CNC naar een hoger niveau tillen op een multi-spindel

CNC-technologie heeft de aard van de bewerking op een machine met meerdere assen radicaal veranderd. De beweging van de gereedschapsdragers en gereedschapsschuiven bij elk indexeringsstation wordt bestuurd door CNC-servomotoren onder geprogrammeerd commando in plaats van door een systeem van mechanische nokken. Het is mogelijk om op elk station een reeks niet-draaiende bewerkingen uit te voeren, zoals frezen, boren, tappen en hobbing, naast alle draaibewerkingen waarvoor deze machines zijn bekend. Een grote verscheidenheid aan onderdelen kan in één keer worden voltooid op een CNC-multispindel. Bovendien zijn setups en omschakelingen aanzienlijk vereenvoudigd omdat gereedschapsbewegingen kunnen worden geherprogrammeerd in plaats van gewijzigd door het produceren en installeren van een nieuwe set nokken.

Innovatieve ontwikkelingen op de TMZ-lijn van Mori-Say multi-spindels van ZPS America LLC (Indianapolis, Indiana) beloven CNC naar een nieuw niveau te brengen op dit type gereedschapsmachine. Een van deze ontwikkelingen is een nieuw aandrijfsysteem waarmee de C-as rotatiesnelheid van elke spindel onafhankelijk kan worden geprogrammeerd. Met deze mogelijkheid kunnen gebruikers de spilsnelheden optimaliseren voor specifieke bewerkingen. Het maakt CNC-bewerkingen flexibeler en efficiënter, terwijl het instellen en omschakelen verder wordt vereenvoudigd. Wat nog belangrijker is, zeggen ontwikkelaars, kunnen nieuwe klassen onderdelen nu efficiënt en economisch worden geproduceerd op een multi-spil. Het assortiment omvat onderdelen die veelal op draai/freesmachines of multimachine productiecellen worden geproduceerd. Complexe onderdelen die een verscheidenheid aan zeer nauwkeurige draai- en niet-draaiende stappen vereisen, kunnen in één werkgang worden afgewerkt, en grote oplagen zijn niet nodig om deze economische operatie te bereiken.

Deze nieuwe generatie multi-spindels bestaat uit twee verschillende modellen. De Mori-Say TMZ642, een versie met zes assen, werd afgelopen september op de Noord-Amerikaanse markt geïntroduceerd tijdens IMTS 2008 in Chicago. De Mori-Say TMZ867, een versie met acht assen voor grotere onderdelen en zwaardere sneden, zal in april 2009 worden geïntroduceerd op de Precision Machining Technology Show (PMTS) in Columbus, Ohio. (Zie het onderstaande kader voor meer informatie over deze machine. .)

Een nieuw aandrijfconcept

Het nieuwe aandrijfsysteem dat in deze machines is verwerkt, volgt een ongebruikelijk ontwerpconcept. Volgens Olaf Tessarzyk, managing partner en president van ZPS America, is het dit aandrijfsysteem dat deze machines onderscheidt van andere multi-spilontwerpen. Het aandrijfsysteem maakt gebruik van één samengestelde aandrijfas om alle spindels in de roterende trommel aan te drijven, maar elke spindel kan worden ingesteld om op een andere snelheid te draaien. Beschikbare snelheden variëren van 2.000 tot 6.000 tpm. De gebruiker kan de snelheid kiezen die het meest geschikt is voor de bewerkingen die op elk station worden uitgevoerd, waardoor compromissen worden vermeden in de prestaties van het snijgereedschap, de oppervlakteafwerking of de totale cyclustijd die het gevolg zijn van het toepassen van een enkele snelheid op elke spil, zoals voorgeschreven door conventionele ontwerpen met meerdere spils.

Met slechts één aandrijfas die van de achterkant van de machine naar de voorkant is geplaatst, hoe kunnen meerdere spindels met verschillende snelheden draaien, een prestatie die niet mogelijk is op andere vergelijkbare machines? De "as" die de spindels aandrijft, is eigenlijk een samenstel van telescopische buizen - één buis voor elke spindel, zoals weergegeven in de afbeelding rechts.

