Near-Net-Shape Turning Memimpin Jalan Menuju Otomatisasi yang Lebih Sederhana

Pembubutan Near-net-shape (NNS) adalah tren yang masuk ke arus utama manufaktur selama dua dekade. Idenya dipahami oleh hampir semua orang di bidang manufaktur sekarang. Pada dasarnya, pembubutan NNS berarti pembubutan bagian yang telah dibentuk atau dicor mendekati dimensi akhir. Implikasi dari metode ini terus terungkap saat mesin, alat, dan proses menggabungkan perkembangan dan ide baru.

Sebagian besar pembubutan NNS melibatkan pemesinan fitur yang sangat sedikit pada suatu bagian; sering satu atau dua, jarang lebih dari tiga. Pembubutan NNS sering menghasilkan kesulitan lemparan karena bagian tipikal sering dipotong tipis, atau dicor atau dibentuk tanpa penetapan atau datum pengukuran. Karena operasi pembubutan NNS tipikal adalah operasi penyelesaian akhir, kami dapat menambahkan bahwa operasi ini biasanya termasuk dalam kategori pembubutan, pemboran, atau penghadapan dengan akurasi tinggi.

Namun, implikasi terpenting dari pembubutan NNS adalah cara hal itu memengaruhi tren dalam otomatisasi. Ketika waktu pembuatan chip menjadi bagian yang lebih kecil dari total waktu siklus, penanganan kerja dan penggantian alat muncul sebagai penghalang utama menuju efisiensi yang lebih baik. Pembubutan NNS telah berevolusi untuk menyesuaikan diri dengan penanganan kerja yang paling sederhana dan perubahan alat, tren yang telah meluas melampaui pembubutan NNS itu sendiri, menantang kebijaksanaan konvensional tentang seberapa banyak kerumitan yang baik untuk efisiensi manufaktur dan efektivitas biaya secara keseluruhan.

Mendapatkan Suku Cadang dan Keluar dengan Cepat

"Tugas kami adalah memasukkan dan mengeluarkan suku cadang dari alat berat secepat mungkin, dan sekonsisten mungkin," kata Dan Kruse, manajer operasi Bearing Technologies, Inc., Div. dari MB Mfg. (Benton Harbor, Michigan). Dia mengacu pada balapan untuk bantalan yang dibuat oleh perusahaannya, dikerjakan dari bagian pipa baja 4118 yang dipotong-ke-panjang. Meskipun pekerjaan ini hanya sedikit operasi bentuk jaring (karena hingga 0,080 inci stok dihilangkan hingga tiga lintasan alat pemotong), pekerjaan ini menggunakan teknologi otomatisasi dan pendekatan proses keseluruhan yang telah dikembangkan oleh pembubutan NNS.

Bearing Technologies menggunakan dua mesin perkakas gang empat sumbu, yang dihubungkan bersama ke dalam sel melalui sistem transfer tipe gantry linier. Mesin-mesin di sel ini mencerminkan pengaruh pembubutan NNS terhadap desain mesin pembubutan produksi. Kecil, digabungkan dengan erat, dan dengan kapasitas hanya untuk satu atau dua pahat pada masing-masing dari dua blok perkakas ("gang") yang dipasang silang, mesin Wasino SS-8 ini berfokus pada pembubutan bagian-bagian yang lebih kecil yang memerlukan pemesinan hanya beberapa fitur.

Tanpa turret untuk diindeks, penggantian pahat berlangsung cepat. Waktu pemotongan, juga, diminimalkan dengan pemotongan empat sumbu, dua alat secara bersamaan. Tetapi hanya 15 persen dari waktu siklus pendek 30 hingga 40 detik suku cadang yang melibatkan penanganan kerja. Waktu bongkar muat telah dipersingkat sejauh yang dimungkinkan oleh keadaan seni.

Bearing Technologies menggunakan contoh ekstrem dari pemuatan dan pembongkaran yang cepat dan sederhana:sistem saluran gravitasi memberi makan bagian-bagian dalam satu garis lurus dan dengan satu gerakan penanganan. Ini hanya cocok untuk bagian berbentuk cincin atau cakram, tetapi mencapai target yang disajikan dalam penanganan kerja NNS. Sistem saluran menggunakan gerakan mekanis sesedikit mungkin, dan memuat dalam jalur praktis terpendek.

