Teknik Pemesinan Camshaft Canggih untuk Kinerja Puncak
Saat pertama kali berbicara dengan Billy Godbold, dia berada di balap menyaksikan tim balap drag profesional menguji camshaft kustom. Mr. Godbold adalah pemimpin grup engineering untuk Comp Cams, produsen komponen rangka katup yang menyediakan camshaft tersebut. Sebulan sebelumnya, grup desain Comp Cams baru mulai mempertimbangkan material dan geometri camshaft untuk aplikasi ini. Bergerak dari desain hingga camshaft billet selesai begitu cepat tidak akan mungkin beberapa tahun lalu ketika perusahaan meng-outsource pemesinan camshaft balap kelas tinggi mereka.
Hari ini, Comp Cams memesin batch kecil core camshaft balap pada lathe twin-spindle/twin-turret dari Okuma. (Core camshaft adalah camshaft yang fitur utamanya telah diproses, tetapi masih memerlukan operasi heat treating dan grinding selanjutnya.) Membawa kemampuan pemesinan ini ke dalam rumah memungkinkan perusahaan untuk sangat mempercepat turnaround camshaft kustom untuk aplikasi balap profesional karena tidak lagi harus menunggu minggu atau bulan untuk menerima core camshaft. Ini sekarang dapat memproduksi hingga 12 core camshaft baja tool M4 bubuk logam dalam satu shift delapan jam.
Mr. Godbold menjelaskan bahwa keahlian tradisional Comp Cams adalah dalam grinding camshaft, bukan memesinnya. Jadi ketika keputusan diambil untuk memasang lathe multifungsi tujuh sumbu pada 2008, perusahaan sangat bergantung pada keahlian dan saran para pemasok peralatan untuk mendirikan proses pemesinan yang efektif. Comp Cams terus memanfaatkan sumber daya ini hingga saat ini saat berupaya meminimalkan waktu siklus untuk core camshaft.
Untungnya bagi saya, "you can't sell if you don't tell" adalah motto Paul "Scooter" Brothers, salah satu pemilik Comp Cams serta chairman dewan direksi Specialty Equipment Market Association. Sejalan dengan semangat peribahasa itu, perwakilan perusahaan tidak ragu untuk membincangkan bagaimana mereka menjadi lebih baik dalam menggunakan lathe canggih selama kunjungan saya ke fasilitas mereka di Memphis, Tennessee.
Sukses pada Kecepatan
Bagian camshaft garis produk Comp Cams terbagi merata menjadi tiga segmen: aplikasi high-performance/non-balap; pembalap hobi; dan pembangun mesin untuk tim balap profesional NASCAR, NHRA, dan lainnya. Camshaft billet kustom yang diproses di fasilitas Memphis perusahaan digunakan oleh tim balap profesional.
Awalnya, waktu pengiriman core camshaft yang lama membuat perusahaan mempertimbangkan untuk menambahkan sel "konvensional" untuk menghasilkan batch kecil yang diperlukan tim balap. Sel-sel ini biasanya mencakup gergaji untuk memotong barstock ke panjang; lathe untuk memutar depan dan belakang camshaft, menambahkan titik pusat, dan membuat runtun lob; gergaji untuk memproses detail di muka dan belakang muka camshaft; dan gergaji tambahan untuk memproses profil lob. Sebagian besar operasi ini juga memerlukan beberapa pengaturan yang memakan waktu.
Perusahaan akhirnya memutuskan untuk mengambil jalan yang berbeda setelah Mr. Godbold bertemu dengan Larry Schwartz, yang saat itu adalah presiden Okuma America (dia sekarang chief strategy officer pembangun alat mesin). Para pria membicarakan cara alternatif untuk memproduksi core camshaft yang akan meminimalkan pergantian dan menyederhanakan pengaturan untuk run produksi sekitar 20 potongan. Ide Mr. Schwartz adalah menggunakan lathe twin-spindle/twin-turret. Menjaga batang klem antara spindel dan/atau sebagian di dalamnya akan memungkinkan pemesinan lengkap core camshaft dalam satu pengaturan. Selain itu, twin spindel dapat melakukan beberapa operasi secara bersamaan.
