Mengoptimalkan Produksi: Capai Penghematan Biaya dengan Penggerusan Satu Pengaturan

Bagaimana Anda meminimalkan biaya per unit untuk bagian kompleks yang memerlukan turning, milling dan drilling? Untuk Steve Hattori, jawabannya sederhana: Gerus mereka dengan hanya satu setup—dan buat setup itu sesederhana mungkin.

Presiden contract shop Salinas Valley Precision (Salinas, California), Mr. Hattori dulu membutuhkan minimal tiga mesin untuk menghasilkan bagian bulat kompleks dari solid: bandsaw untuk memotong stok ke panjang, lathe, dan machining center untuk menambahkan flats dan holes. Sekarang, bengkel membiarkan satu mesin melakukan semua pekerjaan ini—mengubah barstock yang belum diolah menjadi bagian yang selesai secara otomatis, secara efektif menggantikan banyak setup dengan satu.

"Siapa pun yang akan berargumen untuk cara lama belum pernah mencoba menggerus gulungan pancing," kata Mr. Hattori. Faktanya, pertama kali produsen barang olahraga lokal menawarkan bagian gulungan pancing kepadanya, Hattori menolak. Saat itu, bagian itu terlalu kompleks untuk menguntungkan. Dipotong dari aluminium solid dengan 90 persen stok yang diolok, gulungan 3,25 inci diameter ini terdiri dari dua flang yang mudah merusak kurang dari 0,1 inci tebal, terhubung oleh core yang berongga dengan dinding tidak jauh lebih tebal.

Bagian itu harus diserang dari semua sisi. Setiap flang ditembusi oleh 12 lubang, 0,45 inci diameter, yang berfungsi untuk mengurangi berat. Lingkaran core mencakup 12 slot berbentuk oval untuk pengurangan berat juga. Terakhir, counterbore pada satu sisi mencakup 36 serrations untuk mekanisme ratchet tongkat pancing, ditambah press-fit bearing bore dengan total toleransi 0,0002 inci pada diameter.

"Dan semua geometri itu hanya separuh masalah," kata Mr. Hattori. "Sisa adalah ukuran batch. Kami bisa saja menggerus bagian menggunakan fixture kompleks pada machining center, bersama dengan CNC lathe yang kami gunakan saat itu. Tapi ini akan menimbulkan biaya setup yang besar, satu yang tidak dapat di-amortisasi atas run kecil bagian yang sering rendah hingga 100 piece."

Mr. Hattori memang menggerus prototipe gulungan pancing, tapi tidak keberatan untuk bidding bagian produksi. Setidaknya, tidak pada awalnya. Sejak saat itu, bagian ini telah menjadi sumber pendapatan utama untuk bengkel 10 karyawan. Itu datang setelah Mr. Hattori mencipta ulang prosesnya.

Penggerusan One-Stop

Hasil kunci dari kreativitas Mr. Hattori adalah proses di mana semua operasi turning, milling dan drilling digabungkan pada satu mesin, Mazak "Super Quick Turn" (SQT) 15MS-Y CNC turning center. Selain membawa alat rotary untuk operasi milling dan opposed second spindle untuk turning sisi kedua, mesin dilengkapi dengan Y-axis yang dapat diprogram dengan stroke empat inci. Kemampuan Y-axis ini memungkinkan operasi milling off-center dilakukan sementara workpiece masih dipegang dalam spindle primer atau sekunder.

Melalui handoff otomatis terkoordinasi antara kedua spindle, setiap permukaan bagian dapat tercapai tanpa campur tangan manusia. Setiap operasi turning, milling dan drilling dilakukan tanpa "melepaskan" bagian, sehingga referensi posisi workpiece yang kritis dipertahankan selama seluruh proses penggerusan.

