Stirnseiten-Revolver reduziert Zykluszeit bei Präzisionswellenfertigung

Standardverfahren für Wellenbearbeitung im Lohnfertiger Grand Haven Steel Products (Grand Haven, Michigan) war historisch: weichdrehen, Teile zum Härten außer Haus geben, dann auf Endmaß schleifen. Die Drehapplikationen waren nicht übermäßig anspruchsvoll, da der Betrieb typischerweise nur ±0,002 Zoll (0,0508 mm) an seinen acht CNC-Drehmaschinen halten musste und die Präzision den Schleifmaschinen überließ. Es gab jedoch eine große Chance, die Effizienz zu steigern, wenn sie einige Teile hartdrehen könnten. Also kaufte das Unternehmen 1997 eine Conquest T-51 CNC-Drehmaschine (2-Zoll-Stange, 10-Zoll-Futterkapazität) von Hardinge Inc. (Elmira, New York) hauptsächlich für diese Aufgabe. Laut Fertigungsengineering-Manager George Stahl konnte der Betrieb bei einem der ersten Aufträge eine kritische Nuteoperation an einer 40 HRC Welle gut innerhalb der geforderten 0,0003-Zoll-Toleranz (0,00762 mm) durchführen.

Innerhalb eines Jahres sah der Betrieb die Notwendigkeit, die Produktivität weiter zu steigern, und kaufte eine zweite Hardinge, eine Conquest T-42 (1 5/8-Zoll-Stange, 8-Zoll-Futterkapazität). Im Gegensatz zur ersten Maschine war die T-42 mit einem "Ram Revolver" ausgestattet, einem sekundären, 6-Stationen-Revolver, der für zentrische Stirnseitenbearbeitungen genutzt wird. Der große Vorteil dieser Maschinenkonfiguration ist, dass sie ID- und OD-Operationen gleichzeitig mit beispielsweise dem Primärrevolver fürs Drehen und dem zweiten Revolver für Bohren oder Gewindeschneiden erlaubt.

Der offensichtlichste Vorteil gleichzeitiger ID/OD-Operationen ist, dass sie Zykluszeiten substanziell reduzieren können. In einem Fall war das Teil beispielsweise ein integrierter Flanschwellen, der OD-Drehen plus eine Bohrung erforderte, die Bohren, Gewindeschneiden und Fasen benötigte. Als all diese Operationen sequenziell durchgeführt werden mussten, betrug die Gesamtzykluszeit für die Bohrungsseite des Teils 70 Sekunden. Als das Teil auf die T-42 verlegt wurde und ID- und OD-Operationen gleichzeitig durchgeführt werden konnten, wurde die Zykluszeit auf nur 46 Sekunden gesenkt. Das steigerte die durchschnittliche Produktionsausgabe von zuvor 26 Teilen pro Stunde auf aktuelle 48 Teile pro Stunde.

Aber es ist die Kombination aus einer Maschinenstruktur, die steif genug für Hartdrehen ist und mehr Flexibilität für ID/OD-Operationen bietet, sowie effizienter Spanntechnik, die Grand Haven die Prozessfähigkeiten gibt, um Produktivität wirklich zu steigern. Im Fall des oben genannten Werkstücks wird ein kritischer Durchmesser an einer Nut mit statistischer Prozesskontrolle überwacht. Mit einer oberen Kontrollgrenze von -0,00015 Zoll (-0,00381 mm) vom Nennmaß und einer unteren Kontrollgrenze von -0,00045 Zoll (-0,01143 mm) – für eine Gesamtbandbreite von 0,0003 Zoll (0,00762 mm) – bleibt das Merkmal gut innerhalb der Kontrolle. Diese Präzision hat Grand Haven erlaubt, eine nachgelagerte Schleifoperation zu eliminieren und somit die Teilkosten substanziell zu senken.

Spanntechnik hat viel mit dieser Fähigkeit zu tun. Wie viele Betriebe ist Grand Havens erster Gedanke, alle bis auf sehr kleine Teile in einem 3-Backenfutter zu spannen. Aber es gibt andere Optionen, fand es heraus, die in manchen Umständen bessere Ergebnisse liefern können. Beispielsweise erforderte einer der ersten Aufträge auf der T-42 das Halten einer Durchmessertoleranz von ±0,0003 Zoll, einem maximalen Rundlauf von 0,0005 Zoll (0,0127 mm) von vorne nach hinten und einer 32 RMS Güte an Schlüsseldurchmessern in gehärtetem 400er-Edelstahl.

Diese Merkmale konsistent zu erreichen, erwies sich anfangs als schwierig. Untersuchung ergab, dass die Teile nicht konsistent im 3-Backenfutter stabilisiert wurden. Auf Empfehlung von Hardinge wurde eine 16c feststehende Spannzange für das Backenfutter substituiert. Dies ermöglichte die Bearbeitung viel näher an der Spindelnase, was sowohl Rundlauf als auch Oberflächengüte verbesserte. Zudem erlaubte die Spannzange, das Teil bei höheren U/min für effizientere Bearbeitung zu laufen. Schließlich ermöglichte das feststehende System, die Teillänge viel enger zu kontrollieren.