Eén proces met vijf assen, 10 elementen van automatisering

Automatisering is zelfs voor het ongetrainde oog duidelijk bij het observeren van de nieuwe vijfassige machine van Phoenix Proto met een palletpool met zes stations en een palletlaadsysteem (hetzelfde geldt voor een van zijn vergelijkbaar uitgeruste drieassige machines). Dat gezegd hebbende, zijn er andere, misschien subtielere, automatiseringselementen die het vijfassige proces van de winkel vormen. In feite zijn het deze elementen die het proces in staat stellen om herhaaldelijk de toleranties en oppervlakteafwerkingen te bereiken die vereist zijn voor de aluminium malcomponenten van de winkel, terwijl, met minimale of enige menselijke tussenkomst, aanpassingen worden gedaan aan de inherente variabelen die de bewerkingsprecisie en doorvoer nadelig kunnen beïnvloeden.

Dit punt over de doorvoer is belangrijk, omdat het doel van de winkel in Centreville, Michigan is om binnen drie weken geassembleerde aluminium mallen aan klanten te leveren, dus een snelle doorlooptijd van hoogwaardige, machinaal bewerkte gereedschapscomponenten is absoluut noodzakelijk.

Bob Lammon, president van het bedrijf, zegt dat aluminium nog steeds vaak wordt gebruikt om prototypen en "brug" -gereedschappen te vervaardigen (mallen die tijdelijk worden gebruikt om een ​​bedrijf in staat te stellen te beginnen met het spuitgieten van plastic onderdelen voor nieuwe producten in afwachting van de voltooiing van het staalproductiegereedschap). Hij ziet echter een toenemende belangstelling voor aluminium mallen die worden gebruikt voor productie in plaats van traditionele stalen.

"Afhankelijk van de geometrie en de hars van het spuitgegoten onderdeel, is het mogelijk om 50.000 schoten uit een ongecoate aluminium mal te halen", legt de heer Lammon uit. "In sommige gevallen kan dit voldoende zijn om de productiebehoeften te ondersteunen. Door aluminium mallen te harden tot 54 HRC via technologie zoals het Nibore hard-nikkel coatingproces dat we gebruiken, is het echter mogelijk om 1 miljoen of meer schoten te krijgen voor een niet-schurende hars, en misschien 250.000 voor een schurende glasgevulde hars .”

De toepassingen voor de mallen die de winkel produceert, zijn breed, inclusief onderdelen voor de apparaten-, auto-, consumenten-, medische en vuurwapenindustrie. Dit leidt tot een hoge mix van matrijsafmetingen, kenmerken en geometrieën die het bewerkingsgebied in korte tijd moet accommoderen. De heer Lammon zegt dat de natuurlijke oplossing leek te zijn het automatiseren van een snel vijfassig bewerkingsproces om lange stukken onbeheerde/licht-uit productie te scoren voor de meest complexe matrijscomponenten. Dit realiseert het zich, zoals ik heb geleerd tijdens een recent bezoek aan de winkel in Michigan.

Automatiseringstoevoegingen

Phoenix Proto heeft drie hogesnelheidsmachines en drie conventionele CNC-machines. Het eerste geautomatiseerde bewerkingscentrum dat de winkel heeft toegevoegd, was een Roeders RXP500 drieassige machine die in 2012 werd gekocht. Deze machine met 42.000 tpm, lineaire motor is voorzien van een RCE 1-palletwisselsysteem met een palletpool met zes stations. Het wordt nu voornamelijk gebruikt voor het machinaal bewerken van componenten zoals malbases en holteblokken.

Tegenwoordig wordt bijna alle bewerking van matrijsholten en -kernen uitgevoerd op de nieuwe vijfassige Roeders RXP601DSH met groter RCE 2-palletwisselsysteem. Dit, de eerste en (althans voorlopig) enige vijfassige machine van de winkel, werd begin 2016 geïnstalleerd. Net als de snelle Roeders met drie assen, heeft deze ook een spindel van 42.000 tpm en lineaire motoraandrijvingen met een resolutie van 1 nanometer. Lineaire motoren zijn essentieel voor snelle bewegingen, waardoor snelheden van 2362 ipm mogelijk zijn. Ze bieden ook minder wrijving dan kogelomloopspindels, wat leidt tot een lager stroomverbruik.

