De perfecte werktuigmachine kiezen voor elke taak

Een van de eerste aanwijzingen dat Precision Plus anders is dan andere machinezalen was een zacht klikgeluid. Het geluid komt van meer dan een dozijn mechanisch aangedreven Swiss-type draaibanken in het midden van de werkvloer. Netjes in rijen opgesteld en bediend door duidelijk nieuwere staafvoerders, snijden deze machines onbedekt, zonder de geluiddempende behuizingen die de CNC-machines van de zaak kenmerken. Een nader kijken onthult een half dozijn of zo gereedschappen die gelijktijdig in en uit het werkstuk duiken terwijl de cams draaien.

Hier staat Mike Reader naast een Miyano BNX tweespindle CNC-draaibank. Mike is verantwoordelijk voor het leerlingenprogramma van de zaak, dat nieuwe werknemers traint in het gebruik van Swiss-type schroefmachines. Foto: Precision Plus

Sommige van deze machines produceerden al jaren onderdelen voordat het bedrijf in 2000 verhuisde naar zijn huidige locatie in Elkhorn, Wisconsin. Onder leiding van bedrijfspresident Mike J. Reader heeft het bedrijf seynds diverse nieuwere CNC-apparatuur toegevoegd, waaronder Miyano ABX en BNX tweespindle draaibanken alsook meerdere Star en Tsugami Swiss-type CNC-draaibanken. En toch steunt Precision Plus nog steeds zwaar op apparatuur die op veel dezelfde manier werkt als toen Reader’s vader, Phil, het bedrijf in 1988 voor het eerst kocht — namelijk door fysieke cams te gebruiken in plaats van CNCs om de timing en diepte van sneden in te regelen. Waarom?

Dit was mijn eerste vraag aan Michael P. Reader, VP Engineering (en Mike Reader’s zoon). Zijn antwoord was simpel: “De cam-gedreven machines, wanneer ze gebruikt kunnen worden, zijn goedkoper in de exploitatie,” zegt hij.

Cams kiezen boven CAM

Kleine precisieonderdelen, zoals deze schroef voor hobo's en fagotten, zijn ideaal voor cam-gedreven machines. De groef wordt gesneden door een zaagblad bevestigd aan de pick-off-bevestiging. Foto: Precision Plus

“Voor kleine cilindervormige onderdelen met hogere jaarvolumes, zijn de Swiss cam-machines zeer economisch,” zegt Reader. De vloot mechanisch aangedreven Swiss-type draaibanken van Tornos hebben lagere elektriciteitskosten en kunnen cruciale onderdelen significant sneller snijden.

Die laatste factor kan voor sommigen verrassend zijn, aangezien een computerbediende werktuigmachine lijkt geen probleem te hebben om te concurreren met een machine die absoluut geen rekenkracht heeft. Echter, de cam-gedreven machines kunnen meerdere snijgereedschappen tegelijkertijd gebruiken, met zeer weinig verplaatsing. “Alle gereedschappen rusten minder dan twee inch van het onderdeel,” zegt Reader, wijzend naar een halve cirkel van snijgereedschappen die frantically een vuurpen uit een dunne staaf snijden. “Dit maakt het veel sneller dan een CNC.”

Hoeveel sneller kan het zijn? “We hebben één onderdeel dat acht seconden per stuk zou duren op een Swiss CNC,” zegt Reader. “Op de cam-machine duurt het drie seconden.” Meer dan het verdubbelen van de productiesnelheid is een groot verschil, vooral bij hoge volumes. “Als we een CNC voor dat onderdeel moesten gebruiken,” zegt hij, “zouden we niet eens break-even halen.”

Maar wanneer zijn CNC-machines te verkiezen?

Precisie en tolerantie op de CNC

Een ander voordeel van de cam-gebediende Tornos-machines? De visuals. “De Swiss cam-machines zijn gemakkelijk toegankelijk, dus je kunt zien wat er gebeurt,” zegt Reader. Dit maakt ze perfect voor het leerlingenprogramma van het bedrijf, dat Reader credits geeft voor het leveren van een werkkracht. Foto: Precision Plus

“Het hangt echt af van de behoeften van het onderdeel,” zegt Reader. “Sommige onderdelen hebben verhoogde precisie nodig, wat een Swiss CNC biedt.” Neem het voorbeeld van een tandheelkundig onderdeel dat de faciliteit produceert. Aan één uiteinde is de diameter slechts 0,01 inch dik, en de lengte-tot-diameter-verhouding is vrij hoog, dus het vereist extra ondersteuning om chatter te elimineren en te voorkomen dat het onderdeel in de machine afbreekt. Deze kenmerken van het onderdeel maken de CNC noodzakelijk, aangezien het capabel is tot hogere precisie en grotere rigiditeit. Bovendien moet de oppervlakterouwheid bijna flawless zijn, want een kleine imperfectie kan catastrofaal zijn. “We moeten ervoor zorgen dat we de tolerantie precies raken,” zegt Reader. “Als dit tandheelkundige onderdeel enige oppervlakte-imperfecties had, kan dat leiden tot kraakvoortplanting en uitval tijdens gebruik.”

Ik denk dat iedereen die ooit in een tandartsstoel heeft gezeten, dankbaar is voor de verhoogde precisie van de CNC-machine.

Factoren anders dan tolerantie kunnen een rol spelen bij de keuze voor CNC-machines. Voor een ding kunnen ze grotere onderdelen aan — 12, 20 of 32 millimeter, afhankelijk van de machine. Daarnaast vereisen onderdelen zoals het tandheelkundige onderdeel hoogdruk-koelvloeistof, wat niet mogelijk is in de cam-gedreven Swiss draaibanken. Koelvloeistof kan ook een grote factor zijn voor materialen die draadige of kleverige spaan genereren, evenals klepcomponenten met O-ring-nutten die hoge druk nodig hebben om spaan te verwijderen.

Tot slot vinden de hoofdas-draaibanken werk met grotere en complexere onderdelen tot 2,5 inch in diameter. “Over het algemeen, als we veel materiaalverwijdering of een hogere graad complexiteit hebben, gaan we ons Miyano-platform benutten,” zegt Reader. De Miyano ABX wordt gebruikt voor agressieve en nauwkeurige machining — deels door de hydraulisch bediende spis en het robuuste machineontwerp dat het platform biedt. Een onderdeel gebruikt in semiconductorproductie betreft veel ID-materiaalverwijdering, off-center boren, draadschneiden en OD-draaien op hoge-trek, hoge-opbrengst roestvrij staal. Op een tweespindle draaibank met drie tourels kan het onderdeel compleet in één operatie gemachineerd worden tegen een hoogst competitieve tarief.

De andere draaibank — de Miyano BNX — is er voornamelijk voor zijn efficiëntie. “De BNX biedt snellere productiesnelheden dan de ABX terwijl het ook vijfde-decimaal offsets toestaat,” zegt Reader. Precision Plus machineert componenten plus/minus 1 tienduizendste inch op OD-draaien, en in totaal 3 tienduizendsten op ID-boringen. Wanneer het niet zo precies hoeft te zijn, is het capabel om gelijktijdig op de hoofdas de subspindle te machineeren met de enkele tourel, wat de doorvoer op veel onderdelen verhoogt. Beide platforms zijn uitgerust met quick-change spanklemmystemen van Hainbuch om insteltijd en onderdeelconcentriciteit van spindel tot spindel te verbeteren.

Zoals met veel dingen in machining, komt het er echt op neer wat het onderdeel is. “In het algemeen, hoe groter en complexer het onderdeel, des te waarschijnlijker het op de vaste hoofdas-draaibanken gaat,” zegt Reader. “Kleinere cilinderonderdelen met extreem strakke toleranties of die hoogdruk-koelvloeistof nodig hebben, gaan op de Swiss CNC-machines. Maar als we het op de Swiss CAM-machines kunnen maken, zal het waarschijnlijk sneller zijn, en net zo precies, om daar geproduceerd te worden.”