Revolusi Pemesinan: Pusat Inovasi yang Menyeimbangkan Presisi dan Fleksibilitas

Bagi siapa saja yang terlibat dalam manufaktur pemlogaman logam, pertarungan antara teknologi pemesinan terdedikasi dan teknologi pemesinan fleksibel terus berlangsung di bengkel mesin di seluruh dunia. Aliran campuran tinggi dan volume rendah ke manufaktur pemlogaman logam jelas dan, kemungkinan besar, tidak dapat dihindari. Ini tampaknya menyelimuti semua aspek operasi pemesinan.

Istilah umum ini—campuran tinggi, volume lebih rendah—bersifat relatif. Sebagai contoh, untuk bengkel cetakan, jumlah lot lima mungkin dianggap "volume tinggi." Di pemasok tingkatan dua, volume tinggi mungkin dianggap 500.000 potongan atau lebih. Dan secara relatif, pemasok tingkatan dua dengan 500.000 potongan mungkin telah menyesuaikan produksinya dari 1.000.000 potongan sebelumnya berdasarkan tren manufaktur keseluruhan beberapa dekade terakhir. Hari ini, "volume tinggi" yang sama mungkin lebih seperti 5.000 potongan. Ini bersifat relatif.

Dalam mencari peralatan modal yang memungkinkan bengkel mengoptimalkan produksi untuk mencerminkan realitas permintaan manufaktur hari ini, ada banyak konfigurasi mesin alat yang dapat dipilih. Salah satu desain yang kami sajikan di sini. Ini disebut multicenter dan dikembangkan sebagai jembatan antara produksi campuran tinggi, fleksibel dan kemampuan pemesinan terdedikasi volume tinggi.  

Transfer Rotary Morfing

Untuk mengetahui lebih banyak tentang konsep di balik Multicenter, kami berbicara dengan Maurizio Porta, pemilik generasi kedua Porta Solutions, yang berkantor pusat di Brescia, Italia. Kantor pusat Amerika Utara mereka ada di Newington, Connecticut. Didirikan pada 1958 oleh ayahnya, Oscar, perusahaan Mr. Porta mulai membangun mesin alat khusus untuk berbagai aplikasi dan telah melihat perubahan dalam persyaratan produksi terdedikasi versus fleksibel.

"Awalnya, kami memproduksi mesin alat transfer rotary," kata Mr. Porta. "Mesin ini mencerminkan zaman ketika mesin dibangun untuk memproduksi suatu bagian. Bagian adalah raja, dan menciptakan alat terdedikasi yang dirancang untuk mengoptimalkan produksinya adalah nama permainannya."

Secara tradisional dalam teknologi transfer rotary, bengkel akan mendapatkan pekerjaan dan kemudian merancang sistem produksi di sekitar bagian. Beberapa pekerjaan mungkin berjalan hampir tanpa perubahan selama bertahun-tahun. Seiring dengan siklus hidup produk menjadi lebih pendek, mesin produksi terdedikasi menjadi kurang dapat dipertanggungjawabkan secara biaya dalam banyak aplikasi, terutama karena mengubah alatnya untuk pekerjaan baru sulit, mahal, dan biasanya tidak berlayani usaha.

Pada 2005, Porta memperkenalkan solusinya untuk mesin terdedikasi versus mesin fleksibel dalam bentuk Multicenter. Pemikirannya adalah untuk menjembatani teknologi pemesinan terdedikasi yang dirancang di sekitar bagian tertentu dengan platform pusat pemesinan yang dapat dengan mudah diubah alatnya seiring perubahan campuran bagian.

Berpusat pada carousel empat stasiun, mesin, dalam konfigurasi paling populer, fitur tiga modul pusat pemesinan horizontal. Stasiun keempat di meja kerja adalah stasiun pemuatan/pembongkaran yang dapat dioperasikan manusia atau diotomatisasi.

Setiap modul HMC mampu pemesinan tiga atau empat sumbu sejati di setiap stasiun. Modul pusat pemesinan beroperasi progresif, tetapi dikontrol secara independen. Dengan mesin memproduksi satu bagian, satu bagian dalam banyak operasi, atau banyak bagian berbeda secara bersamaan. Keempat bagian berbeda akan dikerjakan oleh ketiga spindel sebelum kembali ke stasiun pemuatan/pembongkaran selesai.

