Die Auswirkungen von Multitasking in heutigen Shops

Die Verfügbarkeit einer Vielzahl von Multitasking-Werkzeugmaschinenkonfigurationen ermöglicht es Werkstätten, die beste Kombination von Komponenten und Fähigkeiten für ihre spezifischen Anwendungen auszuwählen.

Kontinuierliche Fortschritte in der Multitasking-Werkzeugmaschinentechnologie bringen Werkstätten auf ein höheres Produktivitätsniveau als je zuvor. Die Fähigkeit, Teile von höchster Komplexität in einer einzigen Einrichtung herzustellen, menschliche Eingriffe zu begrenzen und erheblich Zeit zu sparen, bietet selbst kleinen Betrieben eine kostengünstige Lösung, um in der heutigen herausfordernden Fertigungsumgebung wettbewerbsfähig zu sein.

Mit einer Vielzahl von verfügbaren Konfigurationen und Herstellern, die ständig neue Designs anbieten, sollten Geschäfte in der Lage sein, die richtige Kombination von Komponenten und Funktionen für ihre Bedürfnisse zu finden. Joe Wilker, Produktgruppenmanager bei Mazak Corp., hat uns einige Gedanken zum aktuellen Stand der Multitasking-Technologie und dazu gegeben, wie Geschäfte sie am besten nutzen können.

Neue Funktionen auf Multitasking-Maschinen

Zu den vielen Funktionen, nach denen Werkstätten beim Multitasking suchen, gehören zwei Drehspindeln und mehrere Werkzeugrevolver mit Drehwerkzeugstationen und außermittiger Y-Achsen-Fähigkeit sowie schwenkbare/rotierende B-Achsen-Frässpindeln, Dreh-/Schwenktische und Werkzeugmagazine mit großer Kapazität. Laut Herrn Wilker gehören zu den neueren Entwicklungen Revolver im Rollennocken-Stil mit integriertem Motor, verbesserte untere Revolver, Frässpindeln mit Direktantrieb und servogesteuerte Bohrreitstöcke. Weitere fortschrittliche Funktionen umfassen das simultane Fräsen mit oberen und unteren Maschinenrevolvern und lange Bohrvorgänge.

Revolver mit integriertem Motor, die spielfreie Rollengetriebe-Nockenantriebssysteme verwenden, bieten eine reibungslose, schnelle und hochpräzise digitale Indexierung sowie Erweiterbarkeit. Solche vielseitigen Revolverköpfe beherbergen normalerweise 12 Werkzeugpositionen, die auf bis zu 24 erweitert werden können. Eine erhöhte Werkzeugkapazität bedeutet längere ununterbrochene Laufzeiten und die Möglichkeit, gängigere Werkzeuge zu verwenden, was dazu beiträgt, den gesamten Werkzeugbestand zu reduzieren. Dieses Revolverdesign eliminiert die Notwendigkeit von Krümmungs-/Index-Kupplungen, und eine Erweiterbarkeit ist möglich, da der Revolver ohne Änderungen an seinem Gehäuse digital in jede Position indexiert. Und sobald sie in Position sind, werden in der Regel integrierte hydraulische Spannsysteme verwendet, um maximale Steifigkeit zu gewährleisten.

Wie bei ihren oberen Gegenstücken stellt Herr Wilker fest, dass sich auch die unteren Revolver auf Multitasking-Maschinen weiterentwickeln und in Bezug auf Fähigkeiten sowie ihre Werkzeugkapazitäten erweitern. Untere Revolver sind jetzt robuster und leistungsfähiger und bieten in der Regel bis zu neun Werkzeugpositionen mit Optionen für angetriebene Frässpindeln.

Einige Maschinenbauer konfigurieren Revolver auf 45-Grad-Schrägen. Dieses Design maximiert die Bearbeitungslastkapazitäten des Revolvers und bietet eine gute Zugänglichkeit zur Maschinenspindel und Platz für Teiletransfers von der Haupt- zur Sekundärdrehspindel.

Für erhöhte Produktivität und Vielseitigkeit bei der Teilebearbeitung können untere Revolver gleichzeitig mit oberen Revolvern am selben Werkstück arbeiten. Oder niedrigere Revolver können in Kombination mit der Frässpindel einer Maschine arbeiten, die auf beiden Seiten des Spindelstocks der Maschine angebracht werden kann, um die Bearbeitungszykluszeiten weiter zu verkürzen.

