Kann dieser neue CNC-Mehrspindler für Ihre Werkstatt funktionieren?

Die Davenport Machine Company stieß kurz nach der Jahrhundertwende auf ein gutes Mehrspindel-Maschinendesign. Laut Don Firm, Präsident des Unternehmens, war es gut genug, dass viele Teile zwischen einem Modell DA von 1908, das in der Firmenzentrale in Rochester, New York, ausgestellt ist, und dem Modell B von 1996, das in der Fabrikhalle gebaut wird, austauschbar sind.

Die Welt, in der Davenports und allgemein Mehrspindel-Schraubautomaten zu Hause sind, verändert sich jedoch schnell. Zunehmend wirft der Druck des Marktes in Form von geringeren Losgrößen und höheren Toleranzanforderungen, zusammen mit einem Mangel an qualifizierten Einrichtern, Fragen zur Erweiterung der ehrwürdigen Mehrspindelautomaten auf.

Mr. Firm leitet die Bemühungen von Davenport, eine Mehrspindelmaschine für das nächste Jahrhundert zu schaffen. Die CNC-Servotechnologie hat sich zu einem Punkt der praktischen Anwendung auf Mehrspindeln entwickelt.

Er sieht diese neue Maschine mit der Bezeichnung LS 522 als Antwort auf die Probleme von Schraubwerkstätten und als Prozessalternative für Nicht-Schraubwerkstätten. Bei einem kürzlichen Besuch erhielten wir eine Vorschau dieser Maschine vor ihrer Einführung auf der IMTS 96.

Multi-Grundlagen Mehrspindelmaschinen stellen Teile schnell her, da ihr Design es ermöglicht, mehr als einen Schneidvorgang gleichzeitig durchzuführen. Im Allgemeinen (weil es viele Variationen gibt) wird jede Spindel auf einem Multi von zwei unabhängigen Achsen der Werkzeugbewegung geschnitten.

Der eine ist der Kreuzschlitten, der ein Schneidwerkzeug senkrecht zur Spindelmittellinie bewegt. Der zweite Schlitten trägt Endbearbeitungswerkzeuge und bewegt sich mittig vom Reitstockende der Maschine. Die Werkzeuge auf diesen Schlitten entsprechen jeweils den AD- und ID-Werkzeugen auf einem Einpunkt-Drehzentrum. Eine Mehrspindelmaschine kann jedoch gleichzeitig ein AD- und ein ID-Werkzeug an jeder Spindel verwenden. Davenport-Maschinen haben fünf Spindeln, sodass sie mindestens zehn Werkzeuge gleichzeitig in den Schnitt bringen können.

Spindeln auf einem Multi sind um den Umfang einer indexierbaren Trommel montiert. Da bei einem Mehrspindler alle Zerspanungsoperationen gleichzeitig erfolgen, produziert jeder Index der Spindeltrommel ein fertiges Teil. Bei einem Davenport mit fünf Spindeln sind das fünf Teile für jede Umdrehung der Trommel.

Quantität oder Qualität

Solange sich die meisten von uns erinnern können, hat der Mehrspindelautomat den Titel der Großserienfertigung für kleine Rotationsteile inne. Aber sie dreht Teile nicht schneller als andere Maschinenkonstruktionen. Da es sich bei vielen Multis um Stangenmaschinen handelt, sind die Spindeldrehzahlen im Vergleich zu Spannfuttern konservativ und im Vergleich zu Einspindel-CNC-Drehzentren langsam.

Das Geheimnis der Mehrspindel-Verarbeitungsgeschwindigkeit ist die kumulative Zykluszeit im Vergleich zur additiven. Sie tun dies, indem sie den Teilebearbeitungszyklus in zahlreiche kleine Operationen unterteilen und diese Operationen dann gleichzeitig auf mehreren Spindeln ausführen.

Maschinentaktzeiten auf einem Multi werden durch den längsten Schneidvorgang an einer Station bestimmt. Hier ist ein Beispiel. Station drei hat einen Endgleitbohrvorgang, der 0,75 Sekunden dauert (einschließlich Index). Die nächstlängste Operation ist eine 0,65-Sekunden-Quergleitrille an Station vier. Da der Mehrspindler alle Stationen gleichzeitig nutzen kann, spiegelt die Zykluszeit für den Auftrag die längste durchgeführte Operation wider, die in diesem Fall 0,75 Sekunden beträgt.

Im Allgemeinen sind Mehrspindelautomaten eher für hohe Geschwindigkeit als für hohe Genauigkeit bekannt. Die Mechanik mit ihren Nocken, Wellen, Hebeln und anderen Betätigungsvorrichtungen stapelt einfach zu viele Ungenauigkeiten, um die vielen Spezifikationen mit engen Toleranzen, die von Kunden gefordert werden, konsistent zu produzieren.

