Horlogerie ontmaskerd: Een meester-machinist's blik achter de schermen

Gebogen over zijn bureau en door een oogstuk kijkend, besteedt Cameron Weiss weinig aandacht aan de werktuigmachines in de volgende kamer. De Zwitsers-getrainde meester-horlogemaker is meestal veel te bezig met polijsten, burnishen, pascontrole en het assembleren van de honderden pennen, tandwielen, veren en hebels die in de mechanische "bewegingen" zitten die elk luxetijdstuk aandrijven.

Dat wil niet zeggen dat de heer Weiss de cruciale rol die deze werktuigmachines spelen in het realiseren van zijn droom niet waardeert: om zijn eigen merk polsbandhorloges te bouwen, een die onverzettelijk gebaseerd is op zijn eigen artistieke idealen. Net zoals het emblazeren van zijn familienaam over het gezicht een bepaalde esthetiek impliceert, impliceert het label "Los Angeles, California" een diepgewortelde wens om prestigie te herstellen aan een binnenlandse industrie die grotendeels instortte met het avènement van goedkopere, nauwkeurigere kwartsbewegingen in de jaren 1960. Voor de heer Weiss betekent het herstellen van die prestigie niet alleen de onderdelen hier te assembleren, maar ze hier ook te maken.

Daarom heeft Weiss Watch Co. werktuigmachines nodig. Voor al de vaardigheid van de oprichter, zou het benutten van eeuwenoude technieken om onderdelen als de messing hoofplaten voor bewegingen, de bruggen die die bewegingen op hun plaats houden, en de outer behuizingen handmatig te vervaardigen, onbetaalbaar duur en tijdrovend zijn. Het zou ook in strijd zijn met het doel om niet alleen kunst te maken, maar die kunst toegankelijk te maken. Zonder flexibele, moderne machining-technologie zou het niet mogelijk zijn om meerdere prototypes te itereren voordat een ontwerp wordt gefinaliseerd en geproduceerd in hoeveelheden die tot nu toe tussen 5 en 500 per serie liggen, zegt de heer Weiss.

De drie-as VMC en Zwitserse draaibank die dit werk uitvoeren, zijn gehuisvest in een garage aangrenzend aan het 2.100 vierkante voet grote kantoorparkruimte van het bedrijf in Torrance. De machines en enige programmeur en operator is Grant Hughson, een voormalige applicatie-ingenieur voor snijgereedschapsfabrikant Sandvik Coromant en de zakelijke partner van de heer Weiss in een afzonderlijke entiteit: Pinion Precision Technology. Het doel van de partners voor Pinion Precision is ambitieus: onderdelen produceren voor horloges buiten het Weiss-merk. Specifiek hopen ze de verwachte kloof te benutten die Swatch, een prominente onderdelenleverancier in Zwitserland die dit bedrijf staakt om zich uitsluitend te richten op het maken van complete horloges, zal achterlaten.

Er is goede reden voor vertrouwen in Pinion Precision's vermogen om dit werk te winnen, zegt de heer Weiss. Een les uit de vroege dagen van Weiss Watch Co., toen hij nog bewegingen assemblerde aan zijn keukentafel van bijna alle Zwitserse componenten, is dat andere machineshops over het algemeen niet gewend zijn om kunstwerk te maken. "Elk onderdeel dat we maken moet niet alleen binnen een zeer strakke tolerantie vallen; het moet ook visueel aantrekkelijk zijn," zegt hij.

In het verleden, vervolgt hij, accepteerden shops vol vertrouwen het soort werk dat de heer Hughson nu in-house doet, alleen om te worstelen om dat werk kosteneffectief te doen. Dit omvat sommige bedrijven die al gewend zijn aan kleine onderdelen (meeste pinions meten minder dan 1 mm), hoge precisie (+0,0002/-0 inch voor sommige gat-pinion intersecties) en gladde oppervlakteafwerkingen (16 RA of gladder zijn typisch). In feite herinnert hij zich één geval waarin een potentiële leverancier zo vernederd was door onverwacht lange doorlooptijd op een prototype-order dat het de onderdelen gratis aanbood.

