Einrichtung für einzelne Setups

Wie minimieren Sie die Stückkosten für komplexe Teile, die gedreht, gefräst und gebohrt werden müssen? Für Steve Hattori ist die Antwort einfach:Bearbeiten Sie sie mit nur einer Einrichtung – und machen Sie diese Einrichtung so einfach wie möglich.

Der Präsident der Vertragswerkstatt Salinas Valley Precision (Salinas, Kalifornien), Herr Hattori, benötigte früher mindestens drei Maschinen, um ein beliebiges komplexes rundes Teil aus Vollmaterial herzustellen:eine Bandsäge zum Ablängen des Materials, eine Drehbank und eine Bearbeitungsmaschine Mitte, um Abflachungen und Löcher hinzuzufügen. Jetzt lässt die Werkstatt all diese Arbeit von einer einzigen Maschine erledigen – sie wandelt automatisch ungeschnittenes Stangenmaterial in fertige Teile um und ersetzt effektiv zahlreiche Einstellungen durch eine einzige.

„Jeder, der für die alte Art plädieren würde, hat noch nie versucht, eine Angelrolle maschinell zu bearbeiten“, sagt Herr Hattori. Tatsächlich lehnte Hattori ab, als ihm zum ersten Mal ein lokaler Sportartikelhersteller das Angelrollenteil anbot. Damals war das Teil zu komplex, um profitabel zu sein. Die aus massivem Aluminium geschnittene Rolle mit 3,25 Zoll Durchmesser, bei der 90 Prozent des Materials entfernt wurden, besteht aus zwei leicht zu verziehenden Flanschen mit einer Dicke von weniger als 0,1 Zoll, die durch einen ausgehöhlten Kern mit nicht viel dickeren Wänden verbunden sind>

Das Teil muss von allen Seiten angegriffen werden. Jeder Flansch ist von 12 Löchern mit einem Durchmesser von 0,45 Zoll durchdrungen, die der Gewichtsreduzierung dienen. Der Kernumfang umfasst außerdem 12 ovale Schlitze zur Gewichtsreduzierung. Schließlich enthält eine Gegenbohrung auf einer Seite 36 Verzahnungen für den Ratschenmechanismus der Angelrute sowie eine Presssitz-Lagerbohrung mit einer Gesamttoleranz von 0,0002 Zoll im Durchmesser.

„Und all diese Geometrie war nur das halbe Problem“, sagt Herr Hattori. „Der Rest war Losgröße. Wir hätten das Teil mit komplexen Vorrichtungen auf dem Bearbeitungszentrum zusammen mit der CNC-Drehmaschine, die wir damals verwendeten, bearbeiten können. Dies hätte jedoch hohe Einrichtungskosten verursacht, die sich nicht amortisieren ließen die kleine Auflage des Teils oft nur 100 Stück."

Mr. Hattori hat den Angelrollen-Prototyp bearbeitet, sich aber nicht die Mühe gemacht, auf das Produktionsteil zu bieten. Zumindest zunächst nicht. Seitdem ist das Teil jedoch zu einer wichtigen Einnahmequelle für den 10-Mitarbeiter-Betrieb geworden. Das kam, nachdem Herr Hattori seinen Prozess neu erfunden hatte.

Bearbeitung aus einer Hand

Das wichtigste Ergebnis des Einfallsreichtums von Herrn Hattori ist ein Prozess, bei dem alle Dreh-, Fräs- und Bohrvorgänge auf einer einzigen Maschine kombiniert werden, einem Mazak „Super Quick Turn“ (SQT) 15MS-Y CNC-Drehzentrum. Neben einer Reihe von Rotationswerkzeugen für Fräsoperationen und einer gegenüberliegenden zweiten Spindel für das Drehen auf der zweiten Seite ist die Maschine mit einer programmierbaren Y-Achse mit einem Hub von vier Zoll ausgestattet. Diese Fähigkeit der Y-Achse ermöglicht außermittige Fräsoperationen, während das Werkstück noch in der Primär- oder Sekundärspindel gehalten wird.

Durch die koordinierte, automatische Übergabe zwischen den beiden Spindeln kann jede Oberfläche des Teils ohne menschliches Eingreifen erreicht werden. Jeder Dreh-, Fräs- und Bohrvorgang erfolgt ohne „Lösen“ des Teils, somit bleiben kritische Werkstückpositionsreferenzen während des gesamten Bearbeitungsprozesses erhalten.