Für höhere Toleranzen suchen viele Betriebe nach Einpunkt-CNC-Drehzentren. "Ihre Programmierbarkeit und Servosteuerung der Konturen ermöglichen engere Toleranzen um einen Dezimalpunkt gegenüber den meisten Automatiken", sagt Mr. Firm.

Da das Einpunktdrehen ein sequenzieller Prozess ist, können diese Maschinen nicht die Volumina einer Mehrspindelmaschine produzieren. Auf einen Schruppdurchgang folgt ein Schlichtdurchgang. Eine Planbearbeitung findet vor einem Bohr- oder Bohrvorgang statt.

Daher ist die Zykluszeit auf einem Drehzentrum additiv. Die für jeden Vorgang benötigte Zeit wird addiert und die Summe wird zur Zykluszeit. Geschwindigkeiten und Vorschübe können die Gesamtzeit verkürzen, indem jeder Schneidvorgang schneller ausgeführt wird, aber der Prozess ist ein sequenzieller.

Automatische Presse

Mehrspindelautomaten gehören zu den letzten Bereichen der rein mechanischen Bewegungsführung. Die meisten dieser Maschinen sind in Geschäften zu finden, die sich auf die Herstellung von "Schraubenmaschinenteilen" spezialisiert haben. Unter diesen Geschäften sind viele mehr für die Marke der von ihnen verwendeten Schneckenmaschinen bekannt als für die von ihnen hergestellten Produkte. Es gibt Geschäfte in Davenport, New Britain, Acme und andere.

Es gibt gute Gründe, warum sich Geschäfte auf eine bestimmte Maschinenmarke spezialisieren. Es ist ein sehr erfahrener Techniker, der eine dieser automatischen Schraubmaschinen einrichten kann. Jede Maschine hat spezifische Eigenschaften.

Das Einrichten und Betreiben eines Mehrspindlers ist ein praktischer Vorgang. Es ist viel Geschick und Erfahrung erforderlich, um die Mechanik zu "optimieren", die diese Maschinen zum Laufen bringt. Leider gibt es einen zunehmenden Mangel an Personal, das die Arbeit erledigen kann.

Verstärkt wird dieser Personalmangel durch die zunehmende Notwendigkeit, Mehrspindler häufiger zu rüsten. Langfristige Aufträge, das traditionelle Lebenselixier der Schraubenmaschinenindustrie, werden immer kürzer.

Die Geschäfte sehen einen harten Wettbewerb um Verträge für traditionelle Schraubenmaschinen, da weniger solche Verträge vergeben werden. Kunden bestellen Teile in kleinen Mengen, aber häufiger, und reagieren teilweise auf Just-in-Time-Bestandsanforderungen und teilweise auf kürzere Produktlebenszyklen.

Einige Geschäfte halten eine Maschine dauerhaft eingerichtet, um wiederkehrende Aufträge auszuführen. Wenn ein Auftrag abgeschlossen ist, steht die Maschine still. Werkstätten müssen sich zwischen den Kosten für den Auf- und Abbau oder dem Nichtbetrieb der Maschine entscheiden. Angesichts des zunehmenden Drucks auf die Margen ist es immer schwieriger zu rechtfertigen, die Ressourcen des Shops nicht voll auszuschöpfen.

Neuigkeiten

Von Grund auf ist der neue LS 522 von Davenport eine neue Maschine. Der Sockel ist einteilig aus einer Epoxid-Granit-Mischung gegossen. Dieses Verbundmaterial hat hervorragende vibrationsdämpfende Eigenschaften und thermische Stabilität.

Das Design der Basis lässt das Reitstockende der Maschine offen. In diese Öffnung kann ein Späneförderer mit Kühlmittel-Auffangbehälter eingeschoben und direkt unter der Schnittzone der Maschine positioniert werden. Späne und Kühlmittel werden durch im Boden eingegossene Rinnen zum Förderer geleitet.

Die grundlegende Technologie für diese neue Maschine ist ihr Bewegungssteuerungssystem. „Die Servotechnologie ist jetzt an einem Punkt angelangt, an dem ihre Anwendung auf einen Mehrspindler praktikabel ist“, sagt Herr Firm. "Vor fünf Jahren kostete allein die Elektronik der LS 522 mehr als den prognostizierten Grundpreis der Maschine."

Mit Ausnahme des Antriebsmotors der Hauptspindel verfügt die LS 522 über zehn programmierbare Linearachsen. Jeder Kreuzschlitten und Endschlitten hat einen eigenen Servomotor. Der Betrieb dieser Elektromotoren ist deutlich leiser als ein mechanisches Betätigungssystem.

