Satu Proses Lima Sumbu, 10 Elemen Otomatisasi

Otomatisasi terlihat bahkan oleh mata yang tidak terlatih ketika mengamati mesin lima sumbu baru Phoenix Proto dengan kumpulan palet enam stasiun dan sistem pemuatan palet (hal yang sama berlaku untuk salah satu mesin tiga sumbu yang dilengkapi dengan sama). Yang mengatakan, ada elemen otomatisasi lain, mungkin lebih halus, yang terdiri dari proses lima sumbu toko. Faktanya, elemen-elemen inilah yang memungkinkan proses untuk berulang kali mencapai toleransi dan permukaan akhir yang diperlukan untuk komponen cetakan aluminium toko sementara, dengan intervensi manusia yang minimal, jika ada, menyesuaikan variabel bawaan yang dapat mempengaruhi presisi dan throughput pemesinan.

Poin tentang throughput ini penting, karena tujuan toko Centreville, Michigan adalah menyediakan cetakan aluminium rakitan kepada pelanggan dalam waktu tiga minggu, sehingga perputaran kualitas yang cepat, komponen perkakas mesin sangat penting.

Bob Lammon, presiden perusahaan, mengatakan aluminium terus umum digunakan untuk membuat prototipe dan perkakas "jembatan" (cetakan digunakan sementara untuk memungkinkan perusahaan memulai komponen plastik cetakan injeksi untuk produk baru sambil menunggu perkakas produksi baja selesai). Namun, dia melihat peningkatan minat pada cetakan aluminium yang digunakan untuk produksi sebagai pengganti cetakan baja tradisional.

“Bergantung pada geometri dan resin bagian cetakan injeksi, dimungkinkan untuk mendapatkan 50.000 bidikan dari cetakan aluminium yang tidak dilapisi,” jelas Mr. Lammon. “Dalam beberapa kasus, ini mungkin cukup untuk mendukung kebutuhan produksi. Namun, dengan mengeraskan cetakan aluminium hingga 54 HRC melalui teknologi seperti proses pelapisan nikel keras Nibore yang kami gunakan, dimungkinkan untuk mendapatkan 1 juta atau lebih bidikan untuk resin non-abrasif, dan mungkin 250.000 untuk resin abrasif berisi kaca. .”

Aplikasi untuk cetakan yang diproduksi toko sangat luas, termasuk suku cadang untuk industri peralatan, otomotif, konsumen, medis, dan senjata api. Ini mengarah pada campuran tinggi ukuran cetakan, fitur dan geometri yang harus diakomodasi oleh area pemesinan dalam waktu singkat. Lammon mengatakan solusi alami tampaknya mengotomatiskan proses pemesinan lima sumbu berkecepatan tinggi untuk menghasilkan produksi tanpa pengawasan/mati lampu untuk komponen cetakan yang paling kompleks. Ini disadari, seperti yang saya pelajari selama kunjungan baru-baru ini ke toko Michigan.

Penambahan Otomatisasi

Phoenix Proto memiliki tiga mesin berkecepatan tinggi dan tiga mesin CNC konvensional. Pusat permesinan otomatis pertama yang ditambahkan toko adalah mesin tiga sumbu Roeders RXP500 yang dibeli pada tahun 2012. Mesin motor linier 42.000 rpm ini dilengkapi sistem penggantian palet RCE 1 dengan kumpulan palet enam stasiun. Sekarang digunakan terutama untuk komponen pemesinan seperti alas cetakan dan blok rongga.

Saat ini, hampir semua pemesinan rongga dan inti cetakan dilakukan pada Roeders RXP601DSH lima sumbu baru dengan sistem penggantian palet RCE 2 yang lebih besar. Ini, mesin lima sumbu pertama dan (setidaknya untuk saat ini) satu-satunya di toko ini, dipasang pada awal 2016. Seperti Roeder tiga sumbu berkecepatan tinggi, mesin ini juga memiliki spindel 42.000 rpm dan penggerak motor linier. dengan resolusi 1 nanometer. Motor linier adalah kunci untuk gerakan cepat, memungkinkan kecepatan traverse cepat 2,362 ipm. Mereka juga menawarkan lebih sedikit gesekan daripada sekrup bola, yang mengarah pada konsumsi daya yang lebih rendah.

Mesin lima sumbu dengan amplop pemesinan 21,3 kali 25 kali 15,7 inci dan berat benda kerja maksimum 440 pon memiliki desain gaya trunnion dengan putar sumbu A berkisar ±115 derajat. Gerakan putar lainnya disediakan oleh pelat sumbu-C pada trunnion. Menurut Matt Byers, presiden Roeders of America, desain trunnion di mana poros tidak memberikan gerakan sumbu rotasi cenderung lebih kaku daripada platform mesin lima sumbu alternatif untuk memungkinkan pemotongan berat. Selain itu, pusat gravitasi rendah untuk benda kerja menjaga gaya inersia tetap rendah untuk mengurangi efek miring atau miring selama gerakan kecepatan tinggi.

