Memaksimalkan Efisiensi: Kemampuan Mesin Perkakas Horizontal untuk Pemesinan Bagian Besar
Platform serbaguna menangani pemrosesan dengan efisiensi maksimum
Horizontal machining centers (HMC) adalah platform mesin multi-sumbu serbaguna yang memaksimalkan pemrosesan bagian besar multi-sisi dengan meminimalkan penanganan bagian. Mereka digunakan di industri yang beragam seperti penerbangan, otomotif, generasi daya dan rekayasa umum.
Dengan kapasitas produksi hampir universal, HMC menawarkan banyak pilihan bagi produsen, membuat mereka kurang rentan terhadap naik turun siklus industri tunggal, seperti minyak dan gas. HMC mudah diotomatisasi. Mereka biasanya dilengkapi dengan palet ganda untuk bagian yang dipasang pada makam, satu workpiece, atau dapat diotomatisasi dengan kolam palet enam atau lebih palet. Untuk produksi lights-out tanpa pengawasan, sistem manufaktur fleksibel linear (dipenuhi oleh stocker dan dirawat oleh robot gantry overhead yang dipandu rel, atau robot sumbu enam yang dipasang pada pedestal) tersedia. Workpiece tunggal besar bervariasi dari blok mesin hingga bit bor minyak field, tempat pompa dan manifolds, dan keluarga komponen yang dipasang pada makam.
Mencocokkan Mesin, Bagian Besar
Ketika datang ke pemesinan bagian besar, ketegangan mesin dan konstruksi dasarnya sangat penting untuk efisiensi proses, akurasi, dan konsistensi, menurut Sal Swierczek, asisten manajer penjualan, Kitamura USA Inc., Wheeling, Illinois.
"Seri HXiG HMC Kitamura berkisar dari ukuran meja 250 hingga 1250 mm dengan spindle 8.000 rpm atau 12.000 rpm empat-langkah, gear-driven yang memberikan 430 hingga 900 ft-lb torsi untuk memotong bahan eksotik," kata dia. "HMC ini memiliki double ballscrews yang dikaitkan minyak pada boxways yang diharden dan ground in-house sesuai proses paten Kitamura ke finishing permukaan sub 4 mikron untuk mating yang superior, akurasi dan keandalan jangka panjang. Keterampilan dalam teknik handscraping memungkinkan akurasi konsisten ±0,002 mm full stroke dan ±0,001 mm repeatability."
Pertimbangan pertama, tentu saja, adalah workpiece muat dalam envelop kerja mesin, baik memuat satu bagian pada meja atau memuat beberapa bagian untuk meningkatkan throughput, menurut Swierczek. "Kriteria utama pemilihan mesin mencakup kapasitas mesin (termasuk ukuran mesin secara keseluruhan), daya spindle, ketegangan, jumlah alat, ukuran pilihan majalah, dan ukuran taper dan alat," kata dia. "Mesin horizontal Kitamura memiliki APC [automatic pallet changer] dua stasiun standar dengan opsi untuk meningkatkan jumlah palet dengan kolam palet di lapangan."
Swierczek menambahkan bahwa "kemampuan untuk diotomatisasi menjawab salah satu tantangan yang dihadapi bengkel saat ini, dan itu adalah kesulitan dalam menemukan operator terampil dan tenaga kerja yang dapat menangani pemesinan lights-out."
Horizontal machining centers menawarkan fleksibilitas yang sangat dibutuhkan dalam pemrosesan bagian. "Dibandingkan dengan machining center tiga-sumbu, machining center empat-sumbu penuh meminimalkan penanganan bagian, mengurangi jumlah kali bagian harus dibalik dari enam menjadi dua," kata Swierczek. "Dengan sumbu keempat pada machining center, operator dapat mendekati bagian dari depan dan kedua sisi dan kemudian mengubah posisinya untuk pemrosesan akhir."
Selain itu, HMC Kitamura dapat diperluas menjadi pemesinan lima-sumbu penuh seiring pertumbuhan bisnis bengkel. Kitamura menawarkan kontrol CNC Arumatik-Mi sendiri, ikon-driven, yang kompatibel dengan pemrograman FANUC. Kontrol Arumatik-Mi mendeteksi aus alat dan mengontrol laju pengiriman pemotongan secara otomatis dengan memantau beban spindle langsung selama pemesinan. Umur alat dimaksimalkan dan waktu siklus dikurangi secara dramatis dengan menyesuaikan perubahan kondisi pemotongan. Manfaat tambahan termasuk pengurangan waktu non-cut dan pencegahan tabrakan mesin dan/atau kesalahan manusia.
