Waar geautomatiseerde vijfassige bewerking geen uitdaging is

De afspeelsnelheid in deze video is verhoogd terwijl de grijper toegang had tot een andere pallet vanuit het opslagrek van de machine.

Challenge Machine maakt gebruik van een lasertaster die is geïnstalleerd aan de zijkant van het zwenkbare B-asgietstuk van de nieuwe vijfassige machine voor het vooraf instellen van het gereedschap en, tijdens een onbeheerde bewerkingscyclus, om te controleren op gereedschapsbreuk en gereedschapsslijtage (voor sommige toepassingen).

Blaine, Minnesota's Challenge Machine is gespecialiseerd in het bewerken van kleine, complexe onderdelen - sommige buitengewoon klein. Het doet dit met behulp van een reeks apparatuur, waaronder B-as draaibanken van het Zwitserse type, VMC's met taptafels die zorgen voor rotatie op de vierde en, in sommige gevallen, vijfde as, en high-speed, echte vijf-assige bewerkingscentra.

Hoewel de werkplaats lange stukken onbemande bewerking heeft kunnen realiseren met zijn staafgevoede Zwitserse types, moest tot voor kort alle freesapparatuur handmatig worden geladen. De meest recente vijfassige machine is echter uitgerust met een geïntegreerde palletwisselaar voor het vasthouden van werkstukken en een automatische gereedschapswisselaar (ATC) met hoge capaciteit, zodat deze overdag zonder toezicht kan werken en 's avonds zonder licht. Bovendien vereenvoudigt de CNC-functionaliteit in combinatie met tastroutines het programmeren omdat bewerkingen worden gemaakt op basis van één kinematisch punt dat één werkcoördinatensysteem creëert.

Machinist Brandon Gill is de primaire programmeur, setup-persoon en operator van Micro Pro. Hij waardeert functies zoals de mogelijkheid om bewerkingen te programmeren op basis van één kinematisch punt/werkcoördinatensysteem met behulp van Micro Pro's Heidenhain TNC 640 CNC en tasterroutine, in plaats van te programmeren met G54 of G55 G-code offsets.

De geautomatiseerde vijfassige machine is een Micro Pro van het Duitse Kern Microtechnik (in de Verenigde Staten bekend als Kern Precision, gevestigd in Addison, Illinois). Aaron Schreiber, de algemeen directeur van Challenge Machine, zegt dat de winkel al 15 jaar aan dit geavanceerde machineplatform dacht, en hij geeft toe dat het geen kleine investering is. De winkel besloot echter eind 2019 de trekker over te halen omdat er problemen waren met nauwkeurigheid, herhaalbaarheid en oppervlakteafwerking voor een groeiend aantal medische onderdelen die de ISO 13485-gecertificeerde winkel op sommige van zijn vijfassige tapmachines draaide. Bovendien merkt hij op dat functies zoals koelkanalen in de nieuwe machine die thermische groei verminderen, ook een betrouwbare bewerking mogelijk maakten voor complexe onderdelen die doorgaans lange cyclustijden hebben. Dit, naast andere machinemogelijkheden, geeft de winkel het vertrouwen om hem zo in te stellen dat hij dagen of zelfs weken zelfstandig kan draaien.

Laat het lopen

Jim Betland startte Challenge Machine in zijn kelder in 1999. In het begin was een groot deel van het bedrijf gewijd aan microbewerkingsonderdelen voor de halfgeleiderindustrie. De winkel, onlangs gekocht door Assurance Manufacturing in Minneapolis, richt zich nog steeds op de kleine dingen. (Ik heb het over de grootte van het onderdeel en let op belangrijke details over microbewerkingen.) Schreiber zegt dat de verkoop dit jaar met 15% is gestegen, omdat de winkel zich meer op de medische markt richt en zich ook richt op ruimtevaartwerk.

De winkel heeft een reeks onderdelen van verschillende materialen op de Micro Pro. In een normale maand worden er 10 tot 15 verschillende onderdeelnummers op de machine uitgevoerd, waarvan vele met cyclustijden van meer dan 3 uur.

Volgens Kern bereikt de Micro Pro - met hydrostatische geleidingen, lineaire aandrijvingen en een enkelvoudig gegoten basis gemaakt van ultrahoogwaardig beton (UHPC) - een positioneringsnauwkeurigheid van meer dan 2 micron en een herhaalbaarheid van meer dan 1 micron. Hij is ontworpen met het oog op de bewerking van kleine onderdelen en biedt XYZ-bewegingen van 350 bij 220 bij 250 mm, terwijl de draaibare B-as 220 graden draait. Schreiber merkt op dat zijn kleine voetafdruk van 43 vierkante voet wordt gewaardeerd, aangezien het vloeroppervlak momenteel een premie is in de 16.000 vierkante voet, milieuvriendelijke faciliteit van de winkel. (Hij zegt dat dit een van de redenen is waarom de winkel de komende jaren waarschijnlijk naar een andere locatie zal verhuizen.)

Snijgereedschappen en werkstukpallets worden aan de zijkant van de machine opgeborgen. Deze machine biedt plaats aan 30 werkstukpallets en 109 gereedschappen. Het kleinste gereedschap dat de winkel heeft gebruikt op de Micro Pro (die een HSK 40-spil van 43.000 tpm heeft) heeft een diameter van 0,003 inch.