Mr. Byers juga percaya bahwa teknologi kontrol milik alat berat ini menawarkan keuntungan untuk jenis penggilingan kecepatan tinggi yang dilakukan Phoenix Proto. Dua parameter penting untuk memfasilitasi penggilingan kecepatan tinggi yang efektif adalah kecepatan pemrosesan lookahead dan block. RMS6 CNC mesin berbasis PC menawarkan 10.000 blok lookahead dan kecepatan pemrosesan blok 0,1 milidetik.

Throughput tinggi yang dimungkinkan oleh waktu siklus alat berat yang cepat menggunakan teknik pemesinan berkecepatan tinggi dilengkapi dengan semua elemen otomatisasi yang digabungkan ke dalam proses ini. Berikut adalah 10 elemen otomatisasi yang saya perhatikan selama kunjungan saya:

1. Sistem pemuatan dan kolam palet

Sistem penggantian palet otomatis RCE 2 mesin lima sumbu memiliki kumpulan palet enam stasiun, meskipun toko terkadang memasang lebih dari satu bagian pada palet. Setiap palet berukuran 23,6 kali 15,7 inci.

Sesuai permintaan Phoenix Proto, gripper sistem pemuatan telah dimodifikasi. Awalnya, tidak ada bagian yang menggantung di tepi palet. Dengan memodifikasi gripper sehingga mengambil dari bagian bawah palet, sistem sekarang dapat memuat benda kerja yang lebih besar. Sekarang, ukuran part hanya dibatasi oleh kapasitas mesin, bukan loader.

Toko menggunakan perangkat lunak manajemen pekerjaan Roeders untuk menjadwalkan dan mengelola pekerjaan. Ini mencoba menjadwalkan yang panjang untuk berjalan semalaman dan akhir pekan, saat ini menjalankan satu shift 12 jam lima hari per minggu. Sebagai alternatif, ia mencoba memastikan ada cukup pekerjaan yang berjalan lebih pendek yang disiapkan untuk memungkinkan mesin tetap sibuk sendiri.

2. Mesin

Pemesinan lima sumbu itu sendiri merupakan bentuk otomatisasi. Ada dua jenis proses lima sumbu:contouring dan positioning (juga dikenal sebagai “3+2”). Phoenix Proto melakukan pemosisian 3+2 pada mesin ini sebanyak 75 persen. Untuk ini, mesin menggunakan dua sumbu putar tambahan hanya untuk memiringkan benda kerja secara sudut dan kemudian menguncinya di posisi itu. Setelah itu, ia melakukan operasi tiga sumbu dalam orientasi itu. Salah satu keuntungannya adalah ini menawarkan akses pahat ke lima sisi bagian dalam satu pemasangan. Ini meminimalkan jumlah penyiapan, jumlah mesin yang mungkin harus dilalui oleh suatu bagian, dan dengan demikian, berapa kali suatu bagian "disentuh" ​​selama produksi (yaitu, "otomatisasi").

Kemampuan memiringkan bagian melalui 3+2 juga memungkinkan alat menjangkau jauh ke bagian untuk menciptakan fitur cetakan yang rumit seperti rusuk yang dalam. Dalam beberapa kasus, ini telah menghilangkan operasi EDM pemberat sekunder dan kebutuhan terkait untuk mesin elektroda. Selain itu, toolholder shrink-fit yang digunakan memiliki diameter lebih kecil daripada desain bergaya collet untuk memberikan jarak bebas tambahan.

Dengan 3+2, bengkel juga dapat menggunakan pemotong yang lebih pendek dan lebih kaku. Pemotongan yang lebih cepat dan lebih agresif dapat dilakukan dengan menggunakan alat yang lebih pendek tanpa risiko getaran atau gesekan yang dapat terjadi jika alat yang lebih panjang diperlukan. Getaran dan gesekan dapat menyebabkan hasil akhir permukaan yang buruk, yang, dalam kasus Phoenix Proto, akan membutuhkan lebih banyak pekerjaan bangku manual untuk komponen cetakan atau bahkan pekerjaan EDM sekunder untuk mencapai hasil akhir yang berkualitas, sehingga memperpanjang waktu produksi secara keseluruhan. Toko ini juga mampu mewujudkan masa pakai pahat yang lebih baik untuk ball end mill, karena ketika suku cadang dimiringkan pada sudut yang berbeda, lebih banyak jari-jari pahat yang dapat digunakan, bukan hanya ujungnya. Pemesinan pada area radius lain dan bukan pada ujungnya (titik di mana kecepatan rotasi nol) juga menghasilkan penyelesaian permukaan yang lebih baik.