De vijfassige machine met een bewerkingsbereik van 21,3 bij 25 bij 15,7 inch en een maximaal werkstukgewicht van 440 pond heeft een tap-achtig ontwerp met een draaibare A-as tot ± 115 graden. De andere roterende beweging wordt geleverd door de C-asschotel op de tap. Volgens Matt Byers, president van Roeders of America, is het tapontwerp waarbij de spil geen rotatie-asbeweging biedt, meestal stijver dan alternatieve vijfassige machineplatforms om zware sneden mogelijk te maken. Bovendien houdt het lage zwaartepunt van het werkstuk de traagheidskrachten laag om eventuele kantel- of kanteleffecten tijdens bewegingen met hoge snelheid te verminderen.

De heer Byers is ook van mening dat de gepatenteerde besturingstechnologie van de machine voordelen biedt voor het type hogesnelheidsfrezen dat Phoenix Proto uitvoert. Twee belangrijke parameters om effectief frezen met hoge snelheid mogelijk te maken, zijn vooruitkijken en blokverwerkingssnelheid. De pc-gebaseerde RMS6 CNC van de machine biedt een vooruitziende blik van 10.000 blokken en een verwerkingssnelheid van 0,1 milliseconden.

De hoge doorvoer die mogelijk wordt gemaakt door de snelle cyclustijden van de machine met behulp van hogesnelheidsbewerkingstechnieken, wordt aangevuld met alle automatiseringselementen die in dit proces zijn opgenomen. Hier zijn 10 automatiseringselementen die ik tijdens mijn bezoek heb opgemerkt:

1. Laadsysteem en palletpool

Het RCE 2 automatische palletwisselsysteem van de vijfassige machine heeft een palletpool met zes stations, hoewel de winkel soms meer dan één onderdeel op een pallet zal plaatsen. Elke pallet meet 23,6 bij 15,7 inch.

Op verzoek van Phoenix Proto is de grijper van het laadsysteem aangepast. Oorspronkelijk mocht er geen deel overhangen aan de randen van de pallet. Door de grijper zo aan te passen dat deze vanaf de onderkant van de pallet oppakt, kan het systeem nu grotere werkstukken laden. Nu wordt de onderdeelgrootte alleen beperkt door de machinecapaciteit, niet door de lader.

De winkel gebruikt Roeders' job management software om jobs te plannen en te beheren. Het probeert lange diensten in te plannen voor 's nachts en in het weekend, momenteel draait het vijf dagen per week een dienst van 12 uur. Als alternatief probeert het ervoor te zorgen dat er voldoende kortlopende taken zijn ingesteld om de machine in staat te stellen zelfstandig bezig te blijven.

2. Machine

Vijfassige bewerking is zelf een vorm van automatisering. Er zijn twee soorten vijfassige processen:contouren en positionering (ook bekend als "3+2"). Phoenix Proto voert 75 procent van de tijd 3+2 positionering uit op deze machine. Hiervoor gebruikt de machine zijn twee extra rondassen alleen om het werkstuk onder een hoek te kantelen en vervolgens in die positie te vergrendelen. Daarna voert het in die richting een bewerking met drie assen uit. Een voordeel is dat dit het gereedschap toegang biedt tot vijf zijden van een onderdeel in één opspanning. Dit minimaliseert het aantal instellingen, het aantal machines dat een onderdeel anders zou moeten passeren en dus het aantal keren dat een onderdeel tijdens de productie wordt "aangeraakt" (d.w.z. het is "automatisering").

Dankzij de mogelijkheid om onderdelen te kantelen via 3+2 kunnen gereedschappen ook ver in onderdelen reiken om lastige matrijskenmerken te creëren, zoals diepe ribben. In sommige gevallen heeft dit de secundaire zinkvonk-EDM-bewerkingen geëlimineerd en de bijbehorende noodzaak om elektroden te bewerken. Bovendien hebben de gebruikte krimpgereedschapshouders kleinere diameters dan spantangontwerpen om extra speling te bieden.

Met 3+2 kan de winkel ook kortere, stijvere messen gebruiken. Snellere, agressievere sneden kunnen worden gemaakt met kortere gereedschappen zonder zoveel risico op trillingen of klapperen die kunnen optreden als langere gereedschappen nodig zijn. Trillingen en geratel kunnen leiden tot slechte oppervlakteafwerkingen, wat in het geval van Phoenix Proto meer handmatig werk zou vereisen voor matrijscomponenten of zelfs secundair EDM-werk om hoogwaardige afwerkingen te bereiken, waardoor de totale productietijd wordt verlengd. De werkplaats is ook in staat om een ​​verbeterde standtijd voor kogelfrezen te realiseren, omdat wanneer onderdelen onder verschillende hoeken worden gekanteld, meer van de radius van het gereedschap kan worden gebruikt, niet alleen de punt. Bewerking op andere delen van de radius en niet op de punt (het punt waar de rotatiesnelheid nul is) leidt ook tot betere oppervlakteafwerkingen.

