Kan deze nieuwe CNC-multispindel ook voor uw winkel werken?

Davenport Machine Company kwam vlak na de eeuwwisseling met een goed meerspillige machineontwerp. Het was goed genoeg, volgens Don Firm, bedrijfspresident, dat veel onderdelen uitwisselbaar zijn tussen een model DA uit 1908 dat wordt tentoongesteld op het hoofdkantoor van het bedrijf in Rochester, New York, en het model B uit 1996 dat op de fabrieksvloer wordt opgebouwd.

De wereld waarin Davenports en meerspillige automatische schroefmachines in het algemeen zijn gevestigd, verandert echter snel. In toenemende mate roept de marktdruk, in de vorm van kleinere partijgroottes en hogere tolerantie-eisen, toegevoegd aan een schaarste aan bekwame installatiemensen, vragen op over het verbeteren van de eerbiedwaardige meerspillige automaten.

Mr. Firm leidt een inspanning van Davenport om een ​​machine met meerdere assen voor de volgende eeuw te creëren. CNC-servotechnologie is geëvolueerd tot een praktisch punt van toepassing op multispindels.

Hij ziet deze nieuwe machine, aangeduid als de LS 522, als een antwoord op problemen in de schroefmachinefabriek en als een procesalternatief voor niet-schroefmachinefabrieken. Tijdens een recent bezoek kregen we een preview van deze machine voor de introductie op IMTS 96.

Multi Basics Multispindle-machines maken onderdelen snel omdat hun ontwerp het mogelijk maakt om meer dan één snijbewerking tegelijk uit te voeren. In het algemeen (omdat er veel variaties zijn), wordt elke spil op een multi doorsneden door twee onafhankelijke assen voor gereedschapsbeweging.

Een daarvan is de dwarsslede, die een snijgereedschap loodrecht op de middellijn van de spil beweegt. De tweede slede draagt ​​eindwerkgereedschappen en beweegt in het midden van het losse kopuiteinde van de machine. Respectievelijk komt het gereedschap op deze geleiders overeen met OD- en ID-gereedschappen op een enkelpunts draaicentrum. Maar een machine met meerdere assen kan tegelijkertijd een OD- en ID-tool op elke spil gebruiken. Davenport-machines hebben vijf assen, zodat ze minstens tien gereedschappen tegelijk in de snede kunnen brengen.

Spindels op een multi zijn gemonteerd rond de omtrek van een indexeerbare trommel. Omdat alle snijbewerkingen op een machine met meerdere assen gelijktijdig plaatsvinden, produceert elke index van de spiltrommel een afgewerkt onderdeel. Op een Davenport met vijf assen zijn dat vijf onderdelen voor elke rotatie van de trommel.

Kwantiteit of kwaliteit

Zolang de meesten van ons zich kunnen herinneren, heeft de meerspillige automaat de titel van hoogvolumeproductie voor kleine rotatieonderdelen. Maar het draait onderdelen niet sneller dan andere machineontwerpen. Omdat veel multi's staafmachines zijn, zijn de spilsnelheden conservatief in vergelijking met chuckers en traag in vergelijking met de mogelijkheden van een CNC-draaicentrum met één spil.

Het geheim van multispilverwerkingssnelheid is cumulatieve cyclustijd versus additief. Ze doen dit door de onderdeelverwerkingscyclus op te splitsen in talloze kleine bewerkingen en deze bewerkingen vervolgens tegelijkertijd op meerdere spindels uit te voeren.

Machinecyclustijden op een multi worden bepaald door de langste snijhandeling op een station. Hier is een voorbeeld. Station drie heeft een eindschuifboorbewerking die 0,75 seconde duurt (inclusief index). De volgende langste operatie is een 0,65-seconde dwarsschuifgroef op station vier. Omdat de multispil alle stations tegelijkertijd kan gebruiken, weerspiegelt de cyclustijd voor de taak de langst uitgevoerde bewerking, in dit geval 0,75 seconde.

Over het algemeen staan ​​automaten met meerdere assen beter bekend om hun hoge snelheid dan om hun hoge nauwkeurigheid. Mechanica met hun nokken, assen, hendels en andere bedieningsapparaten stapelen gewoon te veel onnauwkeurigheid op om consistent de vele nauwe tolerantiespecificaties te produceren die door klanten worden geëist.

Voor hogere toleranties kijken veel winkels naar enkelpunts CNC-draaicentra. "Hun programmeerbaarheid en servobesturing van contouren zorgen voor nauwere toleranties met een decimaalteken dan bij de meeste automaten", zegt dhr. Firm.

Omdat enkelpuntsdraaien een sequentieel proces is, kunnen deze machines niet de volumes van een multispilmachine produceren. Een voorbewerkingspas wordt gevolgd door een afwerkingspas. Een facetbewerking vindt plaats vóór een boor- of boorbewerking.

Daarom is de cyclustijd op een draaicentrum additief. De tijd die nodig is voor elke bewerking wordt bij elkaar opgeteld en de som wordt de cyclustijd. Snelheden en voedingen kunnen de totale tijd verkorten door elke snijbewerking sneller uit te voeren, maar het proces is een sequentieel proces.

Automatische druk

Multi-spindel automaten behoren tot de laatste gebieden van puur mechanische motion control. De meeste van deze machines zijn te vinden in winkels die gespecialiseerd zijn in het maken van "schroefmachine-onderdelen". Onder deze winkels staan ​​velen meer bekend om het merk schroefmachines dat ze gebruiken dan om de producten die ze produceren. Er zijn Davenport-winkels, New Britain-winkels, Acme-winkels en andere.

Er is een goede reden waarom winkels zich specialiseren in een bepaald merk machine. Het is een zeer bekwame technicus die een van deze automatische schroefmachines kan instellen. Elke machine heeft specifieke kenmerken.

Het opzetten en gebruiken van een multispil is een praktische handeling. Er is veel vaardigheid en ervaring vereist om de mechanica te "twekken" die deze machines laten werken. Helaas is er een toenemende schaarste aan personeel dat het werk kan doen.

Dit personeelstekort wordt nog verergerd door een toenemende behoefte om meerspillige machines vaker in te stellen. Langdurige banen, de traditionele levensader van de schroefmachine-industrie, worden steeds korter.

Winkels vinden de concurrentie voor traditionele schroefmachinecontracten hevig omdat er minder van dergelijke contracten worden verhuurd. Klanten bestellen onderdelen in kleine partijen, maar op een frequentere basis, deels in reactie op just-in-time voorraadvereisten en deels op kortere productlevenscycli.

Sommige winkels houden een machine permanent ingesteld om terugkerende taken uit te voeren. Wanneer een bestelling is voltooid, staat de machine stil. Winkels moeten beslissen tussen de kosten van installatie en afbraak en het niet laten draaien van de machine. Nu de druk op de marges toeneemt, wordt het niet volledig gebruiken van winkelresources moeilijk te rechtvaardigen.

Wat is er nieuw

Vanaf de basis is de nieuwe LS 522 van Davenport een nieuwe machine. De basis is uit één stuk gegoten uit een mengsel van epoxy-graniet. Dit composietmateriaal heeft uitstekende trillingsdempende eigenschappen en thermische stabiliteit.

Het ontwerp van de basis laat het losse kopuiteinde van de machine open. In deze opening kan een spanentransporteur met koelmiddelopvangbak schuiven en direct onder de snijzone van de machine worden geplaatst. Spaanders en koelvloeistof worden naar de transportband geleid door troggen die in de basis zijn gegoten.

De ondersteunende technologie voor deze nieuwe machine is het motion control-systeem. "Servotechnologie bevindt zich nu op een punt waar de toepassing ervan op een multispil praktisch is", zegt dhr. Firm. "Vijf jaar geleden zou alleen de elektronica die op de LS 522 werd gebruikt meer kosten dan de verwachte basisprijs van de machine."

Met uitzondering van de hoofdspilaandrijfmotor, zijn er tien programmeerbare lineaire assen op de LS 522. Elke dwarsslede en eindslede heeft een speciale servomotor. De werking van deze elektromotoren is aanzienlijk stiller dan een mechanisch aandrijfsysteem.

Om de slagbeweging die wordt gegenereerd door een nok na te bootsen, gebruiken deze compacte servo's een integrale versnellingsbak die de roterende beweging van de servomotor verandert in lineaire beweging die een slag op een uitgaande as creëert. De lineaire motor koppelt rechtstreeks aan de respectievelijke gereedschapsslede, waardoor er geen kogelomloopspindels nodig zijn. De slag van deze motoren is volledig programmeerbaar.

De versnellingsbak biedt een mechanisch voordeel dat de uitgaande as voldoende stuwkracht geeft met een stuwkracht van 800 pond per schuif - om vormgereedschappen in de meeste materialen te voeren.

Indexpositionering van de spindeldrager is van cruciaal belang voor de maatnauwkeurigheid van het werkstuk. Een Hurth meertandige koppeling wordt gebruikt om de spindeldrager te plaatsen. Indextijd is 0,4 seconde. De staafcapaciteiten zijn 0,875 inch voor rond materiaal, 0,625 inch voor vierkant en 0,75 inch voor hex.

De hoofdspilaandrijving is een 14-pk AC-motor die de vijf spindels aandrijft via een planetair tandwielsysteem. Snelheden zijn programmeerbaar via de CNC en variëren van 250 tot 6.000 tpm. Individuele spindels kunnen worden geprogrammeerd om te stoppen voor straddle-frezen, kruisboren of kruistappen.

De besturing voor de nieuwe Davenport is een 486 PC. Om de asschuiven te bedienen, wordt een motion control board gebruikt om te communiceren tussen de computer en de servo's. Een SERCOS-lusfeedback, die glasvezelkabels gebruikt om de servo's te verbinden met de motion control-kaart, voert positioneringsgegevens van en naar de servomotoren.

Nauwkeurigheid?

"Dimensionale nauwkeurigheidscapaciteiten voor Davenport multi-spil mechanica raken op wanneer toleranties van meer dan 0,002 inch nodig zijn", zegt dhr. Firm. "Ze zijn gewoon niet ontworpen om betere toleranties te leveren."

Dat is nog een motivatie voor het maken van de LS 522. Toepassing van servomotoren in plaats van nokken en het gebruik van een Hurth-koppeling op de spiltrommel verhogen de nauwkeurigheid van de nieuwe machine tot ± 0,0002 inch.

Installatie versnellen

"Traditionele mechanische multi-spindels, inclusief Davenports, kunnen 12 tot 48 uur duren om de machine in te stellen voor een nieuwe taak", zegt dhr. Firm. "De volledige verandering voor deze nieuwe multispil zal ongeveer twee uur duren en veel minder dan dat voor het uitvoeren van een familie van onderdelen. Met deze korte opstellingen is er geen reden om het gebruik van hulpbronnen te beperken door machines toe te wijzen aan specifieke taken."

De sleutel tot het verkorten van de omschakelingstijd is de programmeerbaarheid van de servoaandrijvingen. De beweging van de dwarsslede en eindsledes op een mechanische machine wordt gecreëerd door een nok. Het fijn afstellen van de slag (ascompensatie) is een tijdrovend proces van vallen en opstaan, waarbij mechanische aanpassingen gewoonlijk vereist zijn op elk van de tien bewegende schuiven.

Servotechnologie, in plaats van nokken, wijzigt dit proces drastisch. Met programmeerbare slag, snelle beweging en feeds worden ingesteld met toetsaanslagen. De compensatie van de gereedschapsoffset wordt bereikt op de besturing.

Voor elke spil worden twee referentiepunten gebruikt. Het longitudinale nulpunt is het startpunt voor de dwarsslede. De spilmiddellijn is het radiale nulpunt van de eindbewerkingsslede. Alle asbewegingen zijn positieve getallen vanaf deze startpunten. Net als machines van het noktype is elke asbeweging een duik. Standaardvormgereedschappen worden gebruikt op de nieuwe Davenport, zodat winkels geen voorraadgereedschap hoeven weg te gooien.

Een operator/programmeur voert eenvoudig een start- en eindmaat in. Een residente database berekent de voedingssnelheden tussen 0,0002 en 0,050 inch per omwenteling. De invoer wordt voor elke dia herhaald. De toewijzing en volgorde van bewerkingen wordt gedaan met behulp van een procesplanningsblad.