Werkstückzuschnitte werden der Maschine mit einem Mazak Cut-Feeder zugeführt. So wie die Fräs-Bohr-Fähigkeit das Drehzentrum an die Stelle eines Bearbeitungszentrums treten lässt, eliminiert der Cut-Feeder die Bandsäge aus dem Prozess und verkürzt auch die Verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Teilezyklen auf nur wenige Sekunden. Der Cut-Feeder schiebt Stangenmaterial nicht nur vor, er schneidet es auch auf Länge von 0,60 bis 5,11 Zoll. Es führt dieses Trennen aus, während die SQT das aktuelle Teil bearbeitet, und lädt dann das neue Werkstück durch das Spannfutter, sobald die Drehmaschine für den nächsten Zyklus bereit ist.

Die automatische Zuführung hilft, die Rüstzeit zu minimieren. Das Gerät speichert bis zu fünf Stangen mit einem Durchmesser von 3,25 Zoll, die für Angelrollen verwendet werden, und schiebt und schneidet jede Stange ohne Drehung vor. Anstelle einer herkömmlichen Stangenvorschubmethode hält der Cut-Feeder die Stange stationär, während sich die Schneidwerkzeuge um das Material drehen und langsam einführen, bis das Schneiden abgeschlossen ist. Da sich die Stäbe nicht drehen, ist keine Vorbearbeitung erforderlich, um sie rund zu machen (auch Vierkant- oder Sechskantprofile funktionieren). Dadurch kann Herr Hattori einfach eine oder mehrere Stangen in den Feeder fallen lassen und sie vom Drehzentrum in fertig bearbeitete Teile umwandeln lassen. Das abschließende Entgraten ist der einzige Arbeitsgang, der außerhalb der Maschine durchgeführt wird.

Der Bearbeitungsprozess umfasst 20 Werkzeugwechsel, erfordert aber keinen Bediener, daher lässt Herr Hattori ihn oft unbeaufsichtigt laufen – und erhält 90 Rollen für jede 12-Fuß-Stange, die er lädt.

Return On Imagination

Die Rollen kommen alle acht Minuten aus dem Wendezentrum. Obwohl der Zyklus die hohen Spindeldrehzahlen der Maschine ausnutzt – 5.000 U/min für Haupt- und Zweitspindel, 3.000 für Rotationswerkzeuge – ist Mr. Hattori nennt kreatives Programmieren als Hauptgrund dafür, dass die Zykluszeit so kurz ist. Als ehemaliger Bearbeitungsspezialist für ein F&E-Unternehmen für die Luft- und Raumfahrt eröffnete Hattori sein Geschäft vor 10 Jahren, damit er nach der Schließung und Schließung seines Arbeitgebers weiterhin komplexe CNC-Bearbeitungsstrategien entwickeln konnte.

„Die Multitasking-Drehmaschine zahlt sich für die Vorstellungskraft eines Programmierers mehr aus als jede andere, die ich verwendet habe“, sagt er. "Bei so vielen Optionen in einer Maschine gibt es immer einen anderen Weg -- und oft einen besseren Weg -- um ein Feature zu produzieren."

Zum Beispiel fand Herr Hattori eine ungewöhnliche Methode, um die dünnen Flansche der Aluminiumrolle mit hoher Geschwindigkeit ohne Durchbiegung zu drehen. Nachdem alle Merkmale in einer Fläche bearbeitet wurden, während sich das Teil im Hauptspannfutter befindet, lässt Mr. Hattoris Programm das zweite Spannfutter greifen, während der primäre Spannfuttergriff weiterhin beibehalten wird. Das Greifen des Teils von beiden Seiten auf diese Weise beseitigt das Durchbiegungsproblem. Während sich die beiden Spindeln gemeinsam drehen, wird das Metall zwischen den beiden Flanschen herausgezogen, als wäre es eine einzelne Rille mit einer Tiefe von 0,75 Zoll.

Die Y-Achsen-Fähigkeit wird verwendet, um die Ratschenverzahnungen herzustellen. Anstatt das Teil mit der Spindel zu indizieren, um jede Vertiefung zu schneiden – wie dies auf einer herkömmlichen Drehmaschine mit angetriebenen Werkzeugen geschehen würde – hat Mr. Hattori lässt die Hauptspindel das Teil stillhalten, während sich der Revolverkopf mithilfe von X-Y-Interpolation von einer Verzahnung zur nächsten bewegt. Während der Revolver die Bewegung nur geringfügig schneller macht als die Indexierspindel, ist der Produktivitätsgewinn deutlich, wenn dieser Unterschied mit 36 ​​Verzahnungen multipliziert wird.