Um die von einer Nocke erzeugte Hubbewegung zu emulieren, verwenden diese kompakten Servos ein integriertes Getriebe, das die Drehbewegung des Servomotors in eine lineare Bewegung umwandelt, die einen Hub an einer Ausgangswelle erzeugt. Der Linearmotor ist direkt mit seinem jeweiligen Werkzeugschlitten gekoppelt, wodurch Kugelumlaufspindeln überflüssig werden. Der Hub dieser Motoren ist vollständig programmierbar.

Das Getriebe bietet einen mechanischen Vorteil, der der Ausgangswelle eine ausreichende Schubkraft von 800 Pfund pro Schlitten verleiht, um Formwerkzeuge in die meisten Materialien einzuführen.

Die Indexpositionierung des Spindelträgers ist entscheidend für die Maßhaltigkeit des Werkstücks. Zur Aufnahme des Spindelträgers wird eine Hurth Vielzahnkupplung verwendet. Die Indexzeit beträgt 0,4 Sekunden. Stangenkapazitäten sind 0,875 Zoll für Rundmaterial, 0,625 Zoll für Vierkant und 0,75 Zoll für Sechskant.

Der Hauptspindelantrieb ist ein 14-PS-Wechselstrommotor, der die fünf Spindeln über ein Planetengetriebe antreibt. Die Drehzahlen sind über die CNC programmierbar und reichen von 250 bis 6.000 U/min. Einzelne Spindeln können so programmiert werden, dass sie für Spreizfräsen, Querbohren oder Quergewindeschneiden anhalten.

Steuerung für den neuen Davenport ist ein 486 PC. Um die Achsschlitten zu betätigen, wird eine Bewegungssteuerplatine verwendet, um zwischen dem Computer und den Servos zu kommunizieren. Ein SERCOS-Loop-Feedback, das Glasfaserkabel verwendet, um die Servos mit der Bewegungssteuerungsplatine zu verbinden, überträgt Positionsdaten zu und von den Servomotoren.

Genauigkeit?

„Die Maßhaltigkeit der Mehrspindel-Mechanik von Davenport ist erschöpft, wenn Toleranzen über 0,002 Zoll erforderlich sind“, sagt Herr Firm. "Sie wurden einfach nicht entwickelt, um bessere Toleranzen zu liefern."

Das ist eine weitere Motivation für die Entwicklung der LS 522. Die Verwendung von Servomotoren anstelle von Nocken und die Verwendung einer Hurth-Kupplung an der Spindeltrommel erhöhen die Genauigkeit der neuen Maschine auf ±0,0002 Zoll.

Einrichtung beschleunigen

„Herkömmliche mechanische Mehrspindler, einschließlich Davenports, können 12 bis 48 Stunden dauern, um die Maschine für einen neuen Auftrag einzurichten“, sagt Herr Firm. „Ein vollständiger Wechsel für diesen neuen Mehrspindler dauert etwa zwei Stunden und viel weniger als für den Betrieb einer Teilefamilie. Bei so kurzen Setups gibt es keinen Grund, den Ressourcenverbrauch zu begrenzen, indem Maschinen bestimmten Jobs zugewiesen werden.“

Der Schlüssel zur Verkürzung der Umrüstzeiten liegt in der Programmierbarkeit der Servoantriebe. Die Bewegung des Querschlittens und der Endschlitten einer mechanischen Maschine wird durch eine Kurvenscheibe erzeugt. Die Feinabstimmung des Hubs (Achsenkompensation) ist ein zeitaufwändiger Prozess von Versuch und Irrtum, wobei normalerweise mechanische Einstellungen an jedem der zehn beweglichen Schlitten erforderlich sind.

Servotechnologie anstelle von Nocken modifiziert diesen Prozess dramatisch. Mit programmierbarem Hub, Eilgang und Vorschübe werden per Tastendruck eingestellt. Die Werkzeugkorrektur wird auf der Steuerung durchgeführt.

Für jede Spindel werden zwei Referenzpunkte verwendet. Der Längsnullpunkt ist der Startpunkt für den Querschlitten. Die Spindelmittellinie ist der radiale Nullpunkt vom Endbearbeitungsschlitten. Alle Achsenbewegungen sind positive Zahlen von diesen Startpunkten aus. Wie bei Nockenmaschinen ist jede Achsenbewegung ein Eintauchen. Beim neuen Davenport werden Standard-Formwerkzeuge verwendet, sodass Werkstätten keine Lagerwerkzeuge entsorgen müssen.

Ein Bediener/Programmierer gibt einfach eine Start- und Enddimension ein. Eine residente Datenbank berechnet die Vorschübe zwischen 0,0002 und 0,050 Zoll pro Umdrehung. Die Eingabe wird für jede Folie wiederholt. Die Arbeitsgangszuordnung und -reihenfolge erfolgt über ein Arbeitsplanblatt.

