Menguasai Pemesinan Lima Sumbu Otomatis: Solusi Terpadu

Kecepatan pemutaran dalam video ini ditingkatkan sementara gripper mengakses pallet lain dari rak penyimpanan mesin.

Challenge Machine memanfaatkan laser probe yang dipasang di sisi casting B-axis berayun mesin lima sumbu barunya untuk presetting alat, dan selama siklus pemesinan tanpa pengawasan, untuk memeriksa patahnya alat dan melacak aus alat (untuk beberapa aplikasi).

Challenge Machine di Blaine, Minnesota, spesialis dalam pemesinan bagian kecil dan kompleks — beberapa sangat kecil. Ia melakukan ini menggunakan berbagai peralatan, termasuk lathe Swiss-type B-axis, VMC dengan trunnion table yang menyediakan rotasi sumbu keempat dan, dalam beberapa kasus, kelima, dan machining center lima sumbu sejajar kecepatan tinggi.

Meskipun bengkel telah dapat merealisasikan waktu pemesinan tanpa pengawasan yang lama dengan Swiss-type bar-fed-nya, hingga baru-baru ini semua peralatan milling-nya memerlukan pemuatan bagian manual. Namun, mesin lima sumbu terbarunya memiliki workholding pallet changer terintegrasi dan automatic toolchanger (ATC) kapasitas tinggi untuk memungkinkan beroperasi tanpa pengawasan selama hari dan lights-out selama malam. Selain itu, fungsionalitas CNC digabungkan dengan rutinitas touch-probing menyederhanakan pemrograman karena operasi dibuat berdasarkan satu titik kinematik yang menciptakan satu sistem koordinat kerja.

Machinist Brandon Gill adalah programmer utama, orang penyiapan, dan operator Micro Pro. Dia menghargai fungsi seperti kemampuan untuk memprogram operasi berdasarkan satu titik kinematik/sistem koordinat kerja menggunakan Heidenhain TNC 640 CNC dan rutinitas probing Micro Pro, alih-alih memprogram dengan offset G-code G54 atau G55.

Mesin lima sumbu otomatis adalah Micro Pro dari Kern Microtechnik Jerman (dikenal di Amerika Serikat sebagai Kern Precision, berlokasi di Addison, Illinois). Aaron Schreiber, general manager Challenge Machine, mengatakan bengkel telah mempertimbangkan platform mesin canggih ini selama 15 tahun, yang menurutnya merupakan investasi yang tidak kecil. Namun, bengkel memutuskan untuk mengambil langkah pada akhir 2019 karena mengalami masalah akurasi, repeatabilitas, dan finishing permukaan untuk sejumlah bagian medis yang meningkat yang dijalankan bengkel bersertifikat ISO 13485 pada beberapa mesin trunnion lima sumbu-nya. Plus, dia mencatat bahwa fitur seperti saluran pendingin di seluruh mesin baru yang mengurangi pertumbuhan termal juga memfasilitasi pemesinan yang andal untuk bagian kompleks yang biasanya memiliki waktu siklus panjang. Ini, ditambah dengan kemampuan mesin lainnya, memberikan bengkel kepercayaan untuk menyiapkannya agar berjalan sendiri selama hari atau bahkan minggu.

Let It Run

Jim Betland memulai Challenge Machine di basement-nya pada tahun 1999. Awalnya, sebagian besar bisnis didedikasikan untuk micromachining bagian untuk industri semikonduktor. Bengkel, baru-baru ini dibeli oleh Assurance Manufacturing di Minneapolis, masih berfokus pada hal-hal kecil. (Saya berbicara dalam hal ukuran bagian dan perhatian detail micromachining penting.) Schreiber mengatakan penjualan naik 15% tahun ini karena bengkel meningkatkan fokus pada pasar medis sambil juga menargetkan pekerjaan penerbangan.

Bengkel telah memproses berbagai bagian dari berbagai material pada Micro Pro. Dalam sebulan typikal, ia menjalankan 10 hingga 15 nomor bagian yang berbeda di seluruh mesin, banyak dengan waktu siklus di atas 3 jam.

Menurut Kern, Micro Pro — yang memiliki hydrostatic guides, linear drives dan dasar single-casting yang terbuat dari ultra-high-performance concrete (UHPC) — mencapai akurasi posisi lebih baik dari 2 mikron dan repeatabilitas lebih baik dari 1 mikron. Ia dirancang dengan pemesinan bagian kecil dalam pikiran, menawarkan perjalanan XYZ 350 x 220 x 250 mm, sementara B-axis berayun berputar 220 derajat. Schreiber mencatat bahwa jejak kaki kecilnya 43 kaki persegi dihargai mengingat ruang lantai saat ini premium di fasilitas bengkel 16.000 kaki persegi yang dikontrol lingkungannya. (Dia mengatakan ini adalah salah satu alasan bengkel mungkin pindah ke lokasi yang berbeda dalam beberapa tahun mendatang.)

Alat potong dan pallet workholding disimpan di sisi mesin. Mesin ini dapat menampung 30 pallet workholding dan 109 alat. Alat terkecil yang pernah digunakan bengkel pada Micro Pro (yang memiliki spindle HSK 40 43.000 rpm) adalah 0,003 inci diameter.