De Micro Pro van Challenge Machine maakt gebruik van een Erowa-nulpuntsysteem voor werkstukopspanning met een krachtige boorkop die een herhaalde positioneringsnauwkeurigheid van minder dan 0,0001 inch biedt. De machine kan 30 pallets en 109 gereedschapshouders opslaan in de gesloten rekken met meerdere niveaus langs een van de zijkanten. De integrale werkstukwisselaar levert automatisch pallets met grondstof (gewoonlijk ronde voorraad in spantangen in de koffer van de Challenge Machine) naar de spankop en verwijdert en bewaart pallets zodra de onderdelen zijn voltooid.

De opslagcapaciteit voor werkstukken en gereedschappen biedt de werkplaats veelzijdigheid in de soorten taken die over de machine worden uitgevoerd. Er kan bijvoorbeeld redundant gereedschap in de machine worden geladen wanneer de batchgroottes van dezelfde of vergelijkbare onderdelen groot zijn. (Schreiber zegt dat batchgroottes voor deze machine meestal uitkomen op 100 tot 300 stuks.) Omgekeerd kunnen verschillende gereedschappen (en pallets met grondstof) ook worden geladen, zodat deze tegelijkertijd een mix van kleine volumes kan uitvoeren.

De integrale werkstukwisselaar levert automatisch pallets met materiaal (meestal ronde voorraad in spantangen) aan de werktafel en verwijdert pallets zodra de onderdelen zijn voltooid. Een Erowa nulpuntsysteem voor werkstukopspanning is voorzien van elektrische klauwplaten die een herhaalde positioneringsnauwkeurigheid van minder dan 0,003 mm bieden.

Hoewel de batchgroottes voor deze machine schijnbaar klein zijn (veel van het werk van de winkel bestaat uit prototypes en lage productievolumes), zijn de cyclustijden van onderdelen vaak hoog. Hij draait soms 3 weken zonder toezicht, en cyclustijden van 3 uur voor een onderdeel zijn niet ongewoon. De Micro Pro voltooit bijvoorbeeld een medisch onderdeel van titanium dat wordt gebruikt voor aortaklepreparatie met wanden van 0,014 inch breed van 1,25 inch diameter barstock waarin 97% van het materiaal is verwijderd.

Hier wordt een boorkop alleen gebruikt voor handmatige lossen van voltooide onderdelen en laden van nieuw materiaal.

Voor toepassingen zoals deze en waaiers voor bloedpompen is contouren over de volledige vijf assen vereist. De winkel profiteert echter ook van het uitvoeren van 3 + 2 positioneringsbewerkingen voor meer prismatische onderdelen, in plaats van ze over meerdere machines te laten lopen of meerdere instellingen uit te voeren.

Om nog meer vertrouwen te bieden om de Micro Pro onbeheerd te laten werken, maakt Challenge Machine gebruik van de Blum-Novotest lasertaster die aan de zijkant van het zwenkbare B-asgietstuk van de machine is gemonteerd voor het vooraf instellen van het gereedschap en, tijdens onbemande bewerkingscycli, om te controleren op gereedschap breuk en slijtage van gereedschap (voor sommige toepassingen).

Machinist Brandon Gill is de primaire programmeur, setup-persoon en operator van de Micro Pro. Hij zegt dat een kleine uitdaging met deze machine was om vertrouwd te raken met de Heidenhain TNC 640 CNC (de eerste van dit merk in de winkel), hoewel dit gewoon een kwestie was van vertrouwd raken met de interface van de CNC en waar je toegang had tot specifieke functies. Hij waardeert functies zoals de mogelijkheid om bewerkingen te programmeren op basis van één kinematisch punt-/werkstukcoördinatensysteem met behulp van de TNC 640 CNC, in plaats van te programmeren met G54- of G55 G-code-offsets. De winkel gebruikt GibbsCAM om onderdeelprogramma's voor deze machine te ontwikkelen, net als voor zijn andere freesmachines.

Gill merkt zelfs op dat dit soort mogelijkheden de reden zijn waarom de Micro Pro zijn favoriete machine is om te programmeren en te bedienen.

Een Zwitsers type bekijken als een vijfassige machine

Dit complexe medische onderdeel bracht Challenge Machine ertoe om zijn eerste draaibank van het Zwitserse type te overwegen, een draaibank met een programmeerbare, draaibare B-as met actieve gereedschapsstations. Het gekozen model was een Marubeni Citizen-Cincom L220 die het in 2015 kocht. De winkel had het implanteerbare, medische polyetheretherketon (PEEK) onderdeel gebruikt dat wordt gebruikt bij knievervangingsprocedures op twee CNC-machines. Een vijfassige machine freesde een groot deel van het onderdeel (cyclustijd was 45 minuten) en een drieassige machine voltooide het (cyclustijd was 15 minuten). De L220 kon het onderdeel in 15 minuten voltooien.

De winkel ontdekte dat het ontwikkelen van gereedschapsstrategieën voor dit type machine vindingrijkheid vereist. In tegenstelling tot CNC-freesmachines met gereedschapswisselaars met hoge capaciteit, hebben Zwitserse typen een beperkt aantal gereedschapsstations. De L220 heeft vijf draaistations, drie kruiswerkstations voor de hoofdspil, zes tegenoverliggende stations (drie live, drie statisch), acht stations op de achterpost (vier live, vier statisch) en vier live stations op de B-as gereedschapspost. Er is gewoon niet de capaciteit om specials zoals aangepaste formuliertools te gebruiken, zoals de winkel op een molen zou hebben gebruikt. Als gevolg hiervan moet Challenge Machine creatief zijn in het gebruik van kogelmolens, boorbaren, groefgereedschap en dergelijke om de complexe functies te creëren die onderdelen nodig hebben, zoals de klokvormige ID-geometrie op het PEEK-knievervangingsonderdeel.