Blank workpiece diumpankan ke mesin dengan Mazak Cut-Feeder. Sama seperti kemampuan mill-drill yang memungkinkan turning center mengambil tempat machining center, Cut-Feeder menghilangkan band saw dari proses, dan juga memotong jeda antara siklus bagian berturut-turut hingga hanya beberapa detik. Cut-Feeder tidak hanya memajukan barstock, ia memotongnya ke panjang, dari 0,60 hingga 5,11 inci. Ia mengeksekusi cutoff ini sementara SQT menggerus bagian saat ini, lalu memuat workpiece baru melalui chuck segera setelah lathe siap untuk siklus berikutnya.

Feeder otomatis membantu meminimalkan waktu setup. Unit menyimpan hingga lima bar dengan diameter 3,25 inci yang digunakan untuk gulungan pancing dan memajukan serta memotong setiap satu tanpa rotasi. Daripada metodologi bar feed konvensional, Cut-Feeder memegang bar diam sementara alat cutoff berputar di sekitar stok, perlahan memasuki sampai cutoff selesai. Karena bar tidak berputar, tidak diperlukan pre-machining untuk membuatnya bundar (profil persegi atau hexagonal juga bekerja). Sebagai hasilnya, Mr. Hattori dapat langsung melempar satu atau lebih bar ke feeder dan membiarkan turning center mengubahnya menjadi bagian yang sudah diolok selesai. Final deburring adalah satu-satunya operasi yang dilakukan di luar mesin.

Proses penggerusan melibatkan 20 pergantian alat tetapi tidak memerlukan operator, jadi Mr. Hattori sering membiarkannya berjalan tanpa pengawas—mendapatkan kembali 90 gulungan untuk setiap bar 12 kaki yang dimuatnya.

Return On Imagination

Gulungan keluar dari turning center dengan kecepatan satu setiap delapan menit. Meskipun siklus memanfaatkan kecepatan spindle tinggi mesin—5.000 rpm untuk spindle utama dan kedua, 3.000 untuk rotary tools—Mr. Hattori memberikan kredit pada pemrograman kreatif sebagai alasan utama waktu siklus sangat rendah. Mantan spesialis machining untuk perusahaan R&D aerospace, Hattori membuka bengkelnya 10 tahun yang lalu sehingga ia dapat terus merancang strategi CNC machining yang kompleks setelah pemberhentian majikan yang ditutup.

"Lathe multitasking memberikan pengembalian yang lebih besar untuk imajinasi programmer daripada yang pernah saya gunakan," katanya. "Dengan begitu banyak opsi dalam satu mesin, selalu ada cara lain—dan seringkali cara yang lebih baik—untuk memproduksi fitur apa pun."

Contohnya, Mr. Hattori menemukan metode yang tidak biasa untuk menggerus flang tipis gulungan aluminium pada kecepatan tinggi tanpa defleksi. Setelah semua fitur di satu sisi telah diolok sementara bagian dalam main chuck, program Mr. Hattori memerintahkan chuck kedua untuk memegang sementara masih mempertahankan grip chuck primer. Memegang bagian dari kedua sisi dengan cara ini menghilangkan masalah defleksi. Saat kedua spindle berputar bersamaan, logam di antara kedua flang diolok seolah-olah itu adalah groove tunggal, 0,75 inci dalam.

Kemampuan Y-axis digunakan untuk menghasilkan serrations ratchet. Daripada mengindex bagian dengan spindle untuk memotong setiap indentasi—cara pekerjaan dilakukan pada lathe live tool tradisional—Mr. Hattori memerintahkan main spindle untuk memegang bagian diam sementara turret bergerak dari satu serration ke yang berikutnya, menggunakan X-Y interpolation. Sementara turret bergerak hanya sedikit lebih cepat dari spindle indexing, ketika perbedaan ini dikalikan dengan 36 serrations, peningkatan produktivitas terasa nyata.