Perusahaan sebelumnya melakukan pekerjaan dengan mesin pembubutan dua sumbu yang dilengkapi dengan pemuat yang lebih konvensional. Waktu pemotongannya 25 persen lebih lama daripada mesin empat sumbu yang baru. Tetapi perbedaan terbesar adalah dalam penanganan pekerjaan. Total waktu siklus kira-kira tiga kali lebih lama sebelum mereka beralih ke pemuat gravitasi.

Toleransi Seperti Penggiling

Banyak aplikasi NNS mendorong akurasi alat berat ke tingkat ekstrem, sering kali menggantikan operasi penggilingan dan melakukan semua putaran dalam satu langkah, atau dalam satu lintasan melalui sel yang memutar kedua ujung bagian. Aplikasi belokan keras sering termasuk dalam kategori ini. Untuk roda gigi bubuk-logam (PM), busing dan bagian kecil lainnya, putaran keras telah menjadi pesaing serius untuk penggilingan. Kelas pekerjaan ini dapat dianggap sebagai subkategori pembubutan NNS dan menuntut efisiensi dan akurasi penanganan pekerjaan yang sama.

Ini juga mengutamakan kekakuan alat berat dan rekayasa alat. Meskipun keramik digunakan dalam aplikasi pembubutan yang berat dan ringan, pengenalan alat polikristalin kubik-boron-nitrida (PCBN) yang membawa hard-turning ke arus utama produksi. Alat ini bertahan lama dan menghasilkan konsistensi keausan yang luar biasa--selama perhatian yang cermat diberikan pada persiapan tepi.

Pembubutan NNS yang presisi, keras atau lunak, biasanya membutuhkan pengembangan aplikasi ekstra. Penyetelan perkakas dan material pahat sangat penting untuk bagian yang lebih lunak dan juga untuk bagian yang keras, di mana jangka panjang digabungkan dengan akurasi tinggi dan persyaratan permukaan akhir yang halus. Dan banyak suku cadang seperti itu menghadirkan tuntutan pemasangan atau pembuangan khusus.

Pemesinan piston kecil untuk peralatan rumput adalah ilustrasi yang baik tentang karakteristik khusus pembubutan NNS. Die cast presisi ke bagian tipis, tanpa datum yang mudah diakses, bagian ini sulit untuk di-chuck secara akurat dan cenderung mudah terdistorsi. Meski begitu, kita sering dapat mengubah piston skirt menjadi ±50 juta (0,000050) inci.

Bobot yang ringan adalah tujuan utama untuk piston kecil, dan piston telah menjadi aplikasi alami untuk die casting presisi. Tetapi proses pengecoran tidak menghasilkan fitur untuk membuang bagian dalam. Mereka harus dikerjakan sepanjang diameter luar penuhnya, dan satu-satunya datum untuk orientasi sumbu spindel adalah bagian dalam kubah piston, atau mahkota.

Pembubutan, oleh karena itu, adalah pekerjaan pemesinan ujung ganda, di mana diameter luar pemesinan akhir di ujung mahkota harus dilanjutkan di rok, tanpa kehilangan konsentrisitas. Dinding rok yang tipis dan mudah terdistorsi membuat tugas ini lebih sulit.

Jawabannya adalah kombinasi dari chucking udara yang halus dan presisi dan rahang yang diputar di tempat--yang keras, untuk produksi volume tinggi. Menggunakan chuck udara, berjalan pada tekanan saluran maksimum 60 hingga 70 psi, memecahkan banyak masalah chucking NNS bagian tipis seperti itu. Mereka cenderung untuk membuang secara akurat pada berbagai tekanan udara, mulai dari mungkin 30 psi hingga maksimum 70. Bahkan dengan rahang yang halus, mereka mendapatkan pegangan yang memadai pada bagian jika gaya putar rendah, seperti pada piston aluminium.

Namun, ada lebih banyak hal untuk menjaga akurasi pada bagian bagian tipis daripada sekadar membuangnya secara akurat. Piston menghadirkan masalah potensial lain karena bagiannya yang tipis:lubang bor pergelangan tangan, yang kami letakkan di pusat pemesinan terkoordinasi di sel mesin yang sama, terletak di bos berdinding tipis. Ini memanas dengan cepat pada langkah putaran pertama dan kemudian menutup saat dingin, mengembang dan mengecilkan diameter piston luar sebesar 0,00015 hingga 0,00020 inci. Dalam beberapa aplikasi NNS, distorsi termal seperti itu sangat sulit untuk ditangani.

