt, tenzij de machine op de een of andere manier kan worden ingesteld en volledig gewijd aan onderdeelnummers in deze -familie.
• Klemproblemen. Een ander voordeel dat Jesel helpt om ongebruikelijke processen effectief te implementeren, is dat het ontwerp en de productie plaatsvinden binnen dezelfde 110.000 vierkante meter grote faciliteit. Coördinatie tussen fabricage en ontwerp was essentieel om dit onderdeel efficiënt te maken, omdat de spankop in de subspil een veilige vorm nodig had om op te klemmen. Hiervoor is het onderdeel opnieuw ontworpen. Maar zelfs dan is de klemkracht beperkt. Het gedeeltelijk bewerkte onderdeel is flexibel genoeg dat een hoge klemkracht met een spankop de nauwkeurigheid kan beïnvloeden. In de subspil wordt het onderdeel daarom met een matige klemkracht vastgehouden in een klauwplaat met zachte kaken, en de agressiviteit van de bewerkingen is dienovereenkomstig beperkt.
• Chatterrisico. Naast de beperkte houdkracht is een andere factor zelfs nog belangrijker bij het beperken van hoe agressief het proces kan snijden. Roterende gereedschappen in dit proces hebben altijd een lange uitsteeklengte, omdat het gereedschap voldoende speling nodig heeft om voorbij de spanklauwen te reiken. Deze gereedschappen met verlengde lengte vormen een verhoogd risico op doorbuiging en klapperen, waardoor de snedediepte wordt beperkt, vooral in een toepassing als deze waarbij staal wordt bewerkt. Voordat dit proces in productie kon worden genomen, moest het personeel van Jesel het proces zorgvuldig testen en verfijnen om ervoor te zorgen dat kritische bewerkingsgangen niet klapperden op een manier die krappe toleranties in gevaar bracht. Maar zelfs dan slijten sommige gereedschappen sneller dan ze zouden doen in een meer rigide proces, zegt de heer Cubbedge. Een bepaald freesgereedschap moet na elke 10 stuks worden vervangen.

Uitbetalingen

Toch kunnen gereedschappen ook snel slijten in een bewerkingscentrumproces, zegt hij. Een proces met bewerkingscentra zou ook tot op zekere hoogte moeten worden verfijnd om ervoor te zorgen dat kritische nauwkeurigheden worden bereikt. Het feit dat Jesel zich heeft toegewijd aan het proces op de live-tool-draaibank, is voldoende bewijs dat deze uitdagingen kunnen worden overwonnen. In feite zijn deze obstakels klein vergeleken met de risico's die een reeks opstellingen op bewerkingscentra zou opleveren bij het bewerken van hetzelfde onderdeel, zegt het personeel van Jesel.

Een van die risico's is fouten. Elke nieuwe behandeling levert het risico op setup-gerelateerde fouten op. In een proces met vijf instellingen zou de toegevoegde waarde van vier nauwkeurige bewerkingen allemaal verloren kunnen gaan als de vijfde lading van het onderdeel op een of andere manier defect was waardoor het onderdeel werd gesloopt. De draai-freesmachine vermijdt dit gevaar door het hanteren te elimineren, waarbij het one-stop-proces alle functie-tot-functie-relaties rondom de geometrie van het onderdeel handhaaft.

Met andere woorden, voor het nokvolgergedeelte zal Jesel leven met de insteltijd voor het wisselen van gereedschap, omdat dit gemakkelijker te beheren is dan de laad-/lostijd van het verplaatsen van onderdelen van bewerking naar bewerking op bewerkingscentra. De winkel accepteert ook de noodzaak om chatter te vermijden en te beheren, omdat dit veel beter is dan de kans op onvoorspelbare fouten en uitval binnen een proces dat veel handelingen vereist.

Ten slotte zal het personeel van Jesel ook leven met het feit dat hun draaimachine dagen en weken draait zonder dat er ook maar iets aan het draaien wordt gedaan. De werkplaats krijgt steeds meer inzicht in hoe de veelzijdige machines effectief kunnen worden gebruikt, en de ervaring om dit onderdeel van het bewerkingscentrum efficiënt te laten draaien op een draaibank met live-gereedschap heeft de werkplaats een waardevol inzicht gegeven. In de toekomst zullen veel onderdelen die vermoedelijk "bewerkingscentrumwerk" zijn, op een andere manier worden gezien.