Das richtige (Maschinen-)Werkzeug für den richtigen Job

Einer der ersten Hinweise darauf, dass sich Precision Plus von anderen Maschinenwerkstätten unterscheidet, war ein leises Klickgeräusch. Das Geräusch kommt von mehr als einem Dutzend mechanisch angetriebener Schweizer Drehbänke in der Mitte der Werkstatt. In ordentlichen Reihen aufgereiht und von offensichtlich neueren Stangenladern bedient, schneiden diese Maschinen ohne Abdeckung, ohne die geräuschdämpfenden Gehäuse, die die CNC-Maschinen der Werkstatt auszeichnen. Ein genauerer Blick zeigt ein halbes Dutzend Werkzeuge, die gleichzeitig in und aus dem Werkstück eintauchen während sich die Nocken drehen.

Hier steht Mike Reader neben einem Miyano BNX Doppelspindel-CNC-Drehmaschine. Mike ist verantwortlich für das Ausbildungsprogramm des Geschäfts, das neue Mitarbeiter in der Verwendung von Schweizer Schraubenmaschinen schult. Bildnachweis:Precision Plus

Einige dieser Maschinen produzierten bereits seit Jahren Teile, als das Unternehmen im Jahr 2000 an seinen derzeitigen Standort in Elkhorn, Wisconsin, umzog. Unter der Leitung von Firmenpräsident Mike J. Reader hat das Unternehmen seitdem verschiedene neuere CNC-Geräte hinzugefügt, darunter Miyano ABX- und BNX-Zweispindel-Drehmaschinen sowie mehrere Star- und Tsugami-CNC-Drehmaschinen vom Schweizer Typ. Und dennoch verlässt sich Precision Plus immer noch stark auf Geräte, die ähnlich funktionieren wie damals, als Readers Vater, Phil, das Unternehmen 1988 zum ersten Mal kaufte – das heißt, indem physische Nocken anstelle von CNCs verwendet wurden, um das Timing und die Tiefe zu verteilen von Schnitten. Warum?

Dies war meine erste Frage an Michael P. Reader, VP of Engineering (und Mike Readers Sohn). Seine Antwort war einfach:„Die kurvengesteuerten Maschinen sind billiger zu betreiben, wenn sie verwendet werden können“, sagt er.

Cams statt CAM wählen

Kleine Präzisionsteile, wie diese Schraube z Oboen und Fagotte, sind ideal für kurvengesteuerte Maschinen. Die Nut wird durch ein Sägeblatt geschnitten, das an der Aufnehmervorrichtung befestigt ist. Bildnachweis:Precision Plus

„Für kleine zylindrische Teile mit höheren Jahresmengen sind die Schweizer Kurvenmaschinen sehr wirtschaftlich“, sagt Reader. Die Flotte der mechanisch angetriebenen Langdrehmaschinen von Tornos hat niedrigere Stromkosten und kann Teile oft deutlich schneller schneiden.

Dieser letzte Faktor mag einige überraschen, da eine computergesteuerte Werkzeugmaschine scheinbar kein Problem damit haben sollte, mit einer Maschine zu konkurrieren, die über keinerlei Rechenleistung verfügt. Die kurvengesteuerten Maschinen können jedoch mit sehr geringem Verfahrweg mehrere Schneidwerkzeuge gleichzeitig verwenden. „Alle Werkzeuge ruhen weniger als fünf Zentimeter vom Teil entfernt“, sagt Reader und zeigt auf einen Halbkreis aus Schneidwerkzeugen, die hektisch einen Schlagbolzen aus einer dünnen Stange schneiden. „Das macht es viel schneller als eine CNC.“

Fünf Schneidwerkzeuge umgeben das Werkstück auf dieser Nocke -angetriebene Schneckenmaschine nach Schweizer Art. Während sich die Nockenwelle dreht, führen die verschiedenen Schneidwerkzeuge ihre Arbeit aus und schneiden ein fertiges Teil einmal pro Umdrehung der Welle. Die enge Positionierung der Schneidwerkzeuge relativ zum Werkstück macht es zu einer hervorragenden Option für die schnelle Herstellung von Teilen mit nur wenigen Merkmalen. Bildnachweis:Precision Plus

Wie viel schneller könnte es sein? „Wir haben ein Teil, das auf einer Schweizer CNC acht Sekunden pro Stück benötigt“, sagt Reader. „Auf der Kameramaschine dauert es drei Sekunden.“ Die Produktionsgeschwindigkeit mehr als zu verdoppeln ist ein großer Unterschied, insbesondere bei hohen Stückzahlen. „Wenn wir für dieses Teil eine CNC verwenden müssten“, sagt er, „würden wir nicht einmal kostendeckend sein.“

Aber wann sind die CNC-Maschinen vorzuziehen?