Fleksibilitas dan sensitivitas termal suku cadang NNS terus mendorong pengembangan solusi chucking yang lebih baik. Menyelesaikan rahang chuck di tempat pada mesin telah menjadi praktik standar. Juga umum untuk meruncingkan rahang ini untuk mengkompensasi kelenturan yang mungkin mereka alami saat digunakan. Pemesinan akar rahang yang mengeras dengan diameter lebih besar dari ujungnya, 0,0005 inci hingga 0,001 inci, direkomendasikan.

Ini perlu untuk merancang rahang untuk area kontak maksimum saat tekanan ringan digunakan. Meski begitu, gaya potong dapat melebihi kekuatan mencengkeram rahang dan memungkinkan bagian-bagiannya tergelincir. Gerigi berujung persegi biasa tidak banyak membantu dalam hal ini, tetapi keberhasilan yang baik dilaporkan dengan rahang bergerigi tajam, yang dibuat khusus untuk setiap aplikasi. Cara paling praktis untuk membuatnya adalah sebagai sisipan yang dibaut, diputar dan bergerigi di sepanjang sumbu spindel, sebagai satu bagian silinder dan kemudian dipotong gergaji untuk memisahkan sisipan untuk masing-masing rahang.

Gerigi benar-benar membuat tanda halus pada bagian tersebut, sehingga tidak menyelesaikan setiap masalah lemparan. Tetapi mereka telah memecahkan beberapa yang sangat sulit. Dalam satu aplikasi, memutar die cast, bushing aluminium grade 390, chucking dengan rahang halus, kami mendapatkan variasi kebulatan 0,0001 hingga 0,0003 inci, sebagian besar karena tekanan rahang yang diperlukan untuk mencegah tergelincir dan garis perpisahan yang tidak konsisten di bagian luar diameter die casting. Dengan rahang bergerigi, tekanan dapat ditingkatkan dan tetap meningkatkan kebulatan, hingga 30 hingga 50 persejuta (0,000030 hingga 0,000050) inci.

Bagian yang dikeraskan menghadirkan kesulitan pelemparan yang lebih besar. Tergelincir adalah masalah karena gaya potong agak lebih tinggi. Dan banyak dari bagian ini, terutama roda gigi, tidak dapat dibuang pada permukaan geometris sederhana.

Menekan pada garis pitch roda gigi adalah ideal teoritis, karena, jika lubang atau bushing lokasi yang sedang dikerjakan (dan biasanya demikian), Anda ingin roda gigi yang sudah jadi berjalan pada garis pitchnya untuk pengoperasian yang tenang dan lancar. Pada roda gigi bevel, atau bahkan pada roda gigi muka datar, garis pitch hampir tidak merupakan permukaan lemparan yang jelas. Bahkan, Anda bahkan tidak bisa melihatnya. Itu adalah lingkaran teoretis yang terletak di suatu tempat di gigi roda gigi.

Kami telah memecahkan masalah yang menggores kepala ini dengan menggunakan perlengkapan chucking garis pitch. Ini adalah permukaan "roda gigi" EDMed yang dikeraskan yang dipasang pada chuck dan yang berpasangan dengan benda kerja, yang memastikan bahwa bagian tersebut berjalan secara konsentris dengan garis pitchnya. Saat benda kerja bersentuhan dengan fixture, kedua bentuk roda gigi secara alami berpasangan pada lingkaran dengan gangguan paling sedikit, yang, dengan senang hati, adalah garis pitch itu sendiri.

Aplikasi roda gigi bevel volume tinggi di pabrik Black &Decker's Easton, Maryland, telah menjalankan pengaturan ini dalam produksi volume tinggi selama beberapa tahun. Bagian PM yang dikeraskan dan diinfiltrasi tembaga dihadapkan dan dibor pada mesin pembubutan perkakas geng, menggunakan perkakas PCBN. Fixture pitch-line memerlukan pengindeksan part, saat dimuat, untuk menghindari crash part dan fixture, ujung gigi ke ujung yang menimbulkan masalah besar berikutnya dengan pembubutan NNS otomatis:sistem penanganan kerja.

