Productie optimaliseren met Y-as bewerking: Instellingtijden en kosten reduceren

Een van de productie-megatrends van de laatste decennia is het vereenvoudigen en minimaliseren van het aantal bewerkingsopzettens dat vereist is om een specifiek onderdeel te produceren. Markten vragen om kortere levertijden en gereduceerde voorraden, en dit creëert een duidelijke incentief voor OEM's en misschien nog meer voor hun leveranciers om manieren te zoeken om componentproductie zo veel mogelijk te stroomlijnen.

Winstgevendheid van een gegeven onderdeel kan zelfs afhangen van de capaciteit om verschillende opzettens in een enkele machine te combineren.

Een aspect van de single-setup trend is het toevoegen van "live tooling," of roterende gereedschappen, aan draaicentra. Om dit te bereiken, werden Y-as draai-frees machines in de late jaren 90 geïntroduceerd. De eerste eenvoudige typen live tools in draaicentra hadden een significante beperking. Omdat de roterende frezen in de meeste machineontwerpen simpelweg aan de revolver toegevoegd werden, konden ze alleen worden aangedreven in dezelfde twee assen van beweging als de draaigereedschappen, met andere woorden op de X- en Z-assen. Om het bereik te verbeteren, werd een extra set wegwegen toegevoegd om het live tool over het spindelvlak te bewegen. Dit werd bereikt door de live tools op de revolverzijden of op zijn vlak te monteren, door de Y-as wegwegen op een scheef bed te installeren, of door een onafhankelijke freeskop te gebruiken. Zowel machinefabrikanten als fabrikanten herkenden snel de voordelen van deze benadering. Nu, ongeveer twee decennia later, is de Y-as een standaardkenmerk in bijna alle multi-task machines en optioneel in veel nieuwe draaicentra.

Het toevoegen van de Y-as aan een draaicenter biedt 90-graden hoek tussen de drie lineaire assen, op een manier veel zoals een 3-as freescentrum.

Uitdagingen in afstakoperaties

Afstaken is een cruciale fase in elk draaiproces waar het vereist is. Het neemt slechts een klein percentage van de totale snijtijd in beslag maar is meestal de laatste operatie voordat het onderdeel klaar is. Een breuk van het afstakgereedschap kan gemakkelijk resulteren in machine-downtime en kwaliteitsissues, en in een worst-case scenario moet het werkstuk mogelijk geschroot worden en gaat alle toegevoegde waarde van eerdere werkfasen verloren. Materiaalkosten is een andere grote factor. Met name bij het bewerken van duurzame materialen, zoals hittebestande superlegeringen (HRSAs), is er een sterke incentief om de smalst mogelijke platen te gebruiken.

Deze factoren resulteren in twee diametraal tegenovergestelde eisen voor afstakgereedschappen: Ze moeten zo smal en slank mogelijk zijn om materiaalverlies te minimaliseren en het bereik van het gereedschap te optimaliseren voor maximaal werkdiameters. Toch lijden slanke gereedschappen gemakkelijk onder slechte stabiliteit en consequent trillingen en lawaai. Oppervlakteafwerking en dimensietoleranties vernield door ratelen zijn doorgaans onacceptabele risico's in afstakoperaties. Terwijl de Y-as de mogelijkheden om roterende gereedschappen in multi-task machines en draaicentra te gebruiken aanzienlijk verbredde, heeft deze capaciteit nu een grote innovatie geïnspireerd in een van de oorspronkelijke missies van deze machine-typen: Y-as afstaken.

Deze nieuwe afstakgereedschap en methode bieden significante productiviteits- en procesveiligheidsverbeteringen in potentieel elke afstakoperatie. De innovatie van Sandvik Coromant, Y-as afstaken, is gebaseerd op een extreem simpel principe. Terwijl conventionele afstakgereedschappen uitgelijnd zijn met de X-as van de machinetool, is het Y-as gereedschap simpelweg 90° tegen de klok in gedraaid om uitgelijnd te zijn met de Y-as. In de conventionele afstakgereedschapconfiguratie, wordt de relatief lange en slanke snijmes en houder onder een hoek van 90° in het roterende werkstuk gevoed en wordt de grootste snijkracht gegenereerd door de snijsnelheid, en de rest door voedingsbeweging.