Micro Pro Challenge Machine menggunakan sistem zero point workholding Erowa dengan power chuck yang memberikan akurasi posisi berulang kurang dari 0,0001 inci. Mesin dapat menyimpan 30 pallet dan 109 toolholder dalam rak multilevel tertutup di salah satu sisinya. Workpiece changer integral secara otomatis mengirimkan pallet dengan bahan baku (biasanya bar stock yang dipegang dalam collet dalam kasus Challenge Machine) ke chuck, dan menghapus serta menyimpan pallet setelah bagian selesai.

Kapasitas penyimpanan workpiece dan alat menawarkan bengkel fleksibilitas dalam jenis pekerjaan yang dijalankan di seluruh mesin. Misalnya, alat redundan dapat dimuat ke dalam mesin ketika ukuran batch bagian yang sama atau serupa tinggi. (Schreiber mengatakan ukuran batch untuk mesin ini biasanya puncaknya 100 hingga 300 potongan.) Sebaliknya, berbagai alat yang berbeda (dan pallet dengan bahan baku) juga dapat dimuat sehingga dapat secara konkuren menjalankan campuran pekerjaan volume rendah.

Workpiece changer integral secara otomatis mengirimkan pallet dengan material (biasanya bar stock yang dipegang dalam collet) ke worktable dan menghapus pallet setelah bagian selesai. Sistem zero-point workholding Erowa menawarkan power chucks yang memberikan akurasi posisi berulang kurang dari 0,003 mm.

Meskipun ukuran batch untuk mesin ini tampaknya rendah (banyak pekerjaan bengkel adalah prototipe dan volume produksi rendah), waktu siklus bagian sering kali tinggi. Kadang-kadang beroperasi tanpa pengawasan selama 3 minggu berturut-turut, dan waktu siklus 3 jam untuk bagian tidaklah jarang. Misalnya, Micro Pro menyelesaikan komponen medis titanium yang digunakan untuk perbaikan klep aorta dengan dinding berukuran 0,014-inci lebar dari bar stock diameter 1,25 inci di mana 97% materi dihapus.

Di sini, chuck digunakan hanya untuk pemuatan ulang manual bagian yang selesai dan pemuatan bahan baru.

Untuk aplikasi seperti ini dan impeller untuk pompa darah, full-five-axis contouring diperlukan. Namun, bengkel juga mendapat manfaat dengan melakukan operasi positioning 3 + 2 untuk bagian prismatik, alih-alih menjalankannya di beberapa mesin atau melakukan beberapa penyiapan.

Untuk memberikan kepercayaan lebih lanjut untuk menjalankan Micro Pro tanpa pengawasan, Challenge Machine memanfaatkan laser probe Blum-Novotest yang dipasang di sisi casting B-axis berayun mesin untuk presetting alat dan, selama siklus pemesinan tanpa pengawasan, untuk memeriksa patahnya alat dan melacak aus alat (untuk beberapa aplikasi).

Machinist Brandon Gill adalah programmer utama, orang penyiapan, dan operator Micro Pro. Dia mengatakan satu tantangan kecil dengan mesin ini adalah terbiasa dengan Heidenhain TNC 640 CNC (pertama bengkel dari merek ini), meskipun ini hanya masalah terbiasa dengan antarmuka CNC dan di mana mengakses fungsi tertentu. Dia menghargai fungsi seperti kemampuan untuk memprogram operasi berdasarkan satu titik kinematik/sistem koordinat kerja menggunakan TNC 640 CNC, alih-alih memprogram dengan offset G-code G54 atau G55. Bengkel menggunakan GibbsCAM untuk mengembangkan program bagian untuk mesin ini seperti yang dilakukan dengan mesin milling lainnya.

Faktanya, Gill mencatat bahwa kemampuan seperti itulah sebabnya Micro Pro adalah mesin favoritnya untuk diprogram dan dioperasikan.

Melihat Swiss-Type sebagai Mesin Lima Sumbu

Bagian medis kompleks ini mendorong Challenge Machine untuk mempertimbangkan lathe Swiss-type pertamanya, yang memiliki B-axis berayun terprogram dengan stasiun alat live. Model yang dipilih adalah Marubeni Citizen-Cincom L220 yang dibelinya pada tahun 2015. Bengkel telah menjalankan bagian PEEK medis grade implan yang digunakan dalam prosedur penggantian lutut di dua mesin CNC. Mesin lima sumbu memproses sebagian besar bagian (waktu siklus 45 menit) dan mesin tiga sumbu menyelesaikannya (waktu siklus 15 menit). L220 mampu menyelesaikan bagian dalam 15 menit.

Bengkel menemukan bahwa mengembangkan strategi alat untuk jenis mesin ini membutuhkan keberpihakan. Tidak seperti mesin milling CNC dengan tool changer kapasitas tinggi, Swiss-type memiliki jumlah stasiun alat yang terbatas. L220 memiliki lima stasiun turning, tiga stasiun cross-working untuk spindle utama, enam stasiun berlawanan (tiga live, tiga static), delapan stasiun di back post (empat live, empat static) dan empat stasiun live pada B-axis toolpost. Tidak ada kapasitas untuk menggunakan special seperti form tools custom seperti yang mungkin digunakan bengkel pada mill. Sebagai hasilnya, Challenge Machine harus kreatif dalam cara menggunakan ball mills, boring bars, grooving tools dan sebagainya untuk menciptakan fitur kompleks yang diperlukan bagian, seperti geometri ID berbentuk lonceng pada bagian PEEK penggantian lutut.