Die Revolverköpfe der heutigen Multitasking-Maschine verfügen über rotierende Werkzeugspindeln, die eine Direktantriebstechnologie implementieren, die sie schneller und leistungsstärker als ihre Vorgänger macht. Mühlenmotoren mit Direktantrieb liefern eine bis zu 24 Prozent schnellere Spindeldrehzahl und ein um bis zu 60 Prozent höheres Drehmoment. Diese Fähigkeiten bedeuten eine Steigerung der Verarbeitungsvielseitigkeit, Produktivität und Werkzeuglebensdauer zusammen mit einer verbesserten Oberflächengüte der Teile. Werkstätten können Multitasking-Maschinen mit Revolver-Rotationswerkzeugspindeln erwerben, die standardmäßig 10 PS und 6.000 U / min liefern. Oder sie können sich für solche entscheiden, die bis zu 10.000 U/min liefern und bis zu 52 Fuß-Pfund Drehmoment erzeugen.

Modernste NC-Servo-Reitstöcke ermöglichen automatisierte Prozesse. Diese Reitstöcke sind vollständig programmierbar und werden mit eigenen AC-Servomotoren und Kugelumlaufspindeln betrieben. Durch Teileprogramme können die Reitstöcke auf bekannte Positionen und mit vorgegebenen Anfahrgeschwindigkeiten ausfahren und Werkstücke mit konstanten Haltedrücken kontaktieren. Aufgrund ihrer positiven unabhängigen Antriebssysteme können diese Reitstöcke auch Löcher auf Wellenmittellinien bohren, was die Vielseitigkeit der Aufgaben, die eine Multitasking-Maschine verarbeiten kann, erhöht.

In den meisten Fällen sind die Schubeinstellungen des Reitstocks in Schritten von bestimmten Fuß-Pfund-Kraft einstellbar. Mit dieser Funktion können Werkstätten die Schubstufen entsprechend dem Material und der Form des Werkstücks einstellen, um das Risiko einer Teilebeschädigung zu eliminieren und gleichzeitig einen sicheren Halt und eine sichere Abstützung zu gewährleisten. Oder Werkstätten können die Schubeinstellungen im laufenden Betrieb anpassen, während die Reitstöcke eingerastet sind, was Bohr-, Ausbohr- und Honvorgänge ermöglicht, die sonst Werkzeuge im Werkzeugrevolver der Maschine erfordern würden. Reitstöcke mit solchen Betriebsfähigkeiten eröffnen also wiederum Positionen in Revolvern von Werkzeugmaschinen.

Da immer mehr Werkstätten mit längeren, größeren und komplexeren wellenförmigen Werkstücken konfrontiert sind, können Multitasking-Maschinen erweiterte Bettlängen in Verbindung mit Innovationen wie langen Bohrer-/Werkzeugmagazinen anbieten. Diese Maschinen steigern die Verarbeitungsgeschwindigkeit und -effizienz für diese anspruchsvollen Teile erheblich.

Für Tieflocharbeiten ermöglichen Langwerkzeugmagazine Maschinen, mehrere Werkzeuge zu handhaben und zu lagern – typischerweise bis zu drei mit jeweils etwa 40 Zoll Länge. Stocker befinden sich über der zweiten Spindel der Maschine oder, je nach Maschinenversion, über dem Reitstock, um die Werkzeuge gut aus dem Weg zu räumen und dennoch schnell und einfach zugänglich zu sein.

Multitasking-Maschinen in medizinischen Anwendungen

Lowell Inc. eliminierte manuelle Vorgänge und erhöhte den Gesamtdurchsatz mit drei Multitasking-Maschinen, die eine vollständige Teileverarbeitungsfunktion in einer einzigen Einrichtung bieten.

Eine Werkstatt nutzt die Vorteile der Multitasking-Bearbeitung – Eliminierung manueller Vorgänge und Erhöhung des Gesamtdurchsatzes – bei der Produktion ihrer anspruchsvollsten Teile. Lowell Inc. ist ein medizinischer Vertragshersteller in Minneapolis, Minnesota, der sich auf implantierbare Geräte wie orthopädische Implantate für die Wirbelsäulen-, Trauma- und Extremitätenmärkte und kardiovaskuläre Teile für die mechanische Kreislaufunterstützung und Klappenreparatur spezialisiert hat. Diese typischerweise sehr komplexen Mehrkomponentenbaugruppen wie Pedikelschrauben, Zervikalplatten, Kreuzverbinder und Linksherzunterstützungssysteme (LVAD) sind fast alle mehrteilige Systeme, bei denen einzelne Komponenten in Kombination miteinander funktionieren müssen. Die Designs variieren von Kunde zu Kunde, daher ist im Grunde jeder Job bei Lowell individuell.

