Meningkatkan Mesin Bubut CNC: Dari Bubut ke Fres & Bor
Dahulu kala, mesin bubut memesin bagian bundar. Mereka masih melakukan ini.
Namun, pembuat perkakas menyadari bahwa bagian yang dibubut sering memerlukan setidaknya beberapa pekerjaan fres atau bor juga. Dengan bagian sudah dipegang dalam mesin bubut, dan dengan mesin bubut CNC yang sudah mampu gerakan yang dapat memakan alat berputar secara efektif, wajar untuk meningkatkan kemampuan mesin bubut dengan menambahkan poros ekstra untuk pekerjaan alat rotatif. Apa yang dulunya adalah mesin bubut khusus menjadi mesin fres dan bor juga.
Faktanya, mesin yang paling efektif dalam mengkoordinasi bubut, fres dan bor sekaligus dalam satu setup menjadi pusat pemesinan logam serbaguna, satu pintu, multi-operasi. Dengan semua pemesinan yang bisa mereka lakukan, wajar untuk mengganti nama mereka "pusat pemesinan," jika saja nama itu belum diambil. Mesin bubut bar-fed yang memiliki kemampuan alat berputar dan subspindle yang berseberangan dengan poros utama dapat memasukkan stok mentah di satu ujung, dan memesin semua muka dan fitur bagian rumit tanpa operator harus campur tangan. Yang lebih lagi, ia dapat terus memproduksi potongan setelah potongan selama bar bertahan. Banyak bengkel sekarang memesin dengan cara ini. Produsen yang sangat berpengalaman dalam memesin dengan cara ini adalah Jesel Valvetrain Innovation.
Jesel, berkantor pusat di Lakewood, New Jersey, membuat komponen valvetrain yang disesuaikan untuk aplikasi mobil balap yang menuntut. Komponen yang mungkin dicetak untuk mesin mobil normal diproses dari baja padat di Jesel. Empat belas tahun yang lalu, perusahaan adalah pengguna awal dari mesin bubut CNC model DL-15 Mori Seiki dengan kemampuan tool aktif. Selama bertahun-tahun, mesin telah berkembang dan bengkel terus belajar cara menerapkannya secara lebih efektif. Sekarang, area manufaktur di pabrik ini mencakup 11 mesin turn-mill CNC, sebagian besar adalah model DL-150—versi yang lebih canggih dari mesin yang pabrik pertama kali gunakan.
Sebuah bagian yang diperkenalkan perusahaan baru-baru ini menggambarkan seberapa jauh pemikiran pabrik ini telah berkembang dengan masalah mesin ini. Bagian ini adalah sesuatu yang menjadi landmark tidak hanya untuk pabrik itu sendiri, tetapi juga untuk evolusi pemesinan mesin bubut tool aktif secara umum. Bagian, cam follower overhead cam, memiliki bentuk kotak yang vagan menyiratkan dua koma atau dua telinga yang digabungkan. Awalnya, pabrik mengasumsikan bagian ini akan diproses dalam lima setup pada pusat pemesinan. Dengan nilai bagian dan volume di mana akan dijalankan, proses seperti itu dapat dengan mudah dijustifikasi. Namun, Ray Frattone Sr., direktur manufaktur perusahaan, menyarankan pendekatan yang berbeda. Sebagian dari peran Tn. Frattone adalah menemukan cara baru untuk memproduksi bagian katalog perusahaan secara lebih hemat biaya. Dalam melakukannya, ia telah bekerja secara ekstensif dengan peralatan turn-mill. Cam follower cukup kompakt sehingga dapat diproses dari bar padat, ia sadari. Secara khusus, dapat diproses dari barstock alloy steel 4140 diameter 1,125 inci. Memberi makan stok ini melalui pemasok bar LNS mesin Mori Seiki tidak hanya akan memungkinkan bagian untuk diproses lengkap, tetapi juga akan memungkinkan serangkaian potongan untuk diproses tanpa perhatian.
Insinyur manufaktur Mark Cubbedge bekerja pada proses untuk bagian ini. Ia menemukan bahwa, memang, cukup kapasitas pada dua turret 12 posisi DL-150 untuk menampung semua alat fres dan bor yang diperlukan untuk memproses bagian dengan cara ini. Singkatnya, cukup posisi alat untuk memproses bagian lengkap. Setup untuk bagian ini termasuk alat cut-off untuk memotong bagian dari bar, selain itu, setiap posisi tunggal yang digunakan untuk memproses bagian ini memegang poros alat rotatif.
Pemikiran Jesel tentang mesin bubut tool aktif telah membuat perjalanan lengkap. Mesin ini sekarang digunakan dan dihargai di pabrik ini bukan sebagai mesin bubut dengan beberapa kemampuan tambahan, melainkan sebagai center produksi satu setup. Seperti yang diilustrasikan oleh bagian cam follower, mesin ini memberikan nilai pada proses bahkan ketika geometri bagian begitu jauh dari bundar sehingga pada dasarnya tidak ada pekerjaan mesin bubut tradisional yang diperlukan.
Trade-Offs
Dua nomor bagian cam follower diproses pada DL-150. Bagian yang lebih besar dari keduanya berukuran sekitar 0,75 x 0,8 x 2,5 inci. Kecuali perlakuan panas dan penggerindaan, semua manufaktur dilakukan pada mesin ini, dalam siklus yang memerlukan waktu kurang dari 10 menit.
Kedua poros utama dan subspindle bekerja secara simultan selama siklus ini. Poros utama memegang bagian untuk kasar fres, finishing fres dan bor. Subspindle kemudian mengambil bagian untuk menyelesaikan fresing bentuk dan juga melakukan beberapa slotting, sementara poros utama mulai memproses potongan berikut. Penggunaan istilah "poros" dalam konteks ini agak tidak akurat, tentu saja, karena poros digunakan sebagai sumbu rotatif dalam proses ini alih-alih memutar bagian untuk bubut. Dengan cara mesin digunakan, merujuk pada "chuck utama" dan "chuck sekunder" lebih tepat.
Perangkat lunak CAM dari Gibbs dan Associates menyediakan jalur alat. Tn. Cubbedge mengatakan plug-in deburring dari Gibbs telah terbukti sangat berharga. Perangkat lunak memprogram gerakan yang tepat dari alat ballnose diameter kecil di sepanjang sudut tajam bagian. Di chuck sekunder, deburring ini juga membantu mencampur pekerjaan dari pem clamping pertama dan kedua ke dalam permukaan pemesinan yang berkelanjutan dan mulus. Efektivitas deburring on-machine ini telah vital untuk menghasilkan bagian yang siap digunakan dengan sedikit upaya tambahan setelah pemesinan.
Baik Tn. Frattone dan Tn. Cubbedge setuju bahwa pemesinan mesin bubut tool aktif tidak sempurna. Membawa bagian dari stok mentah hampir sampai selesai dalam satu penanganan bar-fed mungkin terlihat sangat efisien, tetapi sebenarnya tipe mesin ini mempresentasikan trade-off yang harus diatasi. Meski mesin cukup serbaguna sehingga tidak perlu terbatas pada bagian yang dibubut untuk memberikan nilai, mesin tidak tepat untuk setiap bagian yang mungkin berada dalam envelop stok bar-fed. Dibandingkan opsi memproses bagian dalam beberapa setup pada pusat pemesinan, tantangan yang dihadapi Jesel dalam menjalankan bagian pada mesin bubut mencakup semua hal berikut:
- Waktu setup. Mesin bubut tool aktif bengkel total 24 posisi alat pada dua turret-nya. Mesin pemesinan vertikal kecil biasanya akan memiliki kapasitas alat lebih dalam majalahnya dari ini, dan mesin pemesinan horizontal produksi akan memiliki kapasitas alat yang jauh lebih besar. Pada pusat pemesinan, alat dapat disimpan di dalam mesin sampai diperlukan. Sebaliknya, pada mesin bubut tool aktif, tooling biasanya harus diganti sepenuhnya untuk setiap nomor bagian baru yang dijalankan bengkel. Pergantian alat yang menyeluruh cukup memakan waktu sehingga bagian biasanya perlu dijalankan dalam kuantitas ratusan sebelum waktu setup dapat diamortisasi. Ini tidak masalah pada bagian cam follower, karena Jesel cenderung menjalankan nomor bagian ini selama berpekan-pekan untuk mengisi inventarisnya. Namun, persyaratan waktu setup alat akan mencegah bagian ini dari dijalankan pada basis batch kecil atau just-in-time, meski mesin bisa ditinggalkan diatur dan sepenuhnya dialokasikan untuk nomor bagian dalam keluarga ini.