In anderen Fällen erzeugt die Y-Achse Merkmale, die auf einer herkömmlichen Dreh-/Fräsmaschine mit drei Achsen (X, Y und C) bearbeitet werden könnten. Ein Beispiel ist ein Ratschenrad aus 4340-Stahl für den Zeitsteuerungsmechanismus eines Roboter-Montagesystems. Das Teil hat einen Durchmesser von 3,25 Zoll mit einer 3/16 Zoll dicken Scheibe und einer breiteren integrierten Nabe und sieht aus wie ein Sägeblatt mit 12 Zähnen am Umfang. Die Y-Achse ermöglicht die Bearbeitung von 12 Abflachungen am Blattumfang. „Jede Wohnung ist ein einfacher Schnitt“, sagt Herr Hattori. „Früher brauchten wir für dieses Teil ein Bearbeitungszentrum, aber jetzt, da ich es [in einer einzigen Aufspannung] komplett schneiden kann, dauert die Bearbeitung einer Charge von 100 Rädern drei Stunden weniger.“

Drei-Achsen-Interpolation

Dieser Teil ist ein weiterer Fall des Teufels in den Verzahnungen. Für einen lokalen Hersteller medizinischer Geräte stellt Herr Hattori eine Halterung mit 2 Zoll Durchmesser für die Steuereinheit eines elektronischen Kardiographiekatheters her. Das Teil ist eine Hälfte eines Scharniergelenks, das die Steuerung in zahlreichen Ausrichtungen stabil hält, und weist eine lange Abflachung entlang der Mittellinie auf, wo die Hälfte des oberen Teils des Teils maschinell weggearbeitet wird. Diese Abflachung bildet die Oberfläche, an der sich die beiden Hälften des Gelenks treffen, und enthält ein Loch für den Drehpunkt, der sie verbindet. Um diesen Drehpunkt herum befinden sich 30 Sägezahnverzahnungen. Dadurch, dass das Gelenk in mehreren Positionen ineinandergreifen und arretieren kann, bilden die Verzahnungen ein symmetrisches Sonnenstrahlmuster mit dem Drehpunkt in der Mitte und passen zu einem ähnlichen Muster auf der anderen Hälfte des Scharniers.

„Zwei Linearachsen reichen nicht aus, um dieses Merkmal zu bearbeiten; man muss drei haben“, sagt Herr Hattori. „Obwohl die Spitzen der Verzahnung alle in derselben Ebene liegen, tun dies die Werkzeugwege nicht. Wir verwenden einen speziell geschliffenen Schaftfräser, der dem Winkel der Mulde zwischen zwei Verzahnungen entspricht, aber selbst mit diesem Werkzeug ist ein zweiachsiger Werkzeugweg möglich nicht die richtige Form schneiden Anstelle der notwendigen scharfen Spitze bis zum Umfang des Musters würde ein zweiachsiger Werkzeugweg eine fächerförmige Spitze erzeugen, da der Raum zwischen den beiden Schnitten mit zunehmender Dicke dicker werden würde Werkzeug von der Nabe wegbewegt."

Um dieses Problem zu lösen, interpoliert Herr Hattori in drei Achsen, um jeden Schnitt auszuführen. Der Durchmesser des maßgeschliffenen Werkzeugs ist etwa so groß wie der Spitzenabstand am Umfang. Daher beginnt Mr. Hattori an der Nabe – wo das Werkzeug nur an seiner Spitze schneidet – und führt das Werkzeug in Y nach unten, während es sich entlang des Radius des Musters in X und Z nach außen bewegt gleiche Spitzenstärke am Umfang wie an der Nabe und werden in einem Durchgang bearbeitet. Auch das Stützscharnierteil wird aus dem Vollen bearbeitet - beginnend mit einer Stange aus Aluminium. Die Gesamtzykluszeit beträgt etwa 12 Minuten pro Teil.

Im Gegensatz zur Angelrolle war das Stützscharnier Teil von Mr. Hattoris Arbeit, noch bevor er das Multi-Bearbeitungs-Drehzentrum kaufte. Die Teile wurden ursprünglich auf einer CNC-Drehmaschine und einem vertikalen Bearbeitungszentrum geschnitten. Um den Rundkegel des Teils herzustellen, stand zunächst das Drehen an erster Stelle. „Das glatte Profil machte die Einrichtung auf dem vertikalen Bearbeitungszentrum zeitaufwändig“, sagt Herr Hattori. "Wir konnten keinen Schraubstock verwenden, also mussten wir ihn in eine benutzerdefinierte Vorrichtung schrauben."

Jetzt ist dieses Problem weg, denn die Spannfutter des Drehzentrums halten das Teil sowohl beim Drehen als auch beim Fräsen. „Die Fräszeit auf der SQT ist die gleiche wie auf dem Bearbeitungszentrum, aber jetzt muss niemand das Teil schrauben und lösen“, sagt Herr Hattori. "Es ist ein großer Unterschied. Mit nur dieser einen Verbesserung haben wir die Zykluszeit für das Scharnierteil um weit über 30 Prozent verkürzt."