Dengan tiga spindel, operasi pemesinan dapat bervariasi sesuai kebutuhan, menambahkan fleksibilitas mesin. Satu rotasi pemuat palet empat stasiun dapat menghasilkan satu bagian lengkap, empat bagian lengkap atau variasi dari keempat. Namun, Mr. Porta mengatakan sebagian besar aplikasi menggunakan urutan pemesinan progresif.  

Mr. Porta berbicara tentang satu aplikasi di mana pelanggan memproduksi tiga bagian berbeda pada satu siklus Multicenter. "Bagian ini masuk ke rangkaian, jadi setiap siklus mesin menghasilkan satu set lengkap bagian," kata Mr. Porta. "Setelah pemesinan, bagian dirangkaikan dan dikirim ke pelanggan. Ini adalah aplikasi yang sangat efisien."

Multicenter Dibandingkan dengan HMCs

HMCs mulai melihat peningkatan investasi di bengkel yang menangani pekerjaan campuran tinggi dan volume rendah. Mereka memiliki fleksibilitas bawaan dan mudah beradaptasi dengan otomatisasi menggunakan sistem shut palet untuk mengangkut kerja masuk dan keluar dari mesin alat. Selain itu, kapasitas alat potong desain horizontal unggul dibandingkan kompetitor terbesarnya, VMC.

Survei yang dilakukan oleh bisnis riset pasar internal Production Machining, Gardner Intelligence, menunjukkan peningkatan signifikan dalam proyeksi pembelian HMC; 85 persen lebih banyak dari angka untuk 2017.

Namun, Mr. Porta menyatakan bahwa jika volume dan kompleksitas workpiece memerlukan lebih dari satu HMC, Multicenter menemukan nicenya. "Ini adalah jembatan antara produksi sangat tinggi dari mesin tujuan khusus dan volume lebih rendah dengan fleksibilitas HMC," katanya. "Multicenter berada di antara kedua kelas mesin ini, dan merupakan mesin alat standar, bukan khusus, yang membuat waktu pemuatan jauh lebih pendek."

Mesin dirancang untuk kubus kerja 10 inci, meskipun desainnya dapat diskalakan untuk bagian yang lebih besar. Setiap dari ketiga pusat pemesinan dilayani oleh tool changer sendiri, dengan kapasitas 12 alat sebagai standar pada masing-masing. Kapasitas alat lebih, hingga 40 alat masing-masing, tersedia jika diperlukan. Setiap spindel mesin memiliki tiga sumbu di ujung alat dan satu sumbu rotary keempat terletak pada setiap meja kerja. Semua sumbu dikontrol oleh CNC FANUC atau Siemens mesin.

Kaki Lebih Kecil, Daya Kurang

Keuntungan desain Multicenter, kata Mr. Porta, adalah bahwa pelanggan umum untuk mesin itu, yang membutuhkan tiga atau empat HMC untuk mencapai angka produksinya, dapat mendapatkannya dalam satu platform. Mesin lebih mudah dioperasikan, menggunakan daya lebih sedikit, dan memenuhi lantai lebih sedikit. 

Persyaratan ruang lantai dari HMC, dengan area pemuatan dan pembongkaran terkaitnya, tidaklah sepele. "Sekarang, kalikan ruang lantai itu dengan tiga dan hal itu menjadi cukup besar," kata Mr. Porta. "Karena Multicenter pada dasarnya tiga HMC pada satu platform, hanya menempati 87 meter persegi. Kami menghitung tiga HMC standar, dengan otomatisasi pendamping, akan menempati 240 meter persegi."

Multicenter dibandingkan dengan tiga pusat pemesinan horizontal mandiri mengonsumsi 50 persen lebih sedikit energi, menurut Mr. Porta. Dia menyebutkan angka konsumsi 51 kWh untuk Multicenter versus 120 kWh untuk tiga pusat pemesinan, dengan produksi yang setara.

Tarifikasi ini dapat dipertanggungjawabkan oleh pengurangan aksesori redundan, katanya. Sebagai contoh, pusat pemesinan mendorong tiga sistem otomatisasi, 3 konveyor chip, dan tiga pemutar palet. Terkait, ada lebih banyak pemeliharaan yang terkait dengan tiga versus satu platform.  

Dua Target Pelanggan

Menurut Mr. Porta, Multicenter memiliki dua target pelanggan. Karena perusahaan didirikan pada mesin khusus volume tinggi, Multicenter dirancang sebagai pusat produksi volume.