Penanganan Pekerjaan Untuk Pembubutan NNS

Penanganan pekerjaan untuk pembubutan NNS harus cepat, karena waktu siklus bergantung padanya. Aplikasi pemuatan roda gigi menyarankan bahwa itu juga harus serbaguna, untuk mengakomodasi sesuatu yang rumit seperti mengarahkan gigi roda gigi untuk dikawinkan dengan perlengkapan. Salah satu perkembangan yang lebih luar biasa dari pembubutan NNS adalah sistem bongkar/muat yang cepat dan serbaguna ini, yang juga memiliki keunggulan sederhana, terdapat di dalam peralatan mesin, dan mudah dikendalikan dengan CNC standar--idealnya CNC yang sama yang berjalan mesin pembalik.

Ini adalah "otomatisasi mandiri", dan itu membutuhkan definisi. Berikut konfigurasi mesin pembubutan NNS kontemporer yang tipikal:Ini sangat rumit, karena hanya beberapa fitur yang sedang dikerjakan. Perkakas geng menghasilkan kopling mekanis yang erat antara pahat pemotong dan alas mesin. Ini membuatnya kaku dan secara inheren lebih mudah untuk dibangun secara akurat, tanpa bushing turret atau roda gigi indeks.

Pemuat tipe gantry dibangun di atas alat berat, dipasang langsung ke alas alat berat. Jalur kerja gripper benar-benar sepanjang garis lurus, dari korsel pementasan kerja yang terintegrasi dengan alat mesin itu sendiri. Kepala gripper bergerak sepanjang alas mesin dan lurus ke atas dan ke bawah di ujungnya, mengambil dan menempatkan suku cadang di carousel dan di chuck.

Pemuat gantry saat ini menggunakan drive yang dapat diprogram dan gripper seperti chuck, dengan rahang yang lembut. Oleh karena itu, pergantian suku cadang berlangsung cepat. Karena gerakan bongkar muat sedikit, dan perjalanan hanya melibatkan satu sumbu pada satu waktu, program mereka pendek. Mereka dapat disimpan dan dikontrol dari CNC alat mesin.

Ini adalah paket yang secara inheren akurat, sangat kompak, dan merupakan paket modular yang cocok untuk perakitan sel multi-mesin dengan mudah. Pemuat gantry dapat mengumpankan sistem transfer perantara, dibangun di sepanjang garis jalur linier sederhana yang sama, untuk menukar bagian antar mesin.

Kembali ke aplikasi roda gigi itu:Ini membutuhkan orientasi bagian, tetapi gripper seperti chuck dan tidak pandang bulu tentang bagaimana mereka mengambil bagian dari korsel. Bagaimana itu mengarahkan mereka? Dengan berhenti di stasiun perantara, di mana ia menjatuhkan bagian ke perlengkapan berputar yang menggunakan sinar cahaya untuk memberi tahu di mana gigi berada, dan kemudian memutar roda gigi seperlunya untuk menghindari tabrakan. Gripper kemudian mengambil bagian itu lagi dan melanjutkan perjalanannya ke chuck.

Jadi, sistem gantry yang telah kami jelaskan sederhana tetapi tidak sederhana; itu dapat diuraikan, berkat kemampuan programnya, untuk melakukan sesuatu yang ekstra dengan bagian itu. Mengorientasikannya adalah salah satu tugas tersebut. Gaging itu adalah satu lagi untuk aplikasi SPC online.

Pembubutan bentuk mendekati jaring mengutamakan akurasi dan kecepatan, dan memungkinkan penanganan alat dan penanganan kerja yang sederhana, karena sifat suku cadang NNS yang khas. Pusat belok otomatis yang telah berevolusi untuk memenuhi permintaan pasar ini sederhana tanpa berpikiran sederhana:Mereka dapat diprogram untuk tugas-tugas khusus, termasuk pengukuran dan orientasi suku cadang.

Akibatnya, pusat belok otomatis ini adalah otomatisasi pra-paket. Cepat disiapkan, mampu menghasilkan akurasi yang ekstrem, dan serbaguna, mereka menunjukkan jalan menuju otomatisasi yang lebih baik untuk banyak aplikasi permesinan lainnya, selain pergantian bentuk mendekati jaring.