De buizen zijn van ongelijke lengte - de binnenste is de langste en de buitenste de kortste. Aan de motorzijde van de machine is het verschil in lengte van buis tot buis voldoende om de poelies, riemen en tandwielen van elke set aandrijfmotoren te bevestigen zonder de volgende buis te hinderen. Zo kan elke buis worden gekoppeld aan een eigen aandrijfsysteem. De aandrijfmotoren worden servo-aangedreven, zodat de corresponderende spil zal draaien met de snelheid die is ingesteld in het CNC-programma voor de uitgevoerde bewerkingen. De buizen zijn eveneens in de lengte "getrapt" aan de snijkant van de machine, waar een tandwiel aan het einde van elke buis een roterende beweging levert aan de specifieke spil. Lagers in de buisconstructie zorgen ervoor dat alle buizen met minimale wrijving kunnen draaien.

Vanuit technisch oogpunt zou dit aandrijfsysteem verschillende voordelen hebben. Het belangrijkste is om de warmte die wordt gecreëerd door de rij aandrijfmotoren weg te houden van de spiltrommel. Dit zorgt voor thermische stabiliteit zonder een uitgebreid koelsysteem. Bovendien zorgt dit ontwerp ervoor dat de spindels altijd verbonden blijven met hun respectieve aandrijfmotoren zonder dat er complexe voedingscontacten nodig zijn die aan het einde van elke indexeringscyclus moeten worden losgekoppeld of opnieuw aangesloten. Dit betekent dat de trommel niet hoeft te "afrollen" naar zijn uitgangspositie om te voorkomen dat stroomkabels rond de aandrijfas in de trommel worden gewikkeld. De trommels van deze nieuwe modellen kunnen zelfs in beide richtingen draaien.

Niet Een bekende naam

De meeste gebruikers van bewerkingsmachines in de Verenigde Staten zijn niet goed bekend met Mori-Say als merk voor bewerkingsmachines. ZPS-America en het moederbedrijf, TAJMAC Group, zijn waarschijnlijk ook onbekend. TAJMAC (spreek uit als TIE-mack) is een multinationale groep van machinebouw-, distributie- en inkoopbedrijven met hoofdkantoor in de buurt van Milaan, Italië. TAJMAC werd na de Tweede Wereldoorlog opgericht door Amedeo Tajariol. Zijn zoon Andrea leidt nu het managementteam op het hoofdkantoor. De zoon van Andrea Tajariol, Michele, runt de TAJMAC-ZPS-fabriek in Tsjechië.

ZPS (een acroniem in de Tsjechische taal dat zich vertaalt naar "Precision Engineering Plants") is de belangrijkste fabriek van de TAJMAC-groep. Het ligt niet ver van Zlin, een kleine stad in het centrum van Tsjechië. ZPS produceert al jaren verschillende soorten werktuigmachines voor private labeling door een aantal bekende Amerikaanse en Japanse bedrijven. Dus hoewel ZPS misschien onbekend is, is het waarschijnlijk dat veel Amerikaanse klanten deze machines kennen onder een andere merknaam.

ZPS heeft een geschiedenis van machinebouw die teruggaat tot het begin van de 20e eeuw. De productie van CNC-apparatuur begon in de jaren tachtig. Na de val van het IJzeren Gordijn onderging ZPS verschillende eigendomswisselingen. TAJMAC nam het bedrijf in 2000 over.

Een deel van het ZPS-complex omvat een van de modernste gieterijen van Europa. Deze gieterij produceert gietstukken voor de meerspillige machines, maar ook voor vele andere ZPS-modellen en tal van externe machinebouwers. Het hebben van een gieterij die bijzonder bedreven is in het gieten van gietstukken voor gereedschapsmachines, is een belangrijke troef voor de groep. De nieuwe multi-spindels zijn een goed voorbeeld.