"Beberapa pelanggan kami meneguhkan Multicenter pada satu bagian, seperti mesin khusus," kata Mr. Porta. "Bengkel ini memproduksi kuantitas otomotif dalam rentang 700.000-1.000.000 bagian per tahun dalam beberapa kasus. Keuntungan bawaan dari ketiga pusat pemesinan dalam satu platform—pengurangan biaya dari ruang lantai lebih sedikit, energi lebih sedikit dan tenaga kerja lebih rendah—masih berlaku dalam aplikasi ini."

Di mana Multicenter berbeda dari asal mesin khususnya, adalah kemampuannya untuk bersaing secara biaya dalam aplikasi volume lebih rendah. "Beberapa pelanggan kami menggunakan Multicenter untuk memenuhi pesanan produksi yang bukan volume tinggi, melainkan campuran tinggi," kata Mr. Porta.

Untuk kelompok target kedua, lot dari 500 hingga 5.000 adalah biasa. Bengkel ini umumnya tidak memproduksi bagian untuk inventaris, melainkan memenuhi pesanan "spot."

Bengkel ini cenderung menggunakan kapasitas Multicenter untuk merespons pesanan seiring masuk. Mesin di bengkel kerja ini di-alat untuk produksi fleksibel daripada produksi terdedikasi.

Pegangan Kerja Quick-Change

Struktur Multicenter cukup berbeda dari HMC. Dasar mesin adalah pengelasan yang Mr. Porta sebutkan sebagai struktur kotak tertutup. Di dalam kotak, meja rotary empat stasiun membawa palet pemesinan. Kotak memiliki tiga dinding dengan modul pusat pemesinan pada setiap dinding dengan masing-masing linear guideways. Dinding keempat terbuka untuk stasiun pemuatan/pembongkaran mengakses zona kerja.

Dalam mengembangkan Multicenter, Porta telah merancang sistem pegangan kerja untuk fleksibel. Dipasang pada masing-masing tiga palet mesin adalah receiver yang dapat diindex untuk posisi atau secara kontinu untuk konturing di sumbu B oleh palet. Receiver-nya standar dan tetap berada di palet.

Klem untuk workpiece spesifik dipasang pada receiver dan membuka atau menutup di bawah CNC dan hidroliknya terus dipantau oleh kontrol. Pergantian dilakukan dengan cukup mengganti klem pada receiver. Ini menghasilkan waktu pergantian 30 detik. 

Untuk akses ke sisi kelima workpiece, fixture dirancang untuk diindex 90 derajat untuk mengekspos sisi itu dari bagian ke spindel. Meskipun operasi ini biasanya dilakukan pada spindel tiga, dapat dilakukan pada semua spindel jika diperlukan. Fixture-nya juga mampu opsi sumbu U jika single-point turning diperlukan untuk menyelesaikan bagian.   

Menjalankan Program

Pemrograman untuk Multicenter tiga spindel relatif sederhana. Setiap modul pusat pemesinan memiliki halaman sendiri di kontrol FANUC atau Siemens, jadi pemrogramannya pada dasarnya satu mesin tiga sumbu, dengan sumbu B, satu waktu. Pemrograman berprogresi dari spindel satu ke dua ke tiga.

Meski secara efektif ada tiga program terpisah yang berjalan secara bersamaan, tidak ada perlu untuk kontrol sinkronisasi terpisah. Kedu merek CNC yang digunakan Porta mengoperasikan sinkronisasi program di latar belakang kontrol.

Karena mesin memiliki tiga spindel dan biasanya beroperasi operasi berurutan, menyeimbangkan waktu siklus untuk menghilangkan waktu mati penting. Porta telah mengembangkan paket perangkat lunak dengan Microsoft yang disebut Energy Characterization.

Membaca konsumsi daya dari motor spindel, perangkat lunak secara efektif mengurangi daya untuk potongan lebih ringan dan mentransfernya, melalui regenerative braking, ke spindel yang menggunakan lebih banyak daya. Hasil bersihnya adalah konsumsi daya yang dioptimalkan.

Porta kompatibel dengan kemampuan konektivitas Industry 4.0. Beberapa program pengembangannya relatif canggih. Informasi yang tersedia, apakah produksi 1.000.000 bagian atau 500 bagian, bernilai bagi setiap produsen. Data bergabung dengan chip sebagai mata uang manufaktur pemlogaman logam.