De expertise van Mill-Turn verbetert de precisiebewerking van microtandwielen

Amorphology, een spin-offbedrijf van NASA, is toonaangevend in de toepassing van geavanceerde materialen en productietechnologieën voor de verbetering van niet-gesmeerde microtandwielen voor robotica en andere industriële toepassingen waarbij gebruik wordt gemaakt van ‘amorfe’ metalen zoals bulkmetalen glazen.

Deze materialen hebben bijvoorbeeld geavanceerde eigenschappen vergeleken met staal, titanium en aluminium, en de patenten van het bedrijf voor verschillende metaallegeringen zijn gebaseerd op de ontwikkeling van tandwielen voor de ruimtevaart en andere toepassingen bij extreem koude temperaturen.

Aanbevolen inhoud

De s191H maakt deel uit van een familie van Starrag Bumotec frees-draai-bewerkingscentra gericht op de precisiebewerking van vaak complexe onderdelen in één opstelling. Bron:Starrag

Amorfe metalen zijn een niet-kristallijne klasse legeringen die anders snijden en versnipperen dan andere materialen, legt het bedrijf uit. In een poging om een werktuigmachine te vinden die de micro-versnellingen kon produceren, voerde Amorphology tests uit met verschillende machineleveranciers, waaronder Starrag, om de precisie, cyclustijden en algehele capaciteiten van de machines te beoordelen bij het snijden van een relatief onbekende legering.

“We waren gefocust op het vinden van de beste machine om te voldoen aan onze behoeften op het gebied van rapid prototyping, het snijden van mallen en nabewerkingen”, zegt Jason Riley, COO van Amorphology. Uiteindelijk koos het bedrijf voor de Bumotec s191H mill-turn van Starrag.

Na het ontvangen van CAD-bestanden van de prototype micro-tandwielen en het uitvoeren van bewerkingstests met behulp van een door Starrag ontwikkeld snijgereedschap op de locaties van de machinebouwer in Zwitserland en de Verenigde Staten, werden verschillende monsterbatches geproduceerd.

“We richten ons op onderdelen met hoge precisie, met toleranties van vaak rond de vijf micron op bepaalde afmetingen”, legt Riley uit. “Het grootste deel van ons werk is gericht op snelle prototyping en relatief lage batchproductiehoeveelheden in de buurt van honderden onderdelen per maand.

“De Bumotec biedt de freesmogelijkheden die we momenteel niet hebben, evenals een hogere productiecapaciteit”, voegt hij eraan toe. “De machine vult onze huidige mogelijkheden aan en biedt mogelijkheden die we niet hebben.”

Hier zijn voorbeelden van de micro-tandwielen die tijdens de molendraai worden geproduceerd. Bron:Starrag

Amorphology wijst erop dat de Bumotec s191H “een uniek waardevoorstel kan bieden”, door ofwel afzonderlijke stukken te bewerken of door honderden componenten te produceren in een ‘lights-out’-scenario.

Naast het maken van tandwielen voor gebruik in de ruimtevaart, worden de tandwielen van Amorphology gebruikt in cobots, robots en medische apparaten. De meeste cobots gebruiken bijvoorbeeld spanningsgolfversnellingen. Het belangrijkste onderdeel is een flexspline, een complex, dunwandig onderdeel.

De s191H maakt deel uit van een familie van Bumotec frees-draai-bewerkingscentra gericht op de precisiebewerking van vaak complexe onderdelen in één opstelling. Met een barcapaciteit van 65 mm, een staafaanvoer en een hogedrukkoelmiddeltoevoer (3 pk) kan de s191H bewerkingscapaciteiten bereiken tot ±2,5 micron binnen het X-, Y- en Z-asbereik van 410 bij 200 bij 400 mm, dankzij lineaire aandrijvingen en hoge thermische stabiliteit.

De 191neo-versie is voortgekomen uit de Bumotec s191 frees-draai van Starrag en biedt extra prestatiemogelijkheden, waaronder een 15% snellere gereedschapswisseltijd, 12% snellere achterbewerkingsbeweging en een freesspindel met een hoger koppel (175 Nm). Dit multitasking machineplatform met B-asspindel biedt opslag voor maar liefst 90 gereedschappen in het automatische gereedschapswisselsysteem. Het hier getoonde model was te zien op IMTS 2022 en demonstreerde de bewerking van wervelkolomkooien, compleet uit polyetheretherketon (PEEK) polymeer. Bron:PM

Bovendien wordt de hoofdspil aangevuld met een subspil die zowel in horizontale als verticale vlakken kan draaien om multitasking-routines mogelijk te maken. De gereedschapsmagazijnopties strekken zich uit tot maximaal 90 vakken op een machine met ijlgangsnelheden van 50 m/min en een spiltoerental van 30.000 tpm (40.000 tpm is een optie) die ook bijdragen aan de snelle cyclustijden.

Veel van de cobot-, robot- en medische apparaatonderdelen van Amorphology kunnen worden gegoten of spuitgegoten, maar soms moeten deze microonderdelen nabewerkt worden tot hogere toleranties. Starrag Bumotec "sneed zijn tanden" in het ontwerpen van machines voor de Zwitserse horloge-industrie en als gevolg daarvan zijn de machines bedreven in het produceren van hoogwaardige tandwielen van microformaat. Amorphology voorspelt dat de Bumotec s191H microversnellingsbakken zal bewerken zonder smering.

Het bedrijf waardeerde de resultaten ook en in gesprekken met Starrag over hoe beide organisaties konden samenwerken, werd overeengekomen dat Amorphology de Bumotec-machine in de faciliteit in Pasadena, Californië, zou laten zien, zodat de klanten van beide bedrijven deze konden bekijken.

In het democentrum is de machine te zien die een verscheidenheid aan onderdelen produceert, waaronder tandwielen, inzetstukken, metalen bulkglazen en traditionele metalen productieonderdelen.

Greg Dunkley, vice-president precisie-engineering van Starrag Bumotec, zegt:“Het opzetten van een laboratoriumomgeving om de precisie, kwaliteit en mogelijkheden van de Bumotec s191H te demonstreren, zal lucht- en ruimtevaart- en defensie-ingenieurs in staat stellen deze realtime bewerking te ervaren die zou kunnen worden gebruikt in hun productieactiviteiten.”