Met name het ontwerp van het middenblok, dat aanzienlijk bijdraagt ​​aan de stijfheid en precisie van de hele machinestructuur, vereist een nogal ingewikkeld gietstuk dat maar weinig gieterijen betrouwbaar en economisch kunnen produceren, zegt Michele Tajariol. Door dit gietstuk kunnen de trommel, het middenblok en de trommelkoppeling worden geassembleerd in een configuratie die het mogelijk maakt de trommel onder kracht te laten draaien en de tandwielen en lagers te breken. Deze componenten worden pas na deze inloopperiode als een integraal geheel afgewerkt. Dit omvat de laatste stappen op de spindelboringen, die worden afgewerkt in een grote, zeer nauwkeurige malboormachine terwijl de trommel met zijn Hirth-koppeling op zijn plaats in het gietstuk staat. Deze benadering zou een bijna perfecte centrering van de spindels opleveren. Het resultaat is een zeer nauwkeurige positionering als de spindelindex, waardoor de machines zeer nauwkeurige bewerkingen van complexe werkstukken kunnen uitvoeren.

ZPS produceert al sinds de jaren 50 multi-spindels. Het bedrijf was ongeveer 20 jaar geleden van plan om de Amerikaanse markt te betreden, maar deze inspanningen kwamen nooit van de grond. Tajmac-ZPS heeft onlangs echter plannen voor marketing in de Verenigde Staten nieuw leven ingeblazen. ZPS-America, oorspronkelijk opgericht in medio 2000, bouwde een nieuw technisch centrum in Indianapolis om een ​​showroom, trainingsfaciliteiten, een inventaris van reserveonderdelen en een serviceorganisatie te huisvesten. Dit centrum is vorig jaar geopend.

Mind-Bending Machines

De heer Tessarzyk is van mening dat machines met meerdere spils en uitgebreide CNC-capaciteiten zullen leiden tot een heroverweging van de manier waarop deze klasse van werktuigmachines kan worden toegepast, maar ze moeten kostenconcurrerend en betrouwbaar zijn. Volgens hem zou dit een gezonde oefening zijn voor Amerikaanse bedrijven, die een sterke traditie hebben om zich aan te passen aan nieuwe ideeën. concurrenten. Deze mentale behendigheid en vindingrijkheid houden de beste winkels en planten aan de leiding. De nieuwe Mori-Say-machines zullen winkels waarschijnlijk opnieuw uitdagen om nieuwe mogelijkheden voor een efficiënte productie van onderdelen te ontdekken.

De heer Tessarzyk zegt dat deze breinbrekende machines twee verschillende klassen van potentiële gebruikers zullen aanspreken. Beiden worden uitgedaagd door deze machines. Eén klasse is uiteraard de gemeenschap van huidige multi-spilgebruikers. De uitdaging voor hen zal zijn om te begrijpen hoe onderdelen die veel niet-draaiende bewerkingen vereisen, in één opstelling op deze machines kunnen worden voltooid. De andere klasse van potentiële gebruikers bestaat uit productiebedrijven die dit type werkstuk nu vervaardigen op multimachinecellen, draai-freesmachines of roterende transfermachines. De uitdaging voor deze winkels is om in de eerste plaats een machine met meerdere assen te overwegen. Dit type machine is grotendeels over het hoofd gezien omdat wordt aangenomen dat setups ingewikkeld en tijdrovend zijn. Conventioneel denken heeft deze multi-spindels vastgemaakt voor grote hoeveelheden gedraaide onderdelen.

Nieuwe strategieën zijn mogelijk

Profielen van enkele vroege adapters van de Mori-Say TMZ642 CNC laten zien hoe deze machines productiestrategieën ten goede kunnen veranderen. One is een fabrikant van lasaccessoires die de productie verschoof van mechanische multi-spindels en high-end draai-/freesmachines. De andere is een traditioneel schroefmachinehuis dat zich heeft vertakt in complexere werkstukken in moeilijk te bewerken materialen.

Trafimet is een Italiaans bedrijf dat toortsen, voedingsconnectoren, slijtdelen en andere lasgerelateerde benodigdheden maakt die over de hele wereld worden verkocht. De hoofdfabriek staat in Vincenza, ongeveer een uur rijden ten noorden van Milaan. Deze fabriek produceert miljoenen onderdelen per jaar, waarvan de meeste connectoren, stopcontacten, adapters en toortspunten van koper of messing zijn.

