Warum MetalQuests CNC-Mehrspindler-Zentrum Präzision und Effizienz steigert

Seit der Eröffnung 1996 hat sich MetalQuest auf die Einführung von Multitasking-Technologie konzentriert. Die neueste Ergänzung ist dieser Achtspindler-Multi, der derzeit eine Familie von fünf Teilen läuft.

Als Scott Harms 1996 sein MetalQuest Lohnfertigungsgeschäft startete, richtete der Unternehmenspräsident es so ein, dass es sich von anderen unterscheidet. Die erste Maschine der in Hebron, Nebraska ansässigen Firma war eine dreiachsige CNC-Drehmaschine mit Lebendwerkzeugen. Das Ziel war, Multitasking zur Nische zu machen, Teile komplett zu bearbeiten, statt sie wie andere Betriebe damals üblich über eine Drehmaschine und eine Fräsmaschine zu führen. Heute haben alle seine Werkzeugmaschinen, bis auf eine in seiner Werkzeugabteilung, irgendeine Kombination aus Gegenspindel und Lebendwerkzeugen. Das Unternehmen hat auch 13 Fanuc-Roboter in seiner nun 51.000 Quadratfuß großen Anlage, die es direkt von Fanuc kauft und selbst integriert.

MetalQuest fokussiert sich auf mittel- bis hochvolumige Arbeit für eine Reihe von Branchen, nutzt ein umfassendes, hausinternes Shop-Management-System, das von Unternehmens-Vizepräsident und COO Scott Volk entwickelt wurde und alle operativen Metriken verfolgt. Ein Auftrag, den es seit den frühen 2000ern läuft, ist eine Familie von fünf Teilen mit ähnlichen zylindrischen Geometrien mit Sechskant- und Polier-Features. Der Betrieb fuhr diese Teile ursprünglich auf drei Y-Achsen-Drehzentren mit Lebendwerkzeugen, aber dieser Auftrag war mit dieser Ausrüstung nur marginal profitabel. Zudem verwendete der Betrieb zuvor Sechskant-Material (12L14 Stahl) für diesen Auftrag, da die Teile ein Sechskant-Feature hatten und insgesamt weniger Material entfernt werden musste im Vergleich zu herkömmlichem Rundstangenmaterial. Allerdings neigte das Sechskant-Material dazu, gebogen zu sein, weshalb der Betrieb auf Rundstangenmaterial umstieg. Dies verlängerte die Zykluszeiten weiter aufgrund des zusätzlichen Materials, das weggeschnitten werden musste.

Harms wollte diesen Auftrag nicht aufgeben, da die Anwendung nicht für den Öl- und Gasmarkt war, einen Markt, von dem er fühlte, der Betrieb zu stark fokussiert hatte. Stattdessen ergab es mehr Sinn, einen produktiveren Weg zu finden, diese spezielle Teilefamilie zu bearbeiten, um in Bezug auf die bedienten Branchen diversifizierter zu bleiben.

Zykluszeiten wurden von fast zwei Minuten auf Y-Achsen-Drehzentren auf 15 Sekunden auf der Mehrspindelmaschine reduziert.

Die Antwort kam in Form einer achtspindligen Index MS40-8 Mehrspindelmaschine, dem ersten Multi des Betriebs. „Angesichts unseres Fokus von Tag eins auf die Einführung von Ausrüstung, Technologie und Prozessen, die andere Betriebe nicht haben, war diese Art von Multitasking-Maschine der nächste logische Schritt für unseren Betrieb“, sagt Harms.

„Die Entscheidung für den Kauf dieses Mehrspindlers beruhte auf der Erfüllung dreier Bedürfnisse“, fügt Volk hinzu. „Wir wollten profitablere Teile, wir wollten uns von Öl und Gas diversifizieren, und wir wollten Technologie hinzufügen, die uns weiter von anderen Betrieben abhebt. Diese Maschine erfüllt all diese Kriterien.“ (Video zum Maschinen-Einzugstag unter gbm.media/movein.)

Das Herz dieser Maschine ist ihr kompakter Spindelkopf, der laut Index eine dreiteilige Hirth-Kupplung für Präzisionsbearbeitung an jeder Position nutzt. Die Spindeln im Kopf sind flüssigkeitsgekühlt und bieten stufenlose Drehzahlregelung. MetalQuests Maschine war auch mit zwei schwenkbaren synchronen Köpfen (Pick-off-Spindeln) für Rückbearbeitungsoperationen ausgestattet.

Eine Teileinspektionsstation mit verschiedenen Messinstrumenten, einschließlich Rauheitmessgerät sowie einem Computer für den Zugriff auf MetalQuests proprietäres Shop-Management-System, wurde in der Nähe der Mehrspindelmaschine hinzugefügt.

„Je nach Teil kann Rückbearbeitung eine Limitation der Mehrspindelmaschinen-Plattform sein“, erklärt Harms. „Wenn man nur eine Rückbearbeitungsspindel hat und das Teil viel Rückbearbeitung erfordert, dann diktiert der längste Rückbearbeitungsprozess die Teilezykluszeit. Wir spezifizierten die zweite Spindel, um sicherzustellen, dass lange Rückbearbeitungsoperationen kein Flaschenhals für zukünftige Teile wären, die wir wahrscheinlich über diese Maschine jenseits der aktuellen Fünfer-Familie laufen lassen.“

Für diese Teilefamilie bearbeitet der Mehrspindler 30.000 Teile pro Monat / 450.000 Teile jährlich. Harms sagt, dies repräsentiere ca. 45 % der Kapazität dieser Maschine. Zykluszeiten wurden von fast zwei Minuten auf 15 Sekunden reduziert, verglichen mit den Y-Achsen-Drehzentren. Zudem schuf der Wechsel dieser Arbeit auf den neuen Mehrspindler Kapazität auf jenen anderen drei Drehzentren für andere Aufträge.