- Kekhawatiran klem. Keuntungan lain yang membantu Jesel menerapkan proses yang tidak biasa secara efektif adalah desain dan manufaktur terjadi dalam fasilitas 110.000 kaki persegi yang sama. Koordinasi antara manufaktur dan desain esensial untuk membuat bagian ini secara efisien, karena chuck di subspindle membutuhkan bentuk yang aman untuk klem. Bagian diredesain untuk ini. Meskipun begitu, gaya klem terbatas. Bagian yang sudah diproses sebagian cukup fleksibel sehingga gaya klem tinggi dengan chuck dapat mempengaruhi akurasi. Di subspindle, bagian dipegang dalam chuck soft-jaw pada gaya klem sederhana, dan agresivitas operasi pemesinan dibatasi sesuai itu.
- Risiko chatter. Selain gaya pegangan yang terbatas, faktor lain yang lebih signifikan dalam membatasi seberapa agresif proses dapat memotong. Alat berputar dalam proses ini selalu memiliki overhang panjang, karena alat membutuhkan ruang kosong yang cukup untuk mencapai melewati rahang chuck. Alat panjang diperpanjang ini menimbulkan risiko defleksi dan chatter yang meningkat yang membatasi kedalaman potong, terutama dalam aplikasi seperti ini yang memproses steel. Sebelum proses ini dapat dimasukkan ke produksi, personil Jesel harus menguji dan menyetel proses secara hati-hati untuk memastikan bahwa potong pemesinan krusial tidak chatter dengan cara yang mengakibatkan toleransi ketat. Meskipun begitu, beberapa alat aus lebih cepat dari pada proses yang lebih rigid, kata Tn. Cubbedge. Salah satu alat fres tertentu perlu diganti setelah setiap 10 potongan.
Payoffs
Masih, alat mungkin aus cepat dalam proses mesin pemesinan juga, katanya. Proses yang melibatkan mesin pemesinan juga harus disesuaikan dalam beberapa tingkat untuk memastikan akurasi krusial tercapai. Fakta bahwa Jesel telah berkomitmen pada proses pada mesin bubut tool aktif adalah cukup bukti bahwa tantangan ini dapat diatasi. Faktanya, hambatan ini kecil dibandingkan risiko yang ditimbulkan oleh serangkaian setup pada mesin pemesinan dalam memproses bagian yang sama, kata personil Jesel.
Salah satu risiko tersebut adalah kesalahan. Setiap penanganan baru memberikan risiko kesalahan terkait setup. Dalam proses dengan lima setup, nilai tambah dari empat operasi pemesinan yang akurat bisa semua hilang jika pemuatan kelima bagian salah dalam cara yang menyebabkan bagian dibuang. Mesin turn-mill menghindari bahaya ini dengan menghilangkan penanganan, dengan proses satu pintu mempertahankan semua hubungan fitur-ke-fitur di seluruh geometri bagian.
Dengan kata lain, untuk bagian cam follower, Jesel akan tinggal dengan waktu setup untuk mengganti alat, karena ini lebih mudah dikelola dari pada waktu muat/bongkar dari bagian dari operasi ke operasi pada mesin pemesinan. Bengkel juga akan menerima kebutuhan untuk menghindari dan mengelola chatter, karena ini jauh lebih baik dari pada potensi kesalahan yang tidak dapat diprediksi dan sisa dalam proses yang melibatkan banyak penanganan.
Akhirnya, personil Jesel juga akan tinggal dengan fakta bahwa mesin bubut mereka berjalan selama hari dan minggu tanpa melakukan banyak hal dalam hal bubut. Bengkel terus meningkatkan pemahaman tentang cara menggunakan mesin serbaguna secara efektif, dan pengalaman menjalankan bagian mesin pemesinan ini secara efisien pada mesin bubut tool aktif telah memberikan bengkel beberapa wawasan berharga. Di masa depan, banyak bagian yang presumably "pekerjaan mesin pemesinan" akan dilihat dengan cara yang berbeda.