Jarenlang vertrouwde het bedrijf op twee contrasterende soorten werktuigmachines om zijn productiedoelstellingen te halen. Aan de ene kant stonden de machines met meerdere assen:twee mechanische machines met acht assen en vier mechanische machines met zes assen, allemaal gewijd aan de productie van complexe onderdelen in grote series. Aan de andere kant stonden verschillende draai-/freesmachines met één spindel en drie revolvers, die werden gebruikt voor minder complexe onderdelen die in kortere oplagen werden gemaakt.

In 2006 nam de vraag naar de stopcontacten en stekkers van het bedrijf aanzienlijk toe. De ingenieurs overwogen aanvankelijk een automatische draaibank met acht assen voor de productie van doppen, maar ze waren bezorgd over de mogelijkheid om snel van onderdeel naar onderdeel te wisselen en besloten een CNC-machine met meerdere assen te overwegen. Alle mechanische multi-spindels van het bedrijf waren geleverd door ZPS, dus het was logisch om de TMZ642 van deze bouwer te overwegen, die net in Europa was geïntroduceerd. Het bleek een geschikte machine te zijn om een ​​diverse productmix in oplagen van 10.000 tot 50.000 stuks te verwerken.

"TAJMAC heeft ons geholpen om anders over onze processen te denken en zo betere resultaten te behalen", zegt Ugo Simioni, industrieel ingenieur bij Trafimet. De onafhankelijkheid van elke spil maakt het bijvoorbeeld mogelijk om vele soorten bewerkingen uit te voeren, waaronder bewerkingen die een spilstop of een onafhankelijk georiënteerde spil met een C-as vereisen. "Dit maakt de machine tot een echt en compleet draai- en freescentrum", zegt dhr. Simioni.

"In moeilijke tijden merken we dat we sommige producten naar de TMZ multi-spil kunnen verplaatsen en kleinere partijen kunnen verwerken, terwijl we de cyclustijden per onderdeel kunnen verkorten", zegt Simioni. "Een van onze onderdelen draaide op een enkele spindel/frees met een cyclustijd van ongeveer 1 minuut. Met een beetje planning ontdekten we dat we hetzelfde onderdeel economisch konden doen in batches van 5.000-12-seconden cyclustijden —met drie omschakelingen per week op de nieuwe machine." De ingenieurs van Trafimet hadden al vastgesteld dat een cyclustijd van 15 seconden het mogelijk zou maken om op een economische manier veel van 10.000 tot 20.000 stuks te produceren. "De onafhankelijke spindelaandrijvingen en het geavanceerde aandrijfsysteem, het gebruik van extra assen en andere verbeteringen maken de machine extreem veelzijdig en hebben ons in staat gesteld om nieuwe manieren te vinden om de productkosten te verlagen", benadrukt hij.

BRB, gevestigd in de buurt van Bergamo, Italië, is een goed voorbeeld van een traditionele schroefmachinefabriek die overstapt naar complexe, zeer nauwkeurige onderdelen gemaakt van moeilijk te bewerken materialen. Deze winkel kocht zijn eerste Mori-Say TMZ642 in september 2008.

Door deze machine op zijn plaats te hebben, heeft de winkel bestellingen binnengehaald voor een complexe hydraulische huls in roestvrij staal. Het onderdeel vereist het boren van verschillende kruisgaten met een kleine diameter onder verschillende hoeken ten opzichte van de middellijn van het onderdeel. Omdat de tolerantie op deze schuine dwarsgaten klein is, is vooral de stijfheid van de machine belangrijk.

Een ander belangrijk kenmerk is het vermogen van elke spil om het werkstuk stevig vast te klemmen voor effectieve bewerkingen met hoog koppel op het roestvrij staal. Er wordt bijvoorbeeld een driepuntsfrees gebruikt om sleuven aan het ene uiteinde van het onderdeel te maken. Dergelijke kenmerken zouden typisch worden geproduceerd met een cirkelzaagblad. Er waren echter geen zaagbladen die het roestvrij staal aan konden met de snijsnelheden die nodig waren om aan de cyclustijdvereisten te voldoen. De cyclustijden van deze onderdelen zijn zelfs zo kort dat het bedrijf een speciaal meetstation heeft ontwikkeld zodat operators een adequate monstername van onderdelen kunnen uitvoeren en de hoge Cpk-getallen kunnen documenteren die voor dit onderdeel zijn gespecificeerd.

BRB ziet zijn toekomst verbonden aan het produceren van dit soort onderdelen. Omdat deze onderdelen doorgaans niet worden geproduceerd op machines met meerdere assen, is de winkel van mening dat ze zeer concurrerend kan zijn met bedrijven die dit soort onderdelen op CNC-draaibanken willen produceren.

Een historische kans

Jobshops en productiehuizen kunnen een opmerkelijk scenario tegemoet gaan. Stijgende productiekosten en andere factoren maken het minder gunstig om veel componenten van offshore-fabrieken te betrekken. Kopers zullen thuis op zoek gaan naar capabele producenten die kunnen profiteren van nieuwe technologie, eenvoudigere logistiek, lagere transportkosten en betere communicatie om deze leemte op te vullen. Ze zullen echter nog steeds in de buurt moeten komen van de "prijs in China" om concurrerend te blijven op hun wereldwijde markten.

De heer Tessarzyk is van mening dat deze zich ontvouwende situatie een opmerkelijke kans biedt voor bedrijven die snel nieuwe machinale ontwikkelingen overnemen. De strategieën voor de verwerking van onderdelen die hij in gedachten heeft, maken natuurlijk gebruik van de flexibiliteit en mogelijkheden van de multi-spindels van zijn bedrijf, maar dit is slechts één voorbeeld van een verschuiving in technologie die vraagt ​​om een ​​verschuiving in visie en denken. Schroevendraaiers zullen aanbieders moeten worden van CNC-productie in kleine oplagen met korte doorlooptijden. Evenzo zullen CNC-winkels moeten overstappen van een afhankelijkheid van eenvoudige machines die complexe snijmanoeuvres maken naar complexere machines die het meeste uit eenvoudige bewegingen halen.

Een model met acht assen voor grote, zware onderdelen

Hoewel de Mori-Say TMZ867 zijn Noord-Amerikaanse debuut maakt op PMTS (28-30 april 2009, www.pmts.com), is er al één model te zien in de TAJMAC-ZPS-showroom in het gebied van Milaan, Italië. Deze machine wordt gebruikt voor demonstraties en om klantonderdelen te bewijzen. Een recent getest onderdeel illustreert de mogelijkheden van deze machine en versterkt het punt dat toepassingen voor multi-spilverwerking een nieuwe richting inslaan.

Het onderdeel is een roestvrijstalen stuurkolomcomponent. Het hoge nikkel- en chroomgehalte van het werkstukmateriaal vereist een hoog koppel op de spil. Het onderdeel werd vroeger geproduceerd op een zwaar uitgevoerde draaibank van het Zwitserse type (glijdende kop). Op deze "single-point" machine was de cyclustijd 60 seconden. Op de multi-spil is dit 16 seconden. Beide typen machines voltooien het onderdeel in één keer. Volgens de heer Tessarzyk is de multi-spil even nauwkeurig als de Zwitserse draaibank.

Dit is een ongewoon groot onderdeel voor productie op een multi-spil. De TMZ867 is echter geschikt voor barstock met een diameter tot 72 mm en werkt als een open-front chucker. Standaardfuncties zijn onder meer acht onafhankelijke, AC-aangedreven CNC horizontale spindels; acht onafhankelijke samengestelde glaasjes (X en Z); acht onafhankelijke gereedschapsdragers met acht 12.000 tpm aangedreven gereedschappen; vijf backworking tools (drie aangedreven); en een reeks standaard, vooraf instelbare VDI-tooling.

Het aandrijfsysteem volgt dezelfde principes als pionier op zijn kleine broertje met zes assen, de TMZ642. Elk van de acht spindels van de machine is via een composietas verbonden met zijn eigen motor in de spindeltrommel, die gebruik maakt van een nauwkeurige Hirth-koppeling. Dit maakt het niet nodig om de trommel aan het einde van elke 360-graden cyclus om te keren; om de motoren aan te sluiten en los te koppelen van de spindels bij elke indexering; of om de trommel te koelen om de warmte af te voeren die wordt gegenereerd door de spindelmotoren.