Perusahaan memilih Okuma LT300-MY. Mr. Godbold mengatakan bahwa dalam banyak hal, konsep awal dan eksekusi pemrograman adalah tantangan yang lebih besar daripada modifikasi mesin ringan yang diperlukan untuk aplikasi ini. Perubahan mekanis utama pada mesin adalah meningkatkan ukuran selang di spindel utama dan subspindle sehingga camshaft jurnal 70 mm dapat melewatinya. Perusahaan beralasan bahwa karena mesin menawarkan banyak kekakuan dan setiap spindelnya menyediakan 30 tenaga kuda, lathe tidak akan mengalami masalah memproses baja tool bubuk logam M4 yang keras (berrating 30 HRc) yang umum pada camshaft balap billetnya.
Sebelum pengiriman lathe, Comp Cams mengirim core camshaft yang mereka pikir sangat sulit ke fasilitas Okuma untuk prove-out mesin: camshaft NHRA Pro Stock diameter 70 mm dengan sembilan jurnal. Kevin Kraieski, engineer aplikasi untuk Okuma, membuat program bagian awal dan memesin bagian contoh pertama. Mr. Kraieski menyiapkan program bagian menggunakan beberapa sub-routine gaya variabel untuk operasi yang umum diperlukan, seperti membuat runtun di antara lob, milling profil lob, pemboran dan pembuatan speri pola lubang baut, dan lainnya. Ini memungkinkan Comp Cams untuk dengan mudah memprogram ulang mesin kompleks untuk sejumlah desain camshaft tanpa memulai dari nol setiap kali.
Meningkatkan finishing di runtun di antara lob dan meningkatkan kecepatan pemesinan lob terbukti menantang selama pengujian. Namun, Tim Whitmore, manajer proyek OEM untuk Iscar, bekerja erat dengan Mr. Kraieski untuk menyelesaikan masalah alat. Saat mesin dikirim ke Comp Cams, ia dapat menyelesaikan core camshaft M4 dalam 75 menit.
Foto di halaman berikut menunjukkan bagaimana core camshaft diproduksi pada lathe. Operator secara manual memasukkan batang yang telah dipotong ke dalam spindel utama, menarik batang keluar beberapa inci ke batas, dan memklamnya. Lathe kemudian memutar dan memproses fitur pada apa yang akan menjadi muka depan cam. Kemudian, subspindle bergerak ke posisi, memegang muka yang diproses dan menarik batang keluar sekitar 10 inci. Pembuatan runtun dan milling lob diselesaikan pada segmen batang tersebut. Setelah pemesinan pada bagian tersebut selesai, subspindle memklam beberapa jurnal yang baru diproses dan menarik batang lebih jauh keluar dari spindel utama untuk mengaktifkan pembuatan runtun dan milling lob pada setengah belakang camshaft. (Melakukan operasi ini dalam dua bagian kecil meminimalkan risiko lenturan, getaran, dan chatter.) Akhirnya, subspindle menghabiskan hampir seluruh batang untuk mengaktifkan pekerjaan memutar dan memproses pada muka belakang camshaft.
Comp Cams telah menyempurnakan proses ini hingga titik di mana ia sekarang dapat memproses core camshaft dalam 35 hingga 45 menit. Dikatakan demikian, perusahaan harus mengatasi beberapa tantangan pemesinan awal untuk mencapai waktu siklus yang lebih cepat ini.
Tantangan Awal
Ternyata, camshaft "yang sangat sulit" yang dikirim Comp Cams ke Okuma untuk pengujian ternyata lebih mudah diproses dari model camshaft lainnya. Itu karena sembilan jurnal camshaft memberikan lebih banyak titik klem untuk subspindle daripada camshaft lima jurnal yang umum. Akibatnya, rahang subspindle asli tidak cukup panjang untuk memklam di seluruh paling sedikit dua jurnal pada model lima jurnal (ini diperlukan untuk memastikan dukungan yang memadai selama pemesinan). Memasang rahang 6 inci yang lebih panjang memungkinkan subspindle untuk memklam di seluruh dua atau lebih jurnal pada setiap jenis camshaft yang diproduksi perusahaan. Spindel utama selalu memklam barstock padat, jadi rahang yang lebih panjang tidak diperlukan untuk spindel itu.
Slip workpiece di dalam rahang juga terbukti menarik masalah kadang-kadang karena beberapa material camshaft lebih sulit untuk diklem rapat daripada yang lain. Solusinya adalah melapisi permukaan pegangan rahang dengan lapisan tungsten alloy dari Carbonite Metal Coatings. Lapisan tertentu ini diterapkan melalui electrofusion, yang menciptakan ikatan metalurgi yang dikatakan lebih kuat daripada lapisan cat. Lapisan ini telah hampir menghilangkan slip linear dan sudut workpiece selama pemesinan.