Rüsten auf ein neues Teil in der Familie ist schnell, da der Betrieb denselben Stahldurchmesser für alle Teile verwendet, was den Wechsel der Stangenvorschub-Spannzangen überflüssig macht. Ein Wechsel weniger Schneiden könnte alles sein, was nötig ist.

Dedizierter Voreinsteller

Der erste Produktionstag der Mehrspindelmaschine war der 15. Januar (ich besuchte den Betrieb zufällig an diesem Tag). MetalQuest kaufte auch einen Zoller Hyperion Werkzeugvoreinsteller (seinen dritten) speziell für den Einsatz mit dem Mehrspindler. Dieser Voreinsteller hat Werkzeugblöcke auf einem Indexiertisch installiert, was ermöglicht, Werkzeuge in derselben Orientierung einzubauen wie in der Maschine. Er bietet auch automatisierte Werkzeugvermessung und hat Y-Achsen-Bewegung, um Mittenhöhen-Einstellungen von Bohrstangen zu ermöglichen.

Dieser Voreinsteller wurde speziell für den Einsatz mit der Mehrspindelmaschine gekauft. Sein Tisch umfasst Stationen, die Werkzeuge so orientieren, wie sie in der Maschine wären.

Der Betrieb macht diesen Voreinsteller, speziell seine Pilot-Software-Fähigkeiten, zu einem integralen Bestandteil seiner Shop-Management-Prozesse. Volk sagt, die Software „füllt die Lücken, die ERP nicht tut.“ Er migriert Auftragseinrichtungsblätter von seinem umfassenden, hausinternen Shop-Management-System in die Zoller-Software, die offline auf einem PC zugänglich ist. Das ergibt Sinn, glaubt er, weil er fühlt, dass Werkzeugvoreinstellung zentral für die Sicherstellung der Bearbeitungsgenauigkeit ist.

Vorteile einer virtuellen Umgebung

Seit meinem Besuch hat MetalQuest einen sehr bedeutenden neuen Auftrag für den Mehrspindler gewonnen, der gleichzeitig 59 der 62 verfügbaren Achsen der Maschine nutzt. Harms nennt es ein „insanes Setup“, aber Index' Virtual Machine Virtualisierungssoftware war der Schlüssel, um es zu bewältigen.

Er sagt, Virtual Machine sei eine Softwareplattform, die Index anbietet, die ein digitaler Klon der spezifischen Maschine ist, so sehr, dass sie an die tatsächliche Seriennummer der Maschine gebunden ist. Die Software ermöglicht es dem Betrieb, die Maschine offline sicher „zu fahren und einzurichten“.

„Man rüstet die gesamte Softwareumgebung nicht anders als man es mit der tatsächlichen Maschine tun würde“, erklärt er. „Jeder Werkzeughalter, den Index anbietet, hat eine verfügbare .stl-Datei, und wir können sie an den exakten Positionen montieren, wie in der echten Maschine. Von dort aus bauen wir unsere Schneidwerkzeug-Liste, schreiben den Code, setzen alle anwendbaren Maschinenparameter und schauen dann zu, wie die Maschine das Teil virtuell genau so schneidet wie die echte Maschine.“

Harms sagt, dies helfe dem Betrieb, zu verifizieren, dass keine Kollisionen auftreten, und es sei sogar möglich, Teile virtuell zu vermessen, während sie virtuell bearbeitet werden. Dies geschieht offline, um die Produktion nicht zu unterbrechen.

„Wegen der Komplexität dieses neuen Teils verbrachten wir etwa zwei Wochen mit Programmieren und Einrichten der Maschine in Virtual Machine, während die echte noch einen anderen Job lief“, erklärt Harms. „Als wir die Maschine offline nahmen, um für den neuen Job einzurichten, hatten wir alle Werkzeughalter organisiert und bereit zur Installation sowie vollständig bewiesenen Bearbeitungscode, sodass wir schnell umrüsten konnten.“

Haben Sie einen Bonbon-Werf-Roboter?

MetalQuests Betrieb verfügt über eine hochautomatisierte, 51.000 Quadratfuß große Anlage mit 13 Fanuc-Robotern. Er kauft seine Roboter direkt von Fanuc und führt die gesamte Integration selbst durch. Tatsächlich hat der Betrieb vier Bonbon-Werf-Roboter. Genauer gesagt, vier, die angepasst werden können, um besagtes Bonbon-Werfen durchzuführen, wenn sie nicht Werkzeugmaschinen auf dem Shopfloor betreuen.

MetalQuest integrierte die Bonbon-Werf-Funktion in jene Roboter, um sie zu lokalen Karrieremessen oder zu eigenen Tagen der offenen Tür mitzunehmen. (Es wählt aus, welche der vier basierend auf ihren jeweiligen Produktionslasten verwendet wird.)

Diese kompakten Einheiten ermöglichen es dem Unternehmen, zu demonstrieren und ein Gespräch darüber zu beginnen, wie heutige Zerspanungs- und Fertigungsunternehmen hochtechnische Operationen sind. Nutzer wählen aus zwei Bonbon-Optionen (Nerds oder Hershey Schokoladen) über Tasten an einer Steuerleiste. Der Roboter nutzt seine Vision-Fähigkeit, um ein ausgewähltes Bonbon zu finden, es mit einem Vakuumgreifer aufzunehmen und es dann jemandem zuzuwerfen oder in einen Behälter, wie unten gezeigt. „Wie Sie sich vorstellen können, hilft uns das, auf Karrieremessen und ähnlichen Veranstaltungen aus der Masse herauszustechen“, sagt Scott Volk.