Paramount Machine verbetert Swiss-turning met geavanceerde Y2- en programmeerbare B-as

Tijdens de zoektocht naar een Swiss-type draaibank met een Y2-as, ontdekte Paramount Machine de potentiële voordelen van een machine met zowel een Y2-as als een programmeerbare B-as die contouren en kenmerken onder verschillende hoeken kan creëren.

Paramount Machine uit Salt Lake City dient een diverse klantenbasis, met productie van onderdelen en assemblages voor luchtvaart, defensie, medisch, mijnbouw en vele andere industrieën. Onder leiding van eigenaar Steve Van Orden beschikt het 65-personeels sterke bedrijf over een diverse machinepark in een geklimatiseerde faciliteit, waaronder VMCs, HMCs, CNC-draaibanken, turn-mills, draad-EDM-machines en, voor 2017, één Swiss-type draaibank.

Vandaag heeft de zaak zes Swiss-types.

Steve’s zoon Eric, de schroefmachine-lead en draai-technisch adviseur van het bedrijf, zegt dat Paramount Machine’s eerste zes-as Swiss-type wel live-tooling bood om onderdelen compleet te machineeren, maar een Y2-as miste, wat de soorten operaties beperkte die op de subspindle uitgevoerd konden worden.

Dit stimuleerde de zaak om een andere Swiss-type te zoeken die een Y2-as bood. Maar tijdens deze zoektocht realiseerde men zich de potentiële voordelen van een machine met zowel een Y2-as als een programmeerbare B-as die contouren en kenmerken onder verschillende hoeken kan creëren, naast meer toolingcapaciteit. Dergelijke functies bleken met name mogelijk makend voor efficiëntere machining van een familie röntgencomponenten die de zaak traditioneel over meerdere machines liep.

De zaak produceert diverse onderdelen op zijn zes Swiss-types. Het doel is nu om elk onderdeel van 1,5 inch diameter of kleiner op die multifunctionele machines te draaien.

“Ons oorspronkelijke proces voor één onderdeel in die familie bestond uit twee operaties op een spindoelbank, een freesoperatie, een draad-EDM-operatie en nog een freesoperatie,” zegt Eric Van Orden. “We voelden dat een Swiss-type met een B-as in staat zou zijn om dit onderdeel te produceren, zodat het simpelweg van de Swiss-type naar de draad-EDM zou gaan voordat het naar de klant wordt verzonden.”

Daarnaast waren er andere taken die Paramount Machine uitvoerde die hoekmatig frezen, boren en tappen vereisten, waarvan het bedrijf vond dat ze zouden profiteren van een Swiss-type met een B-as.

Na meerdere oplossingen overwogen te hebben, kocht de zaak een 32-mm Tsugami SS327-5AX van REM Sales. Dit was vijf jaar geleden. Van Orden zegt dat naast de Y2- en B-assen, deze machine om een paar andere redenen gekozen werd. Een, geeft hij toe, is misschien old school. Hij zegt dat deze machine zwaarder is dan andere Swiss-types, wat bijdraagt aan de rigiditeit, en heeft krachtige motoren voor zowel de hoofdas de subspindle. De zaak waardeerde ook de adviezen en tijdige hulp van REM Sales-medewerkers zoals John Traver en Steve Tragarz, evenals snelle onderhoudsondersteuning.

Wat het laatste betreft, citeert Van Orden een geval waarin de zaak de wegafdekking aan de subspindle-kant van de machine had beschadigd tijdens een drukke taak. “We belden Tsugami/Rem Sales net voor sluitingstijd om te zien hoe snel een vervangingsonderdeel geleverd kon worden, zodat we de machine veilig konden blijven draaien. Niet alleen had men een vervanging op voorraad, maar een teamlid reed het onderdeel naar UPS op zijn weg naar huis, zodat het de volgende dag bij ons zou zijn. We ontving het onderdeel eerste ding de volgende ochtend en de machine was snel weer operationeel.”

Van Orden vindt ook dat Paramount Machine heeft geprofiteerd door deze B-as-machine te programmeren met de Esprit CAM-software die al voor andere machines in de zaak gebruikt werd, en de postprocessor van de softwareleverancier die specifiek ontwikkeld was voor de Tsugami SS327-5AX.