3. Pemeriksaan pemicu sentuh

Setelah suku cadang baru dimuat ke dalam mesin, pemeriksaan rutin otomatis dengan probe pemicu sentuh mengidentifikasi lokasi beberapa titik pada suku cadang atau perangkat workholding untuk menetapkan lokasi tepat suku cadang tersebut pada mesin. CNC mesin kemudian secara otomatis menyesuaikan sistem koordinat kerja asli agar sesuai dengannya. Ini menghilangkan shimming manual, part nudging, dan tugas lain yang memakan waktu yang seharusnya diperlukan untuk membuat part diratakan dan disejajarkan agar sesuai dengan sistem koordinat alat berat.

4. Siklus kalibrasi otomatis

Mesin lima sumbu memiliki berbagai saluran pendingin di alasnya, rel, gerbong dan sebagainya, sehingga komponen tersebut tidak akan mengembang karena sumber panas internal. Namun, untuk beradaptasi dengan fluktuasi suhu sekitar di dalam toko (misalnya dari awal hari hingga akhir hari), siklus kalibrasi otomatis menggunakan probe pemicu sentuh dapat dilakukan.

Siklus kalibrasi Roeders dilakukan secara berbeda dari kebanyakan proses pembuat peralatan mesin lainnya, Mr. Byers menjelaskan. Dia mengatakan siklus itu biasanya meminta palet yang saat ini dimuat ke dalam mesin untuk dilepas dan diganti dengan palet lain yang memiliki bola perkakas. Bola ini kemudian diperiksa untuk menentukan berapa banyak pergeseran lokasi yang telah terjadi karena perubahan suhu toko sekitar. Sebaliknya, siklus Roeders tidak memerlukan palet yang ada dengan benda kerja untuk dilepas. Alat berat ini memiliki prisma pembumian presisi pada pengecoran lengan trunnion dan pengecoran motor sumbu-C yang diperiksa untuk menentukan perubahan posisi dan, jika perlu, secara otomatis mengkompensasi perubahan tersebut. Phoenix Proto melakukan kalibrasi rutin ini sebulan sekali kecuali jika ada masalah dan terkadang melakukannya sebelum penyelesaian akhir yang kritis.

5. Kompensasi pertumbuhan spindel

Mr Byers mengatakan beberapa pembuat alat mesin membuat algoritme untuk setiap mesin sebelum dikirim ke pelanggan untuk memperkirakan berapa banyak spindelnya akan mengembang pada kecepatan dan waktu pengoperasian yang berbeda. Namun, ia mencatat bahwa pada dasarnya tidak mungkin untuk memperhitungkan semua cara yang mungkin dilakukan pelanggan dalam menggunakan mesin dari satu hari ke hari berikutnya. Mesin lima sumbu Phoenix Proto memiliki sistem kompensasi spindel otomatis opsional untuk beradaptasi dengan ekspansi (atau kontraksi) spindel secara real time. Sistem ini menggunakan sensor non-kontak yang terpasang pada lengan berbentuk L yang diposisikan di dekat permukaan spindel (lihat foto pada tayangan slide di atas). Sensor dengan resolusi nanometer mendeteksi seberapa banyak spindel mengembang atau mengerut selama operasi dan mengumpankan informasi itu kembali ke CNC untuk menyesuaikan sumbu Z ke atas atau ke bawah untuk mengimbanginya. Ini sangat penting untuk operasi lima sumbu, karena saat bagian dimiringkan, pertumbuhan spindel dapat memengaruhi lokasi tooltip di ketiga sumbu linier, tidak hanya di Z. Kompensasi otomatis membantu memastikan penyelesaian permukaan dan campuran yang baik dan konsisten.

6. Pengaturan alat laser pada mesin

Setelah setiap penggantian pahat, panjang dan diameter pahat baru diukur secara otomatis menggunakan probe pengaturan pahat laser Blum pada mesin. (Probe laser serta bola alat kalibrasi probe sentuh terletak di luar area pemesinan di toolchanger sehingga terlindung dari keripik dan cairan pendingin.) Toko menentukan pita toleransi untuk setiap diameter pahat. Jika probe mendeteksi bahwa diameter pahat di luar toleransi, maka pemesinan tidak akan dilakukan menggunakan pahat itu. Misalnya, jika ball end mill 0,250 inci berukuran ±0,0002 terlalu besar atau terlalu kecil, itu tidak akan digunakan. Ini juga berlaku untuk panjang pemotong.