Die Nachfrage nach individueller Anpassung und Anpassbarkeit sowie kleinere Geräte für die minimalinvasive Chirurgie stellen bemerkenswerte Anforderungen an die Bearbeitung. Sobald die Werkstatt herausgefunden hat, wie diese kleinen Teile zu halten sind, muss sie winzige, komplizierte und hochkomplexe Merkmale in sie einarbeiten, wobei regelmäßig Schneidwerkzeuge mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm verwendet werden.

Um diese anspruchsvollen Teile zu handhaben, installierte Lowell drei Mazak Integrex i-150 Multitasking-Maschinen, gruppiert in einer Zellenkonfiguration. Die Maschinen bieten eine vollständige Teilebearbeitungsfunktion in einem einzigen Setup, um manuelle Vorgänge zu eliminieren und den Gesamtdurchsatz zu erhöhen. Sie vereinfachen die Werkstückaufnahme auf nur Spannzangen und Spannfutter; einfache Handhabung von Teilen, die von Kunde zu Kunde unterschiedlich sind; und in vielen Fällen die Zykluszeiten für die Teilebearbeitung reduzieren.

Jeder Integrex i-150 verfügt über eine CNC-gesteuerte C-Achsen-Drehspindel, eine vertikale B-Achsen-Frässpindel und ein Schraubstock-/Teilestützzentrum für die Rückseitenbearbeitung zum Drehen, Multi-Face-, Multi-Winkel- und vollständigen Fünf-Achsen-Konturen. Lowell hat sich auch für seine Maschinen für Hochgeschwindigkeits-Frässpindeln mit 20.000 U/min und Frontlademagazine mit einer Werkzeugkapazität von 72 Werkzeugen entschieden.

Die Frässpindeln neigen sich von -10 Grad bis +190 Grad, und die C-Achsen-Spannfutter verfügen über große Durchgangslöcher, die Stangendurchmesser von bis zu 2,56 Zoll aufnehmen können. Für außermittige Operationen liefern die Maschinen Y-Achsenbereiche von ±3,94 Zoll. Achsenbewegungen von 14,57 Zoll in X, 17,13 Zoll in Z und ein maximaler Schwenkdurchmesser von 15,75 Zoll ermöglichen es den Maschinen, eine Reihe von Teilegrößen und -formen zu verarbeiten, und das alles auf einer Grundfläche von 91,3 Zoll x 99,6 Zoll.

Da die drei Maschinen identisch konfiguriert und nebeneinander angeordnet sind, können Maschinisten problemlos von Maschine zu Maschine wechseln, ohne eine völlig andere Maschine oder Programmiersprache lernen zu müssen.

Auf den Mazaks erzeugt Lowell praktisch alle Teile aus Stangenmaterial mit einem Durchmesser von 0,375 Zoll bis 1,250 Zoll. LNS Quick Load Servo 65 Stangenlademagazine führen automatisch 40 Zoll lange Stangen in die Maschinen ein. Die Werkstatt entschied sich für mehrere Maschinenoptionen, die die Maschinenleistung weiter verbessern. Dazu gehören Kühlmittelkühler, Waagen auf allen Achsen und fortschrittliche CNC-Steuerungsfunktionen für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung.

Die QTN350-II MSY Multitasking-Maschine verfügt über Fräs- und Y-Achsen-Fähigkeiten sowie eine zweite Drehspindel, die es LCP Machine Inc. ermöglicht, sehr kleine, hochkomplexe Merkmale an medizinischen Implantatkomponenten zu bearbeiten.

Die Maschinen haben dazu beigetragen, den gesamten Teilebearbeitungsprozess zu rationalisieren, einschließlich Programmierung und Einrichtung. Die Vielseitigkeit der Teileverarbeitung und der verbesserte Durchsatz ermöglichen es der Werkstatt, weiter in neue Anwendungen zu expandieren.