“Ons doel is om een complete oplossing te creëren die niet eindigt bij het maken van toolpaths in het CAM-systeem, maar eindigt met machine-geoptimaliseerde G-code die foutloos op uw machine draait,” zegt Nick Zentil, directeur Noord-Amerikaanse verkoop voor Esprit CAM. “Bij een complexe werktuigmachine zoals de SS327-5AX heb je een postprocessor nodig die je in staat stelt de volledige mogelijkheden van de machine te benutten. We werken nauw samen met het Tsugami/Rem Sales-applicatieteam om posts voor Tsugami-machines te ontwikkelen die precies doen wat ze moeten doen: bewerkingsvrije code genereren.”

“Ik heb volledig vertrouwen dat zolang ik de gereedschappen correct instel in Esprit CAM, ik die code kan nemen, posten, in de machine zetten en draaien zonder problemen,” zegt Van Orden.

Hij wijst ook op de mogelijkheid om eenvoudig meerdere werkvlakken in Esprit CAM aan te maken. Hierdoor kunnen programmeurs kenmerken van een massamodel selecteren en werkvlakken daaruit creëren. De software bepaalt automatisch de juiste werkvlakrichting op basis van het gereedschap om het kenmerk te machineeren. Dit elimineert de noodzaak om gereedschappen met verschillende hoekoffsets in te stellen.

Maar hoeveel productietijd werd bespaard door operaties voor de röntgencomponent op de Swiss-type te consolideren? “We konden drie afzonderlijke machinecycli vervangen door één Swiss-proces, en de totale onderdeelcyclus werd met 92% verminderd,” zegt Van Orden. “Dit was niet alleen een dramatische tijdsbesparing voor ons, maar elimineerde ook werk-in-uitvoering onderdelen die eerder door de zaak gestaged waren.”

Natuurlijk was dit een grote overwinning voor deze specifieke familie van onderdelen. Maar uiteindelijk leidden de voordelen van deze tweede Swiss-type tot een fundamentele verandering in welk werk er over de nu meerdere Swiss-types gelopen zou worden, evenals een diepere duik in hoe het potentieel van dit type multifunctioneel machineplatform te maximaliseren.

Swiss-type flexibiliteit vergroten

Onlangs heeft Paramount Machine een toegenomen vraag naar kleine onderdelen gezien, grotendeels voor luchtvaarttoepassingen. Hoewel het mogelijk was om dergelijke onderdelen op grotere spindoelbanken te draaien, vond de zaak dat het meer zin had om de grotere taken aan die machines te laten. Dat is één reden voor de aankoop van een Tsugami SS207-5AX 20-mm Swiss-type met B-as kort na de eerste B-as Tsugami. Daarnaast heeft Paramount Machine nog een SS327-5AX en twee Tsugami B0386-III 38-mm machines de afgelopen paar jaar toegevoegd.

Deze toevoegingen hebben geleid tot een strategiewijziging voor de zaak. “De afgelopen jaren zijn we zo effectief geworden met het Swiss-type-platform dat nu praktisch elk werk kleiner dan 1,5 inch diameter op die machines draait in plaats van conventionele spindoelbanken,” legt Van Orden uit. “En hoewel typische productieseries variëren van 500 tot 1.000 stukken, durven we die machines op te zetten voor slechts vijf stukken.” Daarnaast elimineert live-toolcapaciteit op de Swiss-types vaak tweede-op freeswerk dat anders nodig zou zijn voor onderdelen die op de spindoelbanken begonnen.

Alle Tsugamis zijn “converteerbare” modellen, en een deel van de strategie van de zaak met de Swiss-types is ze meestal in chucker-modus te laten draaien en dienovereenkomstig in te plannen, tenzij een taak een leidingsbuis vereist. Van Orden zegt dat deze machines 80% van de tijd in chucker-modus draaien. Dit helpt door de changeover-tijd naar nieuwe taken te reduceren. Dat gezegd, merkt hij op dat de tijd om van chucker- naar leidingsbuismodus te veranderen slechts 30 tot 45 minuten is.

Paramount Machine heeft ontdekt dat een trap-magazine-stijl staafvoeder met name nuttig is met kleine-diameter staven om dubbel laden te voorkomen.

Andere inspanningen die Paramount Machine onderneemt om de voordelen van de Swiss-types te maximaliseren, zijn:

Onderdelen op de machine ontgraten. De waarde van multitasking-machines zoals Swiss-types is het potentieel om onderdelen compleet te machineeren. Als een onderdeel echter nog ontgrating vereist, is het niet compleet. Daarom gebruikt Paramount Machine ontgratingscycli op zijn Swiss-types die Van Orden zegt dat ze ongeveer 60% van de handmatige ontgrating hebben geëlimineerd die anders vereist zou zijn. Voor machines met een B-as kan men een faseerfreze en contour-toolpath gebruiken om de gehele bereik van het onderdeel te bereiken om het te ontgraten met alleen dat gereedschap. Dit is vaak niet mogelijk op machines zonder B-as die perpendicular en parallelle beperkingen hebben.

Oscillatiesnijden uitvoeren. Tsugami’s oscillatiesnijtechnologie oscilleert een servo-as (X of Z) om spaan in moeilijk te snijden materialen te breken en warmte in de snede te reduceren, omdat het gereedschap in en uit de snede gaat. Van Orden zegt dat de zaak deze functie heeft gebruikt voor aluminiumonderdelen die beruchte spaanproblemen hadden, evenals voor ruwfrezen van 17-4 RVS-onderdelen. Daarnaast wordt het veel gebruikt tijdens afstootoperaties om spaan te breken en lange “stringers” te elimineren die tendens hebben om zich om een onderdeel te wikkelen.

Met deze techniek wordt snijden uitgevoerd door de oscillatie van de gespecificeerde as te synchroniseren met de rotatie van de hoofdas. Onderbreking in de snede breekt materiaal in kleine spaan. Deze functie is software-gestuurd, dus geen extra apparatuur nodig omdat de machines ontworpen zijn om oscillatiesnijden te ondersteunen. Oscillatiesnijden wordt uitgevoerd door de initierende G-code (G8.5P2) op te geven, en de functie blijft geldig tot annulering door een volgende G-code (G8.5P0). Oscillatiedata wordt automatisch berekend op basis van de hoofdas-snelheid en de voedsnelheid van de gespecificeerde as.

Voor buitendiameter-draaien blijven gereedschapsstelen/spanklemmen geïnstalleerd in de gangplaat en kunnen individuele koppen met quick-change inserts, zoals hier getoond, eenvoudig worden uitgewisseld.

Quick-change tooling gebruiken. Paramount Machine gebruikt quick-change tooling om opstellingen op zijn Swiss-types te versnellen en te vereenvoudigen. Een voorbeeld is het KM micro-systeem van Kennametal voor buitendiameter-draaien. Hierbij blijven gereedschapsstelen/spanklemmen geïnstalleerd in de gangplaat, en kunnen individuele koppen met inserts eenvoudig worden uitgewisseld. Op dezelfde manier gebruikt de zaak modulaire booreenheden van Iscar voor grotere toepassingen waarbij de boorkopf in de machine blijft en boorkoppen in- en uitgeschroefd worden.

Eric Van Orden demonstreert de software die Paramount Machine intern heeft ontwikkeld om tooling-beschikbaarheid en -verbruik bij te houden van de drie verschillende vending-systemen die de zaak gebruikt.

Open staan voor nieuwe snijgereedschappen. Van Orden zegt dat de zaak open blijft voor het testen van nieuwe tooling die nuttig kan zijn. Hij merkt op dat toolingvertegenwoordigers de zaak elke twee weken, zo niet elke week, bezoeken. De zaak is ook niet vastgezet aan één bepaalde toolingleverancier. Hoewel er prijsvoordelen kunnen zitten in het vastzetten aan één leverancier, kunnen er prestatienadelen zijn, merkt hij op. Feitelijk gebruikt Paramount Machine vending-systemen van drie verschillende bedrijven die via intern ontwikkelde software verbonden zijn, die tooling-beschikbaarheid en -verbruik bijhoudt.

Lights-out overwegingen

Paramount Machine streeft naar lights-out productie en er zijn verschillende procesfactoren die het de vertrouwen geven om machines veilig langdurig onbeheerd te laten draaien op zijn Swiss-types.

Geautomatiseerde carrousels verzamelen onderdelen in bakken op een roterende tafel die op specifieke tijdstippen indexeert. Als onderdelen in de eerste en laatste bakken binnen specificatie zijn, kan aangenomen worden dat die in de tussenliggende bakken dat ook zijn.

Bijvoorbeeld, de zaak heeft verschillende merken staafvoerders. De 20-mm Swiss-type gebruikt een Iemca Elite 220 trap-magazine-stijl waarbij getrappe geleiders staven optillen die dan in het leidingskanaal vallen. Van Orden legt uit dat de trap-magazine-stijl met name nuttig is met kleine staven zoals de 1/8-inch diameter materiaal dat algemeen op die machine wordt gedraaid. Hij zegt dat de zaak staafvoerders heeft ervaren die staven via zwaartekracht in het leidingskanaal voeden, soms dubbele staven van deze afmeting voeden, als de instellingen niet perfect waren. In sommige gevallen leidde dit tot handmatig laden van nieuwe staven één voor één. Dat is geen probleem meer met de Elite 220.

Aan de andere kant van de Swiss-types gebruikt Paramount Machine iSwiss Smart Tables om niet alleen onderdelen op te vangen en te verzamelen, maar ze ook te sorteren in taartpuntvormige bakken bevestigd aan een roterende tafel. (De Smart Table geautomatiseerde onderdelen-carrousel wordt gefabriceerd door Pressure Tech, een New England Tool Corp. bedrijf, en gedistribueerd door iSwiss.) Deze eenheden kunnen geprogrammeerd worden met een M-code om na een bepaald aantal onderdelen of gespecificeerde tijd naar een nieuwe, lege bak te indexeren. Paramount Machine kiest de laatste aanpak. Door onderdelen op deze manier in meerdere bakken te batchen, kan de zaak onderdelen in de eerste en laatste bakken meten, en als ze binnen specificatie zijn, kan aangenomen worden dat die in de middenbakken dat ook zijn.

De zaak past lessen toe die het geleerd heeft van het gebruik van zijn B-as Swiss-types op zijn nieuwe DMG MORI NTX 1000 machine, zoals het gebruik van die machine’s B-as voor operaties zoals continu contour-draaien.

Toollevensduur bewaken tijdens lights-out machining is ook belangrijk. Van Orden wijst op een hoog-volume taak dat 700 stukken overnachten draaide. Oorspronkelijk gebruikte men macro’s om een gereedschap te wisselen wanneer het het einde van zijn levensduur benaderde tijdens die run. Maar dat betekende dat voor één van de kritieke kenmerken van het onderdeel, het proces bovenaan de tolerantie van het kenmerk moest beginnen en zou degraderen tot de onderkant van de tolerantie aan het einde van de run. Dus de zaak draaide 100 stukken en meet om te zien waar die tolerantie uitkwam door gereedschapsslijtage. Na dat te bepalen, voegde men macro’s toe om de gereedschapsoffset indien nodig tijdens de run aan te passen (na X aantal stukken) zodat dat kenmerk altijd dicht bij zijn nominale waarde bleef. De zaak heeft ook ontdekt dat het kopen van hogekwaliteit tooling die langer meegaat, helpt om het aantal gereedschapswissels of offset-aanpassingen in een lights-out-omgeving te minimaliseren.

Het inzetten van werkvloer-CMM’s in verschillende gebieden van de faciliteit heeft de in-proces inspectiemogelijkheden vergroot.

Vooruitgaan

Paramount Machine heeft onlangs enkele Zeiss DuraMax werkvloer-coördinaatmeetmachines (CMM’s) in verschillende gebieden van de zaak toegevoegd, wat de in-proces inspectiemogelijkheden heeft vergroot en de algehele kwaliteit heeft verbeterd, waar het continu naar streeft. De zaak overweegt ook software om machinebenutting bij te houden. Er is al wat gedaan met het Messenger monitoring- en historie-analyseplatform dat beschikbaar is op de DMG MORI-machines. Van Orden voelt dat dit de zaak zal helpen de lights-out machining-inspanningen te verfijnen. Maar, hoewel het heel makkelijk is om data te verzamelen, merkt hij op dat het soms niet zo makkelijk is om informatie te interpreteren en te analyseren om meer geïnformeerde beslissingen op de werkvloer te nemen.