Präzision und Toleranz auf der CNC

Ein weiterer Vorteil der kurvengesteuerten Tornos-Maschinen ? Die Optik. „Die Schweizer Kameramaschinen sind leicht zugänglich, sodass Sie sehen können, was passiert“, sagt Reader. Dies macht sie perfekt für das Ausbildungsprogramm des Unternehmens, dem Reader die Bereitstellung von Arbeitskräften zuschreibt. Bildnachweis:Precision Plus

„Das hängt wirklich von den Anforderungen des Teils ab“, sagt Reader. „Einige Teile erfordern eine erhöhte Präzision, die eine Schweizer CNC bietet.“ Nehmen Sie das Beispiel einer Dentalkomponente, die das Werk herstellt. An einem Ende ist der Durchmesser nur 0,01 Zoll dick und das Verhältnis von Länge zu Durchmesser ist ziemlich hoch, sodass zusätzliche Unterstützung erforderlich ist, um Rattern zu vermeiden und ein Abbrechen des Bauteils in der Maschine zu verhindern. Diese Eigenschaften des Teils machen die CNC erforderlich, da sie eine höhere Präzision und eine größere Steifigkeit erreichen kann. Darüber hinaus muss die Oberflächenrauhigkeit nahezu makellos sein, da eine geringfügige Unvollkommenheit katastrophale Folgen haben kann. „Wir müssen sicherstellen, dass wir die Toleranz exakt einhalten“, sagt Reader. „Wenn diese Dentalkomponente irgendwelche Oberflächenmängel aufweist, könnte dies zu einer Rissausbreitung und einem Versagen während des Gebrauchs führen.“

Ich denke, jeder, der schon einmal auf einem Zahnarztstuhl gesessen hat, ist dankbar für die gesteigerte Präzision der CNC-Maschine.

Diese Dentalkomponente muss strenge Toleranzen einhalten und hat ein großes Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis, was es erforderlich macht, eine CNC-Drehmaschine vom Schweizer Typ anstelle einer kurvengesteuerten zu verwenden. Bildnachweis:Precision Plus

Andere Faktoren als die Toleranz können bei der Entscheidung für den Einsatz von CNC-Maschinen eine Rolle spielen. Zum einen können sie größere Teile handhaben – je nach Maschine 12, 20 oder 32 Millimeter. Darüber hinaus erfordern Teile wie die Dentalkomponente Hochdruck-Kühlmittel, was bei den kurvengesteuerten Langdrehmaschinen nicht möglich ist. Kühlmittel kann auch ein wichtiger Faktor für Materialien sein, die fadenziehende oder klebrige Späne erzeugen, sowie für Ventilkomponenten mit O-Ring-Nuten, die einen hohen Druck erfordern, um Späne zu entfernen.

Schließlich finden die Spindelstockdrehmaschinen Arbeit mit größeren und komplexeren Teilen mit einem Durchmesser von bis zu 2,5 Zoll. „Im Allgemeinen verwenden wir unsere Miyano-Plattform, wenn wir viel Materialabtrag oder einen höheren Grad an Komplexität haben“, sagt Reader. Die Miyano ABX wird für aggressive und präzise Bearbeitungen eingesetzt – teilweise aufgrund der hydraulisch betätigten Spannfutter und des robusten Maschinendesigns, das die Plattform bietet. Ein Teil, das in der Halbleiterproduktion verwendet wird, erfordert viel ID-Materialabtrag, außermittiges Bohren, Gewindeschneiden und Außendrehen an hochfestem Edelstahl mit hoher Ausbeute. Auf einer zweispindligen Drehmaschine mit drei Revolvern kann das Bauteil in einem Arbeitsgang zu einem äußerst wettbewerbsfähigen Preis komplett bearbeitet werden.

Bei der Herstellung von Halbleitern verwendet, ist dieses Teil besser geeignet für die traditionelle Drehmaschine. Es umfasst mehrere außermittige Bohrvorgänge, das Entfernen von schwerem ID-Material und mehrere äußere Merkmale – alles in einer schwer zu bearbeitenden Edelstahllegierung. Bildnachweis:Precision Plus

Die andere Drehmaschine – die Miyano BNX – ist in erster Linie für ihre Effizienz da. „Der BNX bietet schnellere Produktionsraten als der ABX und ermöglicht gleichzeitig fünfte Dezimalverschiebungen“, sagt Reader. Precision Plus bearbeitet Komponenten mit plus oder minus 1 Zehntausendstel Zoll beim Außendrehen und insgesamt 3 Zehntausendstel beim Innenbohren. Wenn es nicht ganz so präzise sein muss, kann mit dem einzigen Revolver gleichzeitig auf Haupt- und Gegenspindel bearbeitet werden, was den Durchsatz bei vielen Teilen erhöht. Beide Plattformen sind mit Schnellwechsel-Spannsystemen von Hainbuch ausgestattet, um die Rüstzeit und den Rundlauf der Teile von Spindel zu Spindel zu verbessern.

Wie bei vielen Dingen in der Zerspanung kommt es wirklich auf das Teil an. „Im Allgemeinen gilt:Je größer und komplexer das Teil ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass es auf Drehmaschinen mit festem Spindelstock verwendet wird“, sagt Reader. „Kleinere zylindrische Teile mit extrem engen Toleranzen oder die eine Hochdruckkühlung benötigen, kommen auf die Schweizer CNC-Maschinen. Aber wenn wir es auf den Schweizer CAM-Maschinen herstellen können, wird es dort wahrscheinlich schneller und genauso präzise produziert.“