De krachten die de draaibewerkingen van de productie bepalen, vereisen dat winkels de bewerking van het werkstuk in een ander licht bekijken. Cyclustijd is bijna uitsluitend de maatstaf voor productiviteit geweest en een belangrijke maatstaf voor succesvol bieden op banen.

Klanten en winkels zijn zich nog steeds zeer bewust van de cyclustijd. Het belang ervan mag niet worden onderschat. De totale cyclustijd voor een run mag echter ook niet worden genegeerd. Met de verkorting van productieruns en de noodzaak om snel te reageren op JIT-planning, is de totale cyclustijd - wat er gebeurt voor en nadat het onderdeel is gesneden - een steeds belangrijkere indicator van efficiëntie. Hoe snel een winkel van baan kan veranderen, is essentieel om meer marge uit een productierun te halen. En de algehele doorvoercapaciteit van een winkel is vaak de belangrijkste factor bij het winnen of verliezen van een contract.

Nieuwe werelden veroveren

Het is vrijwel een gegeven dat de nieuwe Davenport LS 522 een welkome markt zal vinden in schroefmachinewerkplaatsen. Het servo-aandrijfsysteem van de machine dupliceert getrouw de functionaliteit en snelheid van mechanische machines.

Ervaring met werkverwerking, aangescherpt op mechanische multispindels, is direct overdraagbaar op de CNC-machine. Ook gereedschap is zonder wijziging toepasbaar op de nieuwe machine.

"De efficiëntie van gelijktijdige verwerking staat buiten kijf", zegt dhr. Firm. "Het is de belofte van deze nieuwe machine om werkplaatsen te bevrijden van de last van lange omschakelingen, productie van hogere toleranties mogelijk te maken, de bediening te vereenvoudigen en tegelijkertijd de verwerkingssnelheden van onderdelen te handhaven die even goed of beter zijn dan de mechanica."

Davenport verwacht dat de LS 522 een bewerkingsalternatief zal bieden voor draaicentra met één spindel en één punt in het productiegebied voor draaimachines zonder schroeven. Deze winkels kennen programmeren, maar velen zijn minder bekend met formuliertools en procesplanning voor gelijktijdige werking.

Als deze werkplaatsen de overstap zullen maken van twee-assig, enkelpunts, contourdraaien naar enkel-assig, vormgereedschap draaien, ziet Mr. Firm middelgrote tot hoge productie draaibedrijven deze nieuwe meerspillige machines toepassen om hun doorvoer drastisch te verhogen.

Is het iets voor jou?

Er zijn in wezen twee soorten winkels die deze nieuwe multispindelmachine zouden kunnen overwegen. Dit zijn werkplaatsen voor schroefmachines en werkplaatsen met draaitoepassingen met een gemiddeld tot hoog volume en een hoge mix die momenteel worden uitgevoerd met enkelpunts draaicentra.

Schroevendraaiers zouden minder installatievereisten moeten erkennen zonder mechanisch-achtige functionaliteit te verliezen als een productieboost. In de huidige productieomgeving is het zinvol om de mogelijkheden van de winkel uit te breiden om kortere runs en nauwere toleranties economisch op te nemen.

Voor winkels die gebruik maken van een enkele spindel, eenpunts draaien, een overgang naar meerdere spindels en vormgereedschap, betekent dit een aanzienlijke verandering in de verwerkingstechniek. "Het is nooit gemakkelijk om de manier waarop je onderdelen verwerkt te veranderen", zegt Mr. Firm. "Er moet rekening worden gehouden met de kosten van vormgereedschap in plaats van enkelpuntsgereedschappen. Het is een andere manier om werkstukken te draaien die moet worden geleerd."

Maar het kan de verandering waard zijn als de kwaliteitseisen kunnen worden gehandhaafd terwijl een aanzienlijke toename van de productie wordt gerealiseerd. Meer doorvoer per machine betekent dat er meer taken op elke machine kunnen worden geplaatst.

Dus als het draaien van een hoge mix van precisieonderdelen in een gemiddeld tot hoog volume uw zaak is, zullen winkels die nog niet eerder hebben nagedacht over CNC-machines met meerdere assen, deze nieuwe bewerkingsmachine wellicht de moeite waard vinden als bewerkingsaanvulling op enkelpunts draaicentra of een alternatief voor automaten.