Dalam kasus lain, Y-axis menghasilkan fitur yang dapat diolok pada mesin turn/mill tiga sumbu konvensional (X, Y dan C). Contohnya adalah roda ratchet baja 4340 untuk mekanisme timing sistem perakitan robot. Bagian ini berdiameter 3,25 inci dengan cakram tebal 3/16 inci dan integral hub yang lebih lebar, dan terlihat seperti gerigi pisau dengan 12 gigi di sekitar lingkarannya. Y axis memungkinkan 12 flat diolok di sekitar lingkaran blad. "Setiap flat adalah pemotongan sederhana," kata Mr. Hattori. "Kami dulu membutuhkan machining center untuk bagian ini, tapi sekarang saya dapat memotongnya lengkap [dalam satu setup], batch 100 roda memakan waktu tiga jam lebih sedikit untuk diolok."

Three-Axis Interpolation

Bagian ini adalah kasus lain dari setan dalam serration. Untuk produsen peralatan medis lokal, Mr. Hattori memproduksi support diameter 2 inci untuk unit kontrol catheter electronic mapping jantung. Setengah dari satu senggak joint yang menahan unit kontrol tetap dalam berbagai orientasi, bagian ini menampilkan flat panjang di garis tengah di mana separuh bagian atas diolok. Flat ini membentuk permukaan di mana dua setengah sengak bertemu, dan mencakup lubang untuk pivot yang menghubungkannya. Di sekitar pivot ini ada 30 serration seperti gerigi pisau. Mengizinkan sengak untuk bersambung dan mengunci dalam beberapa posisi, serration membentuk pola sinar matahari simetris dengan pivot di tengah, dan berpasangan dengan pola yang setengah sengak lainnya.

"Dua sumbu linear tidak cukup untuk mengolok fitur ini; Anda harus memiliki tiga," kata Mr. Hattori. "Meskipun puncak serration semuanya terletak pada satu bidang, tool path tidak. Kami menggunakan end mill custom-ground yang sesuai dengan sudut trough antara dua serration, tapi bahkan dengan alat ini, tool path dua sumbu tidak dapat memotong bentuk yang tepat. Daripada puncak tajam yang diperlukan sepanjang caminho ke lingkaran pola, tool path dua sumbu akan menghasilkan puncak berbentuk kipas, karena ruang di antara dua pemotongan akan menjadi lebih tebal saat alat bergerak jauh dari hub."

Untuk memecahkan masalah ini, Mr. Hattori interpolate dalam tiga sumbu untuk membuat setiap pemotongan. Diameter alat custom-ground sekitar sama dengan jarak puncak-ke-puncak di lingkaran. Oleh karena itu, Mr. Hattori memulai di hub—di mana alat memotong hanya pada ujungnya—dan memasang alat ke bawah dalam Y saat bergerak keluar sepanjang radius pola dalam X dan Z. Dengan cara ini, serration yang diolok memiliki ketebalan puncak yang sama di lingkaran seperti di hub, dan diolok dalam satu pass. Support hinge part juga diolok dari solid—mulai dari bar aluminium. Total waktu siklus sekitar 12 menit per bagian.

Tidak seperti gulungan pancing, support hinge adalah bagian dari portofolio Mr. Hattori bahkan sebelum ia membeli multi-processing turning center. Bagian awalnya dipotong pada CNC lathe dan vertical machining center. Untuk menghasilkan taper bulat bagian, turning dilakukan pertama. "Profil yang halus membuat waktu setup memakan waktu pada vertical machining center," kata Mr. Hattori. "Kami tidak dapat menggunakan vise, jadi kami harus memboltokannya ke fixture custom."

Sekarang, masalah itu hilang—karena chuck turning center memegang bagian untuk turning dan milling. "Waktu milling pada SQT sama seperti pada machining center, tapi sekarang tidak ada yang perlu memboltok dan melepas bagian," kata Mr. Hattori. "Itu perbedaan besar. Dengan hanya satu perbaikan itu, kami telah memotong waktu siklus untuk bagian hinge lebih dari 30 persen."