Die Kräfte, die das Produktionsdrehen prägen, verlangen von den Werkstätten einen anderen Blick auf die Werkstückbearbeitung. Die Zykluszeit war fast ausschließlich das Maß der Produktivität und ein wichtiger Maßstab für erfolgreiche Ausschreibungen.

Kunden und Geschäfte sind sich der Zykluszeit immer noch sehr bewusst. Seine Bedeutung sollte nicht abgewertet werden. Aber auch die Gesamtzykluszeit für einen Durchlauf sollte nicht vernachlässigt werden. Mit der Verkürzung der Produktionsläufe und der Notwendigkeit, schnell auf die JIT-Planung zu reagieren, ist die Gesamtzykluszeit – was vor und nach dem Schneiden des Teils passiert – ein zunehmend wichtiger Indikator für die Effizienz. Wie schnell ein Geschäft Aufträge wechseln kann, ist der Schlüssel, um mehr Gewinn aus einem Produktionslauf zu ziehen. Und die Gesamtdurchsatzleistung eines Shops ist meistens der Schlüsselfaktor für den Gewinn oder Verlust eines Vertrags.

Neue Welten erobern

Dass die neue Davenport LS 522 in den Schraubwerkstätten einen willkommenen Absatz finden wird, ist fast schon selbstverständlich. Das Servobetätigungssystem der Maschine dupliziert originalgetreu die Funktionalität und Geschwindigkeit mechanischer Maschinen.

Die an mechanischen Mehrspindlern gesammelten Erfahrungen in der Auftragsbearbeitung sind direkt auf die CNC-Maschine übertragbar. Auch die Werkzeuge sind ohne Änderung auf die neue Maschine anwendbar.

„Die Effizienz der Simultanverarbeitung ist unbestritten“, sagt Herr Firm. "Werkstätten von der Last langer Umrüstzeiten zu befreien, die Produktion mit höheren Toleranzen zu ermöglichen, den Betrieb zu vereinfachen und gleichzeitig die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Teile so gut oder besser als die Mechanik zu halten, ist das Versprechen dieser neuen Maschine."

Im Produktionsdrehbereich ohne Spindelmaschinen erwartet Davenport, dass die LS 522 eine Bearbeitungsalternative zu einspindligen Einpunkt-Drehzentren bietet. Diese Werkstätten kennen sich mit Programmierung aus, aber viele sind weniger vertraut mit Formularwerkzeugen und Prozessplanung für den gleichzeitigen Betrieb.

Wenn diese Betriebe den Übergang vom zweiachsigen Einpunkt-Konturdrehen zum einachsigen Formwerkzeugdrehen vollziehen, sieht Mr. Firm Drehereien mit mittlerer bis hoher Produktion, die diese neuen Mehrspindelmaschinen einsetzen, um ihren Durchsatz dramatisch zu steigern.

Ist es für Sie?

Es gibt im Wesentlichen zwei Arten von Betrieben, die diese neue Mehrspindelmaschine in Betracht ziehen könnten. Dies sind Schraubwerkstätten und Werkstätten mit mittleren bis hohen Stückzahlen, High-Mix-Drehanwendungen, die derzeit mit Einpunkt-Drehzentren ausgeführt werden.

Schraubenwerkstätten sollten reduzierte Rüstanforderungen erkennen, ohne die mechanisch ähnliche Funktionalität als Produktionsvorteil zu verlieren. In der heutigen Produktionsumgebung ist es sinnvoll, die Kapazitäten der Werkstatt zu erweitern, um kleinere Auflagen und engere Toleranzen wirtschaftlich einzubeziehen.

Für Werkstätten, die einspindliges Einpunktdrehen verwenden, stellt ein Übergang zu mehreren Spindeln und Formwerkzeugen eine bedeutende Änderung in der Verarbeitungstechnik dar. „Es ist nie einfach, die Art und Weise zu ändern, wie Sie Teile verarbeiten“, sagt Mr. Firm. "Die Kosten für Formwerkzeuge müssen gegenüber Einpunktwerkzeugen berücksichtigt werden. Es ist eine andere Art, Werkstücke zu drehen, die gelernt werden muss."

Der Wechsel kann sich jedoch lohnen, wenn die Qualitätsanforderungen aufrechterhalten werden können, während eine signifikante Produktionssteigerung realisiert wird. Mehr Durchsatz pro Maschine bedeutet, dass mehr Jobs auf jede Maschine verteilt werden können.

Wenn Sie also eine Vielzahl von Präzisionsteilen in mittleren bis hohen Stückzahlen drehen, finden Werkstätten, die bisher noch nicht an CNC-Mehrspindelmaschinen gedacht haben, diese neue Werkzeugmaschine als Bearbeitungsergänzung zu Einpunkt-Drehzentren oder als einen Blick wert Alternative zur Automatik.