Die Verteidigung nimmt auch eine Wendung

Ein weiteres Geschäft, LCP Machine Inc. aus Bunnell, Florida, ist Tier-II- und Tier-III-Zulieferer in den Bereichen Luft- und Raumfahrt und Verteidigung sowie Tier-I-Lieferant in Öl und Gas. Derzeit werden monatlich mehr als 200 verschiedene Einzelaufträge mit Stückzahlen von einem bis zu 10.000 Stück bearbeitet. Einige Jobs wiederholen sich, aber meistens sind sie einzigartig.

Das Unternehmen verfügt über 14 Mazak-Maschinen, die neuesten sind eine Quick Turn Nexus (QTN) 350-II MSY Multitasking-Maschine und einige Vertical Center Universal (VCU) 400 5X und 300 5X vollständige fünfachsige vertikale Bearbeitungszentren. Die Multitasking-Maschine verfügt über Fräs- und Y-Achsen-Fähigkeiten sowie eine zweite Drehspindel, um alle Teile von LCP in einer einzigen Aufspannung zu bearbeiten.

Zu den weiteren Maschinen auf der Fläche gehören Multitasking-QTNs mit Fräsfunktionen, dreiachsige vertikale Bearbeitungszentren Vertical Center Nexus (VCN) und ein vertikales Bearbeitungszentrum VCN Compact.

LCP stellt die meisten seiner Teile aus Aluminium, Edelstahl und Nickellegierungen zusammen mit Messing, Kupfer und mehreren gängigen Kunststoffarten her. Die Teile haben einen Durchmesser von 0,030 Zoll bis 18 Zoll und eine Länge von 60 Zoll. Die Toleranzen können von ±0,001 Zoll bis zu 0,0002 Zoll reichen, und die Bearbeitungszeiten variieren von 10 Sekunden bis zu acht Stunden.

Mithilfe von Technologien wie Multitasking und vollständiger Fünf-Achsen-Bearbeitung fertigt die Werkstatt Teile oft in einzelnen Aufspannungen. Ein solches Teil ist ein Gehäuse für ein militärisches Sonargerät, das auf dem QTN bearbeitet wurde, das speziell für diesen Job erworben wurde und das Teil für die Hälfte der Kosten der vorherigen Kapazitäten der Werkstatt herstellen kann. Das Geschäft führt etwa 10.000 dieser Teile pro Jahr.

Das Sonarteil erfordert Außen- und Innendrehen und etwas Fräsen. Die eigentliche Herausforderung ist die ID-Oberflächengüte, von der LCP zunächst dachte, dass das Teil zum Honen ausgelagert werden müsste. Der Honvorgang hätte die Arbeit erheblich zeitaufwändiger gemacht. Da LCP jedoch die Fähigkeiten des QTN kannte, erklärte LCP dem Kunden, dass die Anschaffung der Maschine es ermöglichen würde, das Teil in einem einzigen Arbeitsgang herzustellen, während die erforderliche Oberflächengüte nur in den erforderlichen Bereichen beibehalten wird, wodurch der Preis des Kunden beim Verlassen gut eingehalten wird LCP eine komfortable Gewinnspanne. Die Maschine kann eines dieser Teile in Minuten fertigstellen.

Als Präzisionswerkstatt in der Produktion von Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungskomponenten sowie für die Öl- und Gasindustrie und andere Industrien weiß LCP, dass seine Kunden weiterhin höhere Qualität und niedrigere Preise fordern werden. Es hängt von der Multitasking-Technologie ab, diese Anforderungen zu erfüllen.

Mit weniger mehr erreichen

Wenn Werkzeugmaschinenhersteller Multitasking-Maschinendesigns verfeinern und verbessern, erhöht sich die Vielseitigkeit der Verarbeitung und die Hauptvorteile von Multitasking werden weiter verbessert. Das Kombinieren von Vorgängen reduziert Ungenauigkeiten, die beim Bewegen von Teilen über mehrere Arbeitsstationen hinweg auftreten können, und eliminiert den Bestand an laufenden Arbeiten, der andernfalls zwischen eigenständigen Werkzeugmaschinen verweilen könnte. Wie in vielen Fällen zu sehen ist, ermöglichen Multitasking-Maschinen den Geschäften, mit weniger mehr zu erreichen und die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern.