Dimana Pemesinan Lima Sumbu Otomatis Bukan Tantangan

Kecepatan pemutaran dalam video ini ditingkatkan saat gripper mengakses palet lain dari rak penyimpanan mesin.

Challenge Machine memanfaatkan probe laser yang dipasang di sisi casting sumbu B putar mesin lima sumbu yang baru untuk prasetel pahat dan, selama siklus pemesinan tanpa pengawasan, untuk memeriksa kerusakan pahat dan melacak keausan pahat (untuk beberapa aplikasi).

Blaine, Mesin Tantangan Minnesota mengkhususkan diri dalam pemesinan bagian-bagian kecil yang rumit — beberapa di antaranya sangat kecil. Ini dilakukan dengan menggunakan berbagai peralatan, termasuk mesin bubut tipe Swiss B-sumbu, VMC dengan tabel trunnion yang menyediakan rotasi sumbu keempat dan, dalam beberapa kasus, sumbu kelima, dan pusat pemesinan lima sumbu berkecepatan tinggi yang sebenarnya.

Meskipun toko tersebut telah mampu mewujudkan jangka panjang pemesinan tanpa pengawasan dengan tipe Swiss yang diberi makan bar, hingga saat ini semua peralatan penggilingannya memerlukan pemuatan suku cadang secara manual. Namun, mesin lima sumbu terbarunya memiliki fitur pengubah palet workholding terintegrasi dan pengubah alat otomatis (ATC) berkapasitas tinggi untuk memungkinkannya bekerja tanpa pengawasan di siang hari dan mati lampu di malam hari. Selain itu, fungsionalitas CNC yang dikombinasikan dengan rutinitas pemeriksaan sentuh menyederhanakan pemrograman karena operasi dibuat berdasarkan satu titik kinematik yang menciptakan satu sistem koordinat kerja.

Machinist Brandon Gill adalah programmer, setup person, dan operator utama Micro Pro. Dia menghargai fungsi seperti kemampuan untuk memprogram operasi berdasarkan satu titik kinematik/sistem koordinat kerja menggunakan Micro Pro Heidenhain TNC 640 CNC dan pemeriksaan rutin, daripada pemrograman dengan G54 atau G55 G-kode offset.

Mesin lima sumbu otomatis adalah Micro Pro dari Kern Microtechnik Jerman (dikenal di Amerika Serikat sebagai Kern Precision, berlokasi di Addison, Illinois). Aaron Schreiber, manajer umum Challenge Machine, mengatakan toko telah mempertimbangkan platform mesin canggih ini selama 15 tahun, yang dia akui mewakili investasi yang tidak kecil. Namun, toko memutuskan untuk menarik pelatuknya pada akhir 2019 karena mengalami masalah akurasi, pengulangan, dan penyelesaian permukaan untuk semakin banyak suku cadang medis yang dijalankan oleh toko bersertifikasi ISO 13485 pada beberapa mesin trunnion lima sumbunya. Selain itu, ia mencatat bahwa fitur seperti saluran pendingin di seluruh alat berat baru yang mengurangi pertumbuhan termal juga memfasilitasi pemesinan yang andal untuk suku cadang kompleks yang biasanya memiliki waktu siklus yang lama. Ini, selain kemampuan alat berat lainnya, memberi toko kepercayaan diri untuk menyiapkannya agar berjalan sendiri selama berhari-hari atau bahkan berminggu-minggu.

Biarkan Berjalan

Jim Betland memulai Challenge Machine di ruang bawah tanahnya pada tahun 1999. Awalnya, sebagian besar bisnis dikhususkan untuk suku cadang mesin mikro untuk industri semikonduktor. Toko, yang baru saja dibeli oleh Assurance Manufacturing di Minneapolis, masih fokus pada barang-barang kecil. (Saya berbicara dalam hal ukuran bagian dan memperhatikan detail permesinan mikro yang penting.) Schreiber mengatakan penjualan naik 15% tahun ini karena toko meningkatkan fokusnya pada pasar medis sambil juga menargetkan pekerjaan kedirgantaraan.

Toko telah mengerjakan berbagai suku cadang dari berbagai materi di Micro Pro. Dalam satu bulan biasa, ia menjalankan 10 hingga 15 nomor suku cadang berbeda di seluruh mesin, banyak yang memiliki waktu siklus hingga 3 jam.

Menurut Kern, Micro Pro — yang menampilkan pemandu hidrostatik, penggerak linier, dan basis pengecoran tunggal yang terbuat dari beton berkinerja sangat tinggi (UHPC) — mencapai akurasi pemosisian lebih baik dari 2 mikron dan pengulangan yang lebih baik dari 1 mikron. Itu dirancang dengan mempertimbangkan pemesinan bagian-bagian kecil, menawarkan perjalanan XYZ 350 kali 220 kali 250 mm, sementara sumbu B yang berputar berputar 220 derajat. Schreiber mencatat bahwa tapaknya yang kecil seluas 43 kaki persegi dihargai karena ruang lantai saat ini menjadi premium di fasilitas toko seluas 16.000 kaki persegi yang dikendalikan lingkungan. (Dia mengatakan ini adalah salah satu alasan toko kemungkinan akan pindah ke lokasi yang berbeda di tahun-tahun mendatang.)

Alat pemotong dan palet workholding disimpan di sisi mesin. Mesin ini dapat menampung 30 palet workholding dan 109 alat. Alat terkecil yang digunakan toko pada Micro Pro (yang memiliki spindel HSK 40 43.000 rpm) berdiameter 0,003 inci.

Challenge Machine's Micro Pro menggunakan sistem workholding titik nol Erowa dengan power chuck yang memberikan akurasi pemosisian berulang kurang dari 0,0001 inci. Mesin ini dapat menyimpan 30 palet dan 109 pemegang alat di rak tertutup bertingkat di salah satu sisinya. Pengubah benda kerja integral secara otomatis mengirimkan palet dengan bahan mentah (umumnya stok bulat yang disimpan di collet di kotak Challenge Machine) ke chuck, dan memindahkan serta menyimpan palet setelah komponen selesai dibuat.

Kapasitas penyimpanan benda kerja dan pahat menawarkan keserbagunaan bengkel dalam jenis pekerjaan yang dijalankannya di seluruh alat berat. Misalnya, perkakas yang berlebihan dapat dimuat ke dalam mesin ketika ukuran batch dari bagian yang sama atau serupa tinggi. (Schreiber mengatakan ukuran batch untuk mesin ini biasanya mencapai 100 hingga 300 buah.) Sebaliknya, berbagai alat yang berbeda (dan palet dengan bahan mentah) juga dapat dimuat sehingga dapat secara bersamaan menjalankan campuran pekerjaan bervolume rendah.

Pengubah benda kerja integral secara otomatis mengirimkan palet dengan bahan (umumnya stok bundar yang disimpan di collet) ke meja kerja dan memindahkan palet setelah bagian selesai. Sistem workholding titik nol Erowa memiliki fitur power chuck yang memberikan akurasi pemosisian berulang kurang dari 0,003 mm.

Meskipun ukuran batch untuk mesin ini tampaknya rendah (sebagian besar pekerjaan toko adalah prototipe dan volume produksi rendah), waktu siklus bagian seringkali tinggi. Kadang-kadang berjalan tanpa pengawasan selama 3 minggu berturut-turut, dan waktu siklus 3 jam untuk suatu bagian tidak jarang. Misalnya, Micro Pro melengkapi komponen medis titanium yang digunakan untuk perbaikan katup aorta yang memiliki dinding berukuran lebar 0,014 inci dari batang batang berdiameter 1,25 inci di mana 97% materialnya dihilangkan.

Di sini, chuck digunakan hanya untuk manual pembongkaran bagian yang telah selesai dan pemuatan material baru.

Untuk aplikasi seperti ini dan impeler untuk pompa darah, diperlukan kontur lima sumbu penuh. Namun, bengkel juga diuntungkan dengan melakukan operasi pemosisian 3 + 2 untuk bagian yang lebih prismatik, daripada menjalankannya di beberapa mesin atau melakukan beberapa penyiapan.

Untuk menawarkan kepercayaan lebih lanjut untuk menjalankan Micro Pro tanpa pengawasan, Challenge Machine memanfaatkan probe laser Blum-Novotest yang dipasang di sisi casting sumbu-B putar mesin untuk prasetel pahat dan, selama siklus pemesinan tanpa pengawasan, untuk memeriksa pahat kerusakan dan keausan alat pelacak (untuk beberapa aplikasi).

Machinist Brandon Gill adalah programmer, setup person, dan operator utama Micro Pro. Dia mengatakan satu tantangan kecil dengan mesin ini menjadi akrab dengan Heidenhain TNC 640 CNC (toko pertama dari merek ini), meskipun ini hanya masalah menjadi akrab dengan antarmuka CNC dan di mana untuk mengakses fungsi tertentu. Dia menghargai fungsi seperti kemampuan untuk memprogram operasi berdasarkan satu titik kinematik/sistem koordinat kerja menggunakan TNC 640 CNC, daripada memprogram dengan offset kode G G54 atau G55. Toko menggunakan GibbsCAM untuk mengembangkan program suku cadang untuk mesin ini seperti halnya dengan mesin penggilingan lainnya.

Faktanya, Gill mencatat bahwa kemampuan seperti inilah mengapa Micro Pro adalah mesin pilihannya untuk diprogram dan dioperasikan.

Melihat Tipe Swiss sebagai Mesin Lima Sumbu

Bagian medis yang rumit ini mengarahkan Challenge Machine untuk mempertimbangkan mesin bubut tipe Swiss pertamanya, yang memiliki sumbu B yang dapat diputar dan dapat diprogram dengan stasiun perkakas langsung. Model yang dipilihnya adalah Marubeni Citizen-Cincom L220 yang dibeli pada tahun 2015. Toko tersebut telah menjalankan bagian polieterketon (PEEK) tingkat medis implan yang digunakan dalam prosedur penggantian lutut di dua mesin CNC. Mesin lima sumbu menggiling sebagian besar bagian (waktu siklus adalah 45 menit) dan mesin tiga sumbu menyelesaikannya (waktu siklus adalah 15 menit). L220 mampu menyelesaikan bagian dalam 15 menit.

Toko tersebut menemukan bahwa mengembangkan strategi perkakas untuk jenis mesin ini membutuhkan kecerdikan. Tidak seperti mesin penggilingan CNC dengan alat changer berkapasitas tinggi, tipe Swiss memiliki jumlah stasiun alat yang terbatas. L220 memiliki lima stasiun balik, tiga stasiun kerja silang untuk spindel utama, enam stasiun berlawanan (tiga langsung, tiga statis), delapan stasiun di tiang belakang (empat langsung, empat statis) dan empat stasiun langsung di sumbu-B tiang alat. Tidak ada kapasitas untuk menggunakan spesial seperti alat formulir khusus seperti yang mungkin digunakan toko di pabrik. Akibatnya, Challenge Machine harus kreatif dalam menggunakan ball mill, boring bar, grooving tools, dan sejenisnya untuk membuat fitur kompleks yang dibutuhkan suku cadang, seperti geometri ID berbentuk lonceng pada suku cadang pengganti lutut PEEK.