Voordelen van Y-as afstaken

Door de meshouder 90 graden te draaien en de Y-as te benutten, kan het gereedschap zijn weg in het werkstuk snijden essentieel met zijn voorkant, wat de resulterende snijkrachtvector bijna uitlijnt met de longitudinale as van de mes. De meer gunstige krachtverdeling elimineert kritieke spanningen typisch voor conventionele messen en verhoogt de buigstijfheid bij een maximale snijdiepte (CDX) van 60 mm (2,36 inch) met meer dan zes keer. Of, omgekeerd, de gevoeligheid voor plastische deformaties en instabiliteit is zo laag als één zesde in het Y-as ontwerp vergeleken met de deformaties typisch voor conventionele afstakmessen. De meer dan 500% toename in messtijfheid stelt aanzienlijk hogere voedsnelheden en langere uithangen mogelijk zonder verlies aan stabiliteit, wat consequent de productiviteit van het gereedschap in gelijke mate verbetert. De algemene aanbeveling voor afstaken van staven is om uithang (OH) te minimaliseren of, bij een lange OH, een lichte snijgeometrie te gebruiken of de voeding te reduceren. Een veelvoorkomende drempelwaarde voor gereduceerde voeding is een OH die 1,5 keer de meshogte overschrijdt. Met Y-as tooling, kunnen langere uithangen bereikt worden zonder te accepteren dan minder dan optimale voedsnelheden, snijgeometrieën of gereedschapsafmetingen.

Dankzij de verhoogde stijfheid en consequent gereduceerde buiging, kan Y-as tooling de noodzaak voor over-centrum instellingen elimineren en de gerelateerde nadelen voorkomen zoals vroege plaatbreuken bij het door duwen door het centrum en snelle flankinslijting. Andere voordelen omvatten lagere geluidsniveaus, betere oppervlakteafwerking en een betrouwbaarder proces alsook de capaciteit om grotere diameters af te staken dan momenteel mogelijk.

Machine-specifieke aspecten van Y-as afstaken

Draaicentra: Doorgaans gebruikt voor massaproductie van staafmateriaal, typisch 65 mm (2,56 inch) in diameter. In dit type bewerking zijn de grootste voordelen van Y-as afstaken verbeterde productiviteit en oppervlaktekwaliteit. De kansen voor kwaliteitsoptimalisatie kunnen ook interessant zijn, aangezien afstaken typisch de laatste fase is voor een onderdeel. Een additionele kans is om de bewerkingseconomie te verbeteren door de afstakbreedte te verminderen.

Multi-task machines: Y-as afstakmessen bieden voornamelijk verhoogde toegankelijkheid en capaciteit voor grotere diameters. Een pre-test bevestigde een 50% toename in de uithang bij het snijden van een conventionele 120-mm diameter staaf bij de maximale voedingscapaciteit van de plaat. Een 300% productiviteitstoename werd bereikt zonder procesveiligheidscomplicaties. In een klanttestcase, verving Y-as afstaken bandzaagwerk voor een 180-mm diameter Inconel staaf, met als resultaat significante productiviteitsverbetering dankzij dramatisch kortere bewerkingstijden.

Scheef-bed machines: Typisch creëert de X-as een "opwaartse" helling naar de voorkant van de machine, met spindels aan een of beide einden van het scheef bed, en de X-as verplaatsing is meestal aanzienlijk langer dan de Y-as verplaatsing. De resulterende werkruimtebeperkingen moeten overwogen worden bij het overwegen van de bruikbaarheid van Y-as afstaken voor een specifiek onderdeel. In een multi-task machine, die essentieel gekarakteriseerd kan worden als een freescentrum met draaioptie, zijn typische gereedschapsmontages, zoals Coromant Capto® C6 of HSK63T mesadapter, vaak relatief lang om voldoende bereik tussen de hoofdkruk en sub-chuck mogelijk te maken. Vanwege dit is de totale opzet zwak in de X-richting vergeleken met de Y-as belasting, waar de snijkracht in de gereedschapsmontage en in de machinespindel gericht is. Typische Y-as gereedschapsmontages, meestal gebaseerd op een VDI-adapter of een bout-op mesadapter voor de machine-geadapteerde klemmingseenheid (MACU), zijn lang en slank om tussen hoofden sub-chuck te bereiken en afstaken dicht bij chuck toe te laten.

Aan de slag

Een investering in Y-as afstaken is in de eerste plaats een verandering in de benadering van afstakoperaties en de gerelateerde manieren van werken. Het biedt een manier om de capaciteiten van machines die al met een Y-as uitgerust zijn, fuller te benutten. Alternatief is het een optie die de productiviteit van afstakoperaties in een nieuwe machine of een gemodificeerde procesopzet aanzienlijk kan verhogen. Y-as afstaken kan zelfs een kans bieden om de gereedschapsvoorraad te verminderen omdat er minder behoefte is aan speciale messen aangezien de nieuwe Y-as messen in standaard adapters passen en standaard CoroCut® QD platen gebruiken.

Als praktische overweging, moet opgemerkt worden dat de snijkant 7 mm (0,276 inch) boven de Y = 0 positie zit wanneer gemonteerd op een standaard mesadapter. De operator moet ervoor zorgen dat deze uitsteeksels gecompenseerd wordt in het CNC-programma.

Bekijk Behind the Scenes van Y-As en Demo Y-As.