De heer Hughson voegt toe dat de moeilijkheid van dit werk verder gaat dan het voldoen aan strenge specificaties. Immiddels, zou men zeggen dat machinisten geboren zijn voor dergelijke uitdagingen. Wat moeilijker kan zijn, is het voldoen aan kwaliteitsstandaarden die subjectief kunnen lijken. Evenzo voor het uitvoeren van operaties in onconventionele, counter-intuïtieve manieren om pijnstakende handafwerkingsprocessen te ondersteunen.

Onderdelen als kunst

Weinig machineshops schilderen met hun toolpaths, maar werk van Weiss Watch Co. vereist het. Op messing brugcomponenten zoals die in de dia's hierboven afgebeeld, moet aandacht worden besteed aan elke zwier en lijn, en standaard toolpaths snijden het vaak niet, wat de gemeten tolerantie of oppervlakteafwerking ook is. "Voor alle afwerkingsstrategieën, voor het grootste deel, wordt de geometrie eigenlijk getekend," zegt de heer Hughson. "De toolpath moet op een bepaalde manier gaan - je kunt niet gewoon een gebied aanklikken en zeggen, 'pocket this.'"

Hij noemt de Genève-streeppatronen als een bijzonder goed voorbeeld van hoe esthetiek het outsourcen van machining moeilijk kan maken. Zichtbaar in de openingsfoto van de dia's hierboven, deze brede, diagonale banden die zich uitrekken over de hoofplaat en brug, verkrijgen hun visuele aantrekkingskracht grotendeels van parallele interne gereedschapsmarkeringen die boogvormig zijn naar het snijpunt met een aangrenzende streep, maar nooit de kloof overspringen. De lijnen binnenin zijn op een bepaalde manier gevormd voor zowel visuele aantrekkingskracht als om stof binnenin de beweging te vangen, en het handhaven van een duidelijke grens tussen elke streep is essentieel, zegt de heer Hughson. Het snijden van deze kenmerken op een freesbank in plaats van een speciale Genève-streepmachine vereist wat hij een onconventionele benadering van programmeren noemt. Bijvoorbeeld, in plaats van een constante stapover te gebruiken op de shop's FANUC Robodrill VMC, gebruikt hij een volbreedte freesnede, en overlapt dan de helft van die snede met een andere volbreedte freespad.

Vanaf daar kan geen specifieke meting of reeks metingen definitief bepalen of de strepen correct zijn. Het is een puur visuele standaard, met de heer Weiss die een microscoop gebruikt om het gemachineerde patroon te evalueren tegen een gekozen ideaal. Wat meer is, breedte en afstanding van de banden kunnen licht verschillen van beweging tot beweging en van prototype tot prototype tijdens de ontwikkeling van een nieuwe beweging. Bepaalde onderdeelkenmerken moeten ook uit bepaalde delen van het messing vierkant van 2 bij 2 bij 0,125 inch gesneden worden om consistente strepen te garanderen zodra de beweging geassembleerd is. Verder verwarder, kenmerken die te dicht bij elkaar liggen, laten niet genoeg ruimte voor snijgereedschappen, terwijl die te dicht bij de rand van de stock liggen, lopen op tegen onzichtbare gereedschapsin- en uittredemarkeringen.

Het waarborgen van gereedschapstoegang tot de diverse hoofplaat- en brugkenmerken is ook belangrijk voor het affaseren van randen om borstvorming te voorkomen. De heer Weiss debuurt graag handmatig in sommige gevallen, maar veel onderdelen zijn te klein en fragiel. De heer Hughson zegt dat hij veel tijd besteedt aan strategiëren over hoe een schoon oppervlak te laten of om te zorgen dat borstels zich op een manier vormen die het handwerk niet verstoort. Bijvoorbeeld, een bepaald kenmerk kan van de tegenoverliggende kant van het onderdeel gemachineerd worden dan oorspronkelijk bedoeld, of een profielsnede kan het onderdeel niet volledig penetreren om te voorkomen dat een borstel door naar de andere kant duwt.

Geen van dit suggereert dat betrouwbare, herhaalbare bewerkingsprocessen onmogelijk zijn te ontwikkelen voor horlogecomponenten, zegt de heer Hughson. Toch is de capaciteit om dit te doen beperkt met twee werktuigmachines en een enkele programmeur/operator (de rest van het team bestaat uit de vrouw van de heer Weiss, Whitney, die marketing doet; evenals Lisa Odland, de leerling-horlogemaker van de heer Weiss, en een front-office administratrice Christy Broderson). Tegelijkertijd kan de complexiteit van het werk een hoge orde zijn voor buitenshops die er niet toe gewijd zijn. Schalen van productie is het doel, maar de kunst mag simpelweg niet gecompromitteerd worden.

Tijd maken

Gegeven de realiteit van outsourcen, hanteert de heer Hughson het leeuwendeel van de machining-procesontwikkeling. Grotere onderdelen gaan naar de Robodrill, afkomstig van Methods Machine Tools. De kleinste, meest complexe componenten gaan meestal naar wat hij een "uitgeruste" Zwitserse draaibank noemt: een negen-as Tornos Swiss Nano geïmporteerd uit Zwitserland met een aantal niet-standaardfuncties die goed geschikt zijn voor horlogerie. Bijvoorbeeld, twee afzonderlijk gecontroleerde, hoge-frequentie freesspindels bieden respectievelijk 60.000 en 80.000 toer/min - voldoende snelheden voor effectief frezen met zelfs de kleinste snijgereedschappen. Onder andere functies biedt de gang-tooled machine ook de mogelijkheid om werkvasthouding en freesspindels te synchroniseren voor tandwielhobbeloperaties, evenals een buissysteem met vacuüm voor het verwijderen van de kleine onderdelen.

Toch vereist het itereren van prototypes zo snel mogelijk niet alleen de juiste technologie, maar ook eigen inzicht. Op de Tornos, bijvoorbeeld, gaat zelfs de mogelijkheid om effectief gereedschappen als een 0,03-inch sleufzaag te draaien, maar zo ver als de setup moet veranderen. "Je kunt zelfs je vuist niet tussen de hoofden subspindle steken," zegt de heer Hughson, uitleggend dat het soms moeilijk kan zijn om te zien of een klein kenmerk daadwerkelijk is gemachineerd of zelfs of een onderdeel daadwerkelijk is overgedragen voor subspindle achterwerkoperaties. Wat meer is, een enkel onderdeel kan operaties vereisen met zo veel als 10 verschillende snijgereedschappen, elk met zijn eigen offset, en met offsets voor hetzelfde gereedschap die verschillen afhankelijk van de benaderingsvector. Het instellen van deze offsets door elk gereedschap af te tasten tegen een vel contactpapier - een cruciale stap om niet alleen fragile, dure onderdelen, maar ook fragile, dure gereedschappen te beschermen - kan een tijdrovende aangelegenheid zijn.

Daarom besloot de heer Hughson vroegtijdig dat hij er geen van wilde. In plaats daarvan stelt hij offsets visueel in, geleid door een kristalhelder beeld van de werkzone op een flatscreen LCD die gedetailleerd genoeg is om individuele spanen te bekijken die vastzitten aan werkstukken die nauwelijks uitsteken boven de hoofspindel-gidsbus of subspindle micro-klem. Dit beeld wordt gegenereerd door een kleine microscopiecamera geïnstalleerd in een gereedschaphouder op de gang slide. "Ik stel alle gereedschappen in, roep de stockoffset voor elk op, check het, en pas zo nodig aan. Er is geen behoefte om iets af te tasten," zegt hij. Dit eigen systeem biedt ook rust dat programma's solid zijn en dat alles correct is ingesteld en gemachineerd.

Op de VMC is werkvasthouding de focus geweest van de meest significante stappen naar het versnellen van prototype-iteratie. Specifiek, de heer Hughson prefereert erop te focussen om een nauwkeurige, herhaalbare interface tussen fixture en machine te garanderen in plaats van te veel moeite te doen in de interface tussen onderdeel en fixture, zoals zijn oorspronkelijke ontwerpen deden met hun precisielocatiepennen. Immers, prototyping vereist vaak het afhalen van onderdelen van de machine voor examinatie. Zolang de fixture-locatie niet meer dan een paar duizendsten inch varieert van zijn oorspronkelijke positie, kan on-machine tasten snel en automatisch de werkoffset rond het onderdeel bijwerken.

Als voormalig Sandvik-medewerker, keerde hij zich natuurlijk tot het wijzigen van Capto quick-change tooling blanks om de cruciale interface tussen machine en prototype-werkvasthouding te bieden. Vergeleken met het vertrouwen op alleen een herhaalbare pas, maakt deze strategie het makkelijker om ervoor te zorgen dat kenmerken aan tegenoverliggende onderdeelkanten correct gelocaliseerd zijn ten opzichte van elkaar. Fixture-ontwerpen kunnen meer vergunnend zijn, de gevolgen van werkvasthoudingslijtage of schade zijn minder ernstig, en problemen zijn makkelijker op te lossen.

Doortikken

Het eerste beweging van het bedrijf dat bijna volledig uit Amerikaanse onderdelen is geconstrueerd, is afgebeeld op de kaft van dit magazine: de CAL 1003 die de American Issue Field Watch aandrijft. Deze geverplaatste eerste versie was beperkt tot slechts 50 stukken. Nu is de beweging op zijn vierde productie-iteratie, wat een hogere klokslag dan eerdere versies kenmerkt alsook een "hacking"-mechanisme dat gebruikers van de $1.995 horloge in staat stelt om het naar believen te starten en stoppen. Vooruit kijkend, is het doel om de productie van de laatste paar componenten die nog in Zwitserland geproduceerd worden - spiralveren en stenen - op Amerikaanse bodem te brengen. Hoewel de capaciteit er is, zegt de heer Weiss dat leveranciers de mogelijkheid vereisen om op bepaalde volumes te produceren voordat ze het werk ook maar zouden overwegen. Hij en de heer Hughson verwachten beiden dat opschalen vanaf hier een incrementeel proces zal zijn, zoals het vanaf het begin is geweest. "We leren terwijl we doorgaan," zegt de heer Hughson.

Dat mag zo zijn, maar het bedrijf is een lange weg afgelegd in vier korte jaren. Het heeft dit gedaan door essentieel hetzelfde model te volgen dat de reputatie voor Amerikaanse horlogerie voortbracht die het herstelt. Beginnend in de midden-19e eeuw, aanvullen Amerikaanse bedrijven als Waltham Watch Co. de techniek van de Zwitserse meesters met productieapparatuur die horloges goedkoper en makkelijker te maken maakte zonder de vakmanschap te compromitteren, legt de heer Weiss uit. De industrie daalde met het avènement van kwartsbewegingen, maar de Zwitsers wisten hun mechanische tradities te behouden, met het voortdurende succes van merken als Rolex gedreven door enthousiastelingen die de engineering waarderen die in handgemaakte tijdstukken met honderden onderdelen zit. Door een vergelijkbare strategie als Waltham te benutten - de fusie van oud-wereld vakmanschap met moderne productietechnologie en -techniek - streeft Weiss Watch Co. ernaar een vergelijkbare clientèle aan te trekken, althans een met een bijzondere waardering voor een "made in America" label.

Zo zegt de horlogemaker. Wat de machinist betreft, de heer Hughson kan niet gelukkiger zijn met werk dat conventionele benaderingen van het machineren van onderdelen regelmatig uitdaagt. En nieuwsgierigheid is niet zijn enige bron van motivatie deze dagen. "In veel high-end manufacturing, is het alsof je een verborgen dubbel leven hebt omdat je het niet kunt laten zien," zegt hij. "In horlogerie, kan ik zeggen, 'Kijk naar dit kleine machine op mijn pols: Dit is wat ik doe!' Voor mij, dat is een enorm ding: iets moois maken voor zijn eigen waarde."