Tantangan awal lainnya adalah bias dengan P codes, yang digunakan untuk sinkronkan gerakan kedua turret. P codes tidak hanya memastikan turret tidak saling mengganggu saat melakukan operasi terpisah, tetapi juga dapat memberi sinyal pada mereka untuk melakukan operasi yang sama secara bersamaan. Misalnya, jika seorang programmer ingin memutar bagian dengan turret atas dan kemudian membor ujungnya dengan turret bawah, operasi-operasi tersebut harus disinkronkan karena jelas tidak dapat dilakukan pada waktu yang sama. Jika programmer menetapkan nilai P10 pada turret atas dan P20 yang lebih tinggi pada turret bawah, turret atas akan melanjutkan semua gerakan yang diperlukan sampai menemukan nilai P yang lebih tinggi dalam kode program. Jika kode P berikutnya yang ditemukannya lebih tinggi dari kode P yang ditetapkan pada turret bawah, turret atas akan menunggu sampai turret bawah selesai. Namun, jika kode P yang sama diterapkan pada kedua turret, mereka akan bekerja secara bersamaan.
Melainkan camshaft memiliki jumlah runtun ganjil, lathe melakukan operasi memutar dan membuat runtun menggunakan kedua turret secara bersamaan saat batang diposisikan di antara spindel. Karena turret atas dioptimalkan untuk berjalan dekat dengan spindel utama dan bawahnya disiapkan untuk berjalan dekat dengan subspindle, perusahaan tidak melakukan pinch turning. Namun, Mr. Godbold mengestimasi bahwa pemotongan bersamaan memungkinkan lathe untuk menghapus material 30 persen lebih cepat terutama karena tekanan alat seimbang. Selain itu, memulai operasi pembuatan runtun di tengah setiap segmen batang dan bergerak keluar menuju spindel meninggalkan lebih banyak stock di kedua ujung segmen batang. Ini memastikan dukungan yang kaku untuk mencegah chatter dan juga menghilangkan fleksi di area lemah batang, yang mungkin bisa mencubit atau mematahkan alat pembuatan runtun.
Memanfaatkan Standarisasi
Setiap turret pada LT-300MY memiliki 12 stasiun alat. Daniel Freeman, teknisi R&D untuk Comp Cams yang biasanya memprogram dan membantu menjalankan lathe, mengatakan perusahaan memanfaatkan sepenuhnya 24 stasiun total tersebut. Sekitar dua di dari tiga di antaranya jarang berubah. Selain itu, alat di beberapa stasiun dicerminkan pada kedua turret atas dan bawah untuk memfasilitasi operasi pemesinan bersamaan.
Setiap turret memiliki tiga alat pembuatan runtun yang berbeda. Dua di antaranya melakukan operasi roughing. Yang lebih lebar digunakan sekira mungkin, sedangkan yang lebih tipis hanya digunakan ketika ruang sempit. Alat pembuatan runtun ketiga digunakan untuk finishing, menghasilkan permukaan berkualitas tanpa burr sambil mempertahankan toleransi dimensi kurang dari 0,010 inci pada semua dimensi linear sepanjang camshaft 26 inci.
Turret atas memiliki dua end mill berorientasi vertikal dengan diameter berbeda yang tetap di stasiun aktif masing-masing. Ini digunakan bersama dengan pergerakan sumbu Y mesin untuk melakukan milling lob. End mill yang lebih sempit 0,75 inci memiliki satu insert kurang daripada end mill 1 inci, jadi laju umpan harus dikurangi saat alat itu digunakan. Alat di lima stasiun aktif horizontal turret atas juga jarang berubah. Ini melakukan pemboran, pembuatan speri, reaming, dan operasi lain pada muka depan camshaft.
Turret bawah berisi center drill yang digunakan untuk muka depan dan belakang camshaft. Turret ini juga memiliki stasiun horizontal aktif yang disiapkan untuk membuat fitur seperti lubang ventilasi. Dua stasiun berisi alat miselan. Ini mencakup alat multifungsi pemboran/bor yang biasanya digunakan untuk membuat counterbore, dan alat bor insert indexable besar yang memproses lubang di belakang camshaft.