Sebelum ini, laser menentukan apakah alat yang diganti telah rusak. Jika alat rusak, tetapi dijadwalkan untuk digunakan pada pekerjaan berikutnya yang diantrekan di kumpulan palet, itu tidak akan menghentikan produksi pada pekerjaan tersebut. “Misalnya, jika alat di ATC posisi lima ditemukan rusak, mesin akan melepas bagian yang rusak itu, memuat pekerjaan terjadwal berikutnya dan menjalankan pekerjaan itu hingga mencapai tahap di mana alat di stasiun lima akan digunakan,” jelas putra Mr. Lammon, Scott, direktur operasi perusahaan dan salah satu dari dua orang yang memprogram dan menyiapkan mesin lima sumbu. “Kemudian, mesin akan melepas bagian itu dan melanjutkan ke pekerjaan berikutnya dalam antrian. Proses ini akan berlanjut untuk setiap pekerjaan yang dimuat.”

7. Penyesuaian nosel pendingin

Daripada hanya menggunakan nozel pendingin fleksibel konvensional yang harus diposisikan secara manual, mesin lima sumbu ini memiliki sistem penyaluran cairan pendingin yang secara otomatis menyesuaikan arah aliran cairan pendingin ke titik pemotongan, berapa pun panjang alatnya. Arah nozel disesuaikan melalui kode M berdasarkan panjang pahat berikutnya yang diketahui yang dipasang di poros.

8. Fungsi pemrograman kemiringan otomatis

Chris Claar adalah manajer teknik Phoenix Proto yang juga memprogram dan menyiapkan mesin lima sumbu. Dia mengatakan pada tahun 2010, toko melakukan studi waktu membandingkan perangkat lunak CAD/CAM sebelumnya dengan perangkat lunak Cimatron. “Kami beralih ke Cimatron setelah penelitian kami menunjukkan penghematan waktu pemrograman 30 persen dibandingkan dengan perangkat lunak lain,” jelas Mr. Claar. “Satu fitur hemat waktu yang kami hargai adalah fungsi kemiringan otomatis lima sumbu. Karena kami memiliki semua komponen mesin serta benda kerja, pemasangan, dan perkakas yang dimodelkan 3D dalam perangkat lunak, fungsi kemiringan otomatis dapat menentukan pada kedalaman berapa pemotong atau pemegang alat akan mengenai bagian tersebut, dan kemudian secara otomatis memiringkan bagian tersebut untuk mencegah crash dan memungkinkan operasi untuk melanjutkan.” Perangkat lunak ini juga menggunakan model 3D tersebut untuk memungkinkan pemrogram melakukan simulasi offline operasi pemesinan untuk mendeteksi potensi kerusakan.

9. Pemeriksaan sintaks

Selain programmer yang menjalankan simulasi offline di Cimatron untuk setiap program, mereka juga menggunakan fungsi pemeriksaan sintaks di kontrol Roeders yang secara otomatis mengoreksi program dan pascaprosesor untuk mengidentifikasi kesalahan apa pun sebelum pekerjaan itu dijadwalkan.

10. Program dimulai kembali

Jika ada kebutuhan untuk menghentikan mesin di tengah program, programmer tidak perlu secara manual masuk ke program yang diposting, cari nomor baris di mana mesin dihentikan dan kemudian hapus semua kode di atas itu sehingga restart pada posisi yang tepat di mana ia tinggalkan. Dengan kontrol Roeders, operator cukup memasukkan nomor baris ke dalam file perintah, dan secara otomatis akan membaca program dan memulai kembali dari sana.

Otomasi Ketenangan Pikiran

Meskipun banyak pemikiran masuk ke dalam strategi pemesinan tanpa pengawasan Phoenix Proto, ia menyadari bahwa hal yang tidak terduga dapat terjadi. Itulah sebabnya mesin Roeders tiga dan lima sumbu diatur untuk mengirim peringatan teks atau email dengan pesan kesalahan. Dimungkinkan juga untuk masuk dari jarak jauh ke kontrol mesin melalui perangkat lunak "Team Viewer" online, seperti halnya teknisi servis Roeders dapat melakukan diagnostik mesin jarak jauh untuk mendapatkan ide jika komponen perlu diganti, jika drive perlu diganti. disetel dan sebagainya. (Faktanya, penyetelan drive dapat dilakukan dari jarak jauh menggunakan perangkat lunak ini, kata Mr. Byers.)

Yang mengatakan, toko memiliki pilihan lain. Itu telah menggantung kamera dari langit-langit di antara dua mesin Roeders yang dapat diakses oleh pemrogramnya melalui ponsel mereka untuk melihat apa yang terjadi (lihat foto di tayangan slide di bagian atas halaman ini). Mereka dapat menggeser kamera dan memperbesar mesin atau layar CNC untuk melihat (dan mendengar) status pekerjaan yang sedang berjalan. “Sesibuk apapun kita sekarang, saya akan memeriksa telepon saya pada waktu-waktu tertentu di malam hari, karena mesin yang mati benar-benar dapat mengganggu jadwal kami,” kata Mr. Claar. “Ini seperti saya sedang berdiri di depan mesin.”