3. Schakeltaster

Nadat een nieuw onderdeel in de machine is geladen, identificeert een automatische tasterroutine met een schakelende taster de locatie van verschillende punten op het onderdeel of het werkstuk om de exacte locatie van het onderdeel op de machine vast te stellen. De CNC van de machine past vervolgens automatisch het oorspronkelijke werkcoördinatensysteem aan. Dit elimineert handmatig opvullen, het duwen van onderdelen en andere tijdrovende taken die anders nodig zouden zijn om het onderdeel waterpas en uitgelijnd te krijgen zodat het perfect past bij het coördinatensysteem van de machine.

4. Automatische kalibratiecyclus

De vijfassige machine heeft verschillende koelkanalen in de basis, rails, wagens enzovoort, zodat die componenten niet uitzetten door interne warmtebronnen. Om zich echter aan te passen aan schommelingen in de omgevingstemperatuur in een winkel (bijvoorbeeld van het begin van de dag tot het einde van de dag), kan een automatische kalibratiecyclus met behulp van de schakelende sonde worden uitgevoerd.

De Roeders-kalibratiecyclus wordt anders uitgevoerd dan de processen van de meeste andere machinebouwers, legt de heer Byers uit. Hij zegt dat die cycli meestal vereisen dat de pallet die momenteel in de machine is geladen, wordt verwijderd en vervangen door een andere pallet met een gereedschapsbal. Deze bal wordt vervolgens gesondeerd om te bepalen hoeveel van een verschuiving in zijn locatie heeft plaatsgevonden als gevolg van veranderingen in de omgevingstemperatuur in de winkel. Omgekeerd hoeft bij de Roeders-cyclus de bestaande pallet met werkstuk niet te worden verwijderd. De machine heeft precisiegeslepen prisma's op de taparm-gietstukken en C-as-motorgietstukken die worden afgetast om eventuele positieveranderingen te bepalen en, indien nodig, automatisch te compenseren voor die veranderingen. Phoenix Proto voert deze kalibratieroutine één keer per maand uit, tenzij er een probleem wordt opgemerkt, en voert dit soms uit voorafgaand aan een kritieke afwerkingsbeurt.

5. Spindelgroeicompensatie

De heer Byers zegt dat sommige machinebouwers algoritmen maken voor elke machine voordat ze naar een klant worden verzonden om te schatten hoeveel de spil zal uitzetten bij verschillende snelheden en looptijden. Hij merkt echter op dat het in wezen onmogelijk is om rekening te houden met alle verschillende manieren waarop de klant de machine van de ene op de andere dag zou kunnen gebruiken. De vijfassige machine van Phoenix Proto heeft een optioneel automatisch spilcompensatiesysteem om zich in realtime aan te passen aan spiluitzetting (of samentrekking). Het systeem maakt gebruik van een contactloze sensor die is bevestigd aan een L-vormige arm in de buurt van het spilvlak (zie de foto in de diavoorstelling hierboven). De sensor met nanometerresolutie detecteert hoeveel de spil tijdens bedrijf uitzet of inkrimpt en stuurt die informatie terug naar de CNC om de Z-as omhoog of omlaag bij te stellen om te compenseren. Dit is vooral belangrijk voor bewerkingen met vijf assen, omdat wanneer een onderdeel wordt gekanteld, de spilgroei de locatie van de tooltip in alle drie de lineaire assen kan beïnvloeden, niet alleen in Z. Automatische compensatie zorgt voor goede, consistente oppervlakteafwerkingen en mengsels.

6. Instelling lasergereedschap op de machine

Na elke gereedschapswissel worden de lengte en diameter van het nieuwe gereedschap automatisch gemeten met behulp van de Blum lasergereedschapinsteltaster op de machine. (De lasertaster en de kalibratiegereedschapskogel van de schakelende taster bevinden zich buiten het bewerkingsgebied in de gereedschapswisselaar, zodat ze beschermd zijn tegen spanen en koelmiddel.) De werkplaats specificeert een tolerantieband voor de diameter van elk gereedschap. Als de taster detecteert dat de diameter van een gereedschap buiten de tolerantie valt, kan er geen bewerking met dat gereedschap worden uitgevoerd. Als een kogelfrees van 0,250 inch bijvoorbeeld ± 0,0002 te groot of te klein is, wordt deze niet gebruikt. Dit geldt ook voor de lengte van de snijder.

Voorafgaand hieraan bepaalt de laser of het te vervangen gereedschap kapot is. Als het gereedschap kapot is, maar gepland is om te worden gebruikt voor volgende taken die in de palletpool in de wachtrij staan, stopt het de productie van die taken niet. “Als bijvoorbeeld het gereedschap in ATC-positie vijf kapot blijkt te zijn, zal de machine het onderdeel verwijderen waarin dat gereedschap was gebroken, de volgende geplande taak laden en die taak uitvoeren totdat het het stadium bereikt waarin het gereedschap in station vijf zou worden gebruikt”, legt Scott, de zoon van de heer Lammon, uit, de bedrijfsleider van het bedrijf en een van de twee die de vijfassige machine programmeren en instellen. “Vervolgens zou de machine dat onderdeel verwijderen en doorgaan naar de volgende taak in de wachtrij. Dit proces zou doorgaan voor elke geladen taak."

7. Afstelling koelvloeistofsproeier

In plaats van alleen conventionele flexibele koelmiddelsproeiers te gebruiken die handmatig moeten worden geplaatst, heeft de vijfassige machine een koelmiddeltoevoersysteem dat automatisch de richting van de koelmiddelstroom naar het snijpunt aanpast, ongeacht hoe lang het gereedschap is. De richting van de spuitmonden wordt aangepast via een M-code op basis van de bekende lengte van het volgende gereedschap dat in de spil wordt geïnstalleerd.

8. Auto-tilt programmeerfunctie

Chris Claar is de engineering manager van Phoenix Proto die ook de vijfassige machine programmeert en instelt. Hij zegt dat de winkel in 2010 een tijdstudie heeft uitgevoerd waarin de vorige CAD/CAM-software werd vergeleken met Cimatron-software. "We schakelden over op Cimatron nadat uit ons onderzoek een besparing van 30 procent in programmeertijd bleek in vergelijking met de andere software", legt de heer Claar uit. “Een tijdbesparende functie die we waarderen, is de automatische kantelfunctie over vijf assen. Omdat we alle machinecomponenten, evenals het werkstuk, de opspanning en het gereedschap 3D-gemodelleerd hebben in de software, kan de automatische kantelfunctie bepalen op welke diepte de frees of gereedschapshouder het onderdeel zou raken, en vervolgens automatisch het onderdeel kantelen om te voorkomen dat de crashen en de operatie door te laten gaan.” De software gebruikt die 3D-modellen ook om de programmeurs in staat te stellen offline simulaties van bewerkingen uit te voeren om mogelijke crashes te detecteren.

9. Syntaxiscontrole

Naast de programmeurs die offline simulaties uitvoeren in Cimatron voor elk programma, gebruiken ze ook een syntaxiscontrolefunctie in de Roeders-besturing die automatisch het programma en de postprocessor proefleest om eventuele fouten te identificeren voordat die taak wordt gepland.

10. Programma herstart

Als het nodig is om de machine midden in een programma te stoppen, is het niet nodig voor de programmeur om handmatig naar het geposte programma te gaan, het regelnummer te zoeken waarop de machine is gestopt en dan alle code boven dat programma te wissen dus het herstart op de juiste positie waar het was gebleven. Met de Roeders-besturing voert een operator eenvoudig het regelnummer in het opdrachtbestand in, waarna het programma automatisch het programma leest en vanaf daar opnieuw begint.

Automatisering Gemoedsrust

Hoewel er veel aandacht is besteed aan de onbeheerde bewerkingsstrategie van Phoenix Proto, realiseert het zich dat het onverwachte kan gebeuren. Daarom zijn zowel de drie- als de vijfassige Roeders-machines ingesteld om sms- of e-mailwaarschuwingen met foutmeldingen te verzenden. Het is ook mogelijk om op afstand in te loggen op de besturing van de machines via de online “Team Viewer” software, net zoals de servicetechnici van Roeders op afstand machinediagnose kunnen uitvoeren om een ​​idee te krijgen of een onderdeel moet worden vervangen, of een aandrijving moet worden vervangen. worden afgestemd enzovoort. (In feite kan het afstemmen van de aandrijving op afstand worden uitgevoerd met deze software, zegt de heer Byers.)

Dat gezegd hebbende, de winkel heeft een andere optie. Het heeft een camera aan het plafond tussen de twee Roeders-machines gehangen waar de programmeurs via hun telefoons toegang toe hebben om te zien wat er aan de hand is (zie de foto in de diavoorstelling bovenaan deze pagina). Ze kunnen de camera pannen en inzoomen op een machine of het CNC-scherm om de status van taken die momenteel worden uitgevoerd te zien (en te horen). "Zo druk als we het nu hebben, check ik 's nachts bepaalde tijden op mijn telefoon, omdat een donsapparaat echt een rimpel in ons schema kan veroorzaken", zegt dhr. Claar. "Het is net alsof ik bij de machine sta."