Perusahaan menggunakan adaptor quick-change Exsys/Eppinger Preci-Flex ER32 untuk beberapa pekerjaan alat aktifnya. Setiap adaptor dapat menampung bor, tap, atau mill untuk digunakan di satu stasiun tersebut. Selama pengaturan, setiap alat dipasang secara terpisah di adaptor dan di-touch off. Selama run produksi, program pause menghentikan mesin dan meminta operator untuk mengubah alat di stasiun adaptor ke alat berikutnya yang dibutuhkan. Operator dapat mengubah alat dalam kurang dari satu menit, dan touch-off tidak diperlukan karena offset untuk setiap alat telah ditentukan selama pengaturan. Mr. Freeman mengatakan alat di adaptor keluar beberapa inci lebih jauh dari biasanya, tetapi ini tidak memberikan masalah kecepatan.
Perusahaan juga telah menyetel standar pendingin, menggunakan pendingin sintetis Castrol Syntilo 9918 yang sama untuk pemesinan seperti yang digunakan untuk grinding. Mr. Godbold mengatakan perusahaan dapat menghemat uang dengan menggunakan pendingin yang lebih murah, tetapi ia menghargai kinerja konsisten yang ditawarkan pendingin canggih ini. Comp Cams berencana memasang sistem pendingin pusat 8.000 galon dengan satu sistem filter kertas utama untuk menyediakan area pemesinan dan grinding di fasilitas.
Salah satu keuntungan standarisasi adalah meminimalkan jumlah alat yang harus di-touch off untuk pekerjaan baru. Biasanya, operator hanya perlu memasang dan me-touch off beberapa bor, reamer, dan tap selama pengaturan untuk pekerjaan baru. Standarisasi alat juga memungkinkan programmer untuk dengan cepat dan mudah menentukan apakah alat tambahan diperlukan untuk proyek baru. Pada akhirnya, standarisasi telah memungkinkan Comp Cams untuk mengurangi waktu pergantian untuk sebagian besar pekerjaan baru dari satu hari penuh menjadi hanya beberapa jam.
Dikatakan demikian, perusahaan terus bekerja erat dengan Rex Luxmore, perwakilan alat Iscar mereka, yang Mr. Freeman katakan proaktif dalam memberitahukan perkembangan alat terbaru. Misalnya, rekomendasi Mr. Luxmore mengenai alat pembuatan runtun dengan lapisan baru menghasilkan peningkatan umur alat 30 hingga 50 persen. Bantuan ini sangat penting, kata Mr. Freeman, sebagian besar karena material yang menantang seperti baja tool bubuk logam M4 yang sering diproses perusahaan. Baja tool ini tidak hanya sangat tidak memaafkan, tetapi akan work-harden dengan cepat jika dipotong terlalu lambat atau ringan.
Sebuah Nasihat
Tujuan Comp Cams adalah menjadi pengembang terdepan komponen rangka katup inovatif, Mr. Godbold menjelaskan. Pemesinan dipandang sebagai sarana untuk mencapai tujuan itu. Mr. Godbold mengatakan perusahaan dengan pendekatan yang sama sebaiknya mengenali keterbatasan manufaktur mereka, terutama saat mempertimbangkan penambahan lathe kompleks seperti LT-300MY. Terbaik untuk mengalokasikan beberapa waktu untuk mempelajari dalam dan luar mesin tersebut sebelum bergantung padanya untuk produksi, kata ia.
Scooter Brothers tentu memahami ini saat mesin twin-spindle/twin-turret dikirim. Selama perusahaan menjadi lebih efektif dalam menggunakan lathe selama beberapa bulan pertama dan mampu mencapai tingkat produksi setengah gas dalam satu tahun, Mr. Brothers tidak akan terkecoh.
Mr. Godbold yakin pendekatan ini membuat perbedaan besar di dunia. Dengan rendah hati ia mengatakan bahwa Comp Cams membuktikan bahwa benghel dengan hanya pengalaman memutar dan memproses konvensional dapat berhasil mengintegrasikan mesin multifungsi kompleks tanpa harus hebat dalam pemesinan atau pemrograman. Namun, ini memerlukan pembinaan hubungan yang kuat dengan pemasok peralatan yang bersedia membantu benghel mencapai tujuannya. Menemukan orang terpercaya untuk bekerja sama berarti segalanya, kata ia.