Mesin untuk Bagian Besar
Untuk pemesinan bagian besar, Methods Machine Tools Inc., Sudbury, Mass., menawarkan dua garis horizontal machining center: Niigata dan KIWA Jepang. "Garis KIWA Jepang dikenal untuk pemesinan kecepatan tinggi dan keandalan biasanya untuk bengkel pekerjaan dan bengkel otomotif Tier One dan Tier Two," kata Dale Hedberg, vice president operasi. "Garis produk Niigata dirancang untuk aplikasi pemotongan berat di mana pemesinan frekuensi rendah dan tingkat penghapusan logam berat diperlukan."
Garis produk Niigata mencakup HN50E-5X dan HN63E-5X lima-sumbu, HN50 melalui HN1600 empat-sumbu, HN800 melalui HN1600-BAR dan HN800 dan HN1000-FC mesin facing dan contouring. Platform mesin memiliki ukuran meja 500 mm hingga 1.600 mm. Ukuran taper spindle adalah CAT-50 BIG Plus, HSK100A, dengan opsi spindle 6.000, dan 8.000, 12.000 dan 15.000 rpm.
"Industri saat ini cenderung menuju platform lima-sumbu di horizontal machining centers, yang ditawarkan Niigata dalam ukuran 500 dan 630 mm," kata Hedberg. "Di industri penerbangan dan energi, Niigata berfokus pada aplikasi pemesinan frekuensi rendah, yang mendapat manfaat dari karakteristik redaman alami mesin. Pemesinan frekuensi rendah menjadi frase yang populer ketika datang ke pemesinan torsi tinggi titanium dan Inconel untuk umur alat yang lebih baik dan longevitas spindle," jelas dia.
Kemampuan untuk meredam getaran gaya pemotongan secara alami ada dalam cetakan logam dan permukaan kontak logam-ke-logam mesin yang dihand-scraped untuk finishing permukaan mating. Aplikasi khas di bidang energi dan generasi daya mencakup flang, kepala fracking dan blisks, menurut Hedberg.
Dalam pemesinan bagian besar dengan HMC, akurasi diameter perjalanan di setiap sumbu dan ketegangan sangat penting untuk mencapai presisi dan repeatability. Kata Hedberg, "Keindahan pemesinan lima-sumbu adalah Anda tidak perlu pijakan yang rumit atau workholding kustom kecuali Anda memesinan bagian unik yang mungkin memerlukan pijakan jenis jendela atau metode clamping khusus."
HMC Fokus Aplikasi
Mitsui Seiki USA Inc., Franklin Lakes, N.J., memandang permintaan pelanggan untuk pengembangan horizontal machining center baru—secara khusus pada model saat ini yang paling banyak dicari untuk aplikasi pemesinan bagian besar, menurut Robb Hudson, president. "Saat ini, permintaan bagian besar pasti datang dari penerbangan, yang menjadi pengemacu besar saat ini, baik dalam keluarga bagian mesin jet maupun komponen struktural. Pasar target lain mencakup cetakan dan matriks, luar angkasa dan pertahanan dan sektor gas turbine industri," kata dia.
"Horizontal machining center kami, dengan palet 1 m dan lebih dan konfigurasi meja pendamping yang dapat menampung bobot dari 1.000 hingga 10.000 lb [453-4.535 kg], dianggap sebagai mesin bagian besar kami. Penting untuk dicatat bahwa mesin kami dalam rentang ukuran ini semuanya berasal dari pelanggan yang mendorong pengembangan. Kami tidak menciptakan mesin dan kemudian mencari pasar. Mereka semuanya berasal dari kebutuhan pelanggan untuk aplikasi tertentu."
Untuk dipertimbangkan untuk manufaktur bagian besar, mesin Mitsui Seiki semuanya berbagi fitur teknis utama yang sama. Kata Hudson, "Ada dua kategori dalam pikiranku—bagian besar yang juga membutuhkan penghapusan bahan dalam jumlah besar dan bagian yang cuma-kuma canggih dan memerlukan potongan lebih ringan. Mitsui Seiki beroperasi di sektor bagian besar yang memerlukan pemotongan berat dari bahan yang sulit. Sebagai contoh, mesin kami memiliki banyak massa, kekakuan, box guideways yang besar, ball screws berdiameter besar untuk dorongan yang cukup, torsi aksial yang kuat dan motor servo khusus untuk memindahkan bagian dalam envelop kerja dan menampung gaya pemotongan yang diperlukan."
Semua fitur ini, plus presisi kontrol dan konstruksi diperlukan untuk memberikan performa yang tepat untuk aplikasi, menurut Hudson. Dia menambahkan bahwa pijakan adalah elemen penting dalam manufaktur bagian besar, dan seringkali sepadat dan seberat workpiece yang dipegangnya.
Otomatisasi Dibuat Lebih Mudah
Sementara pengaturan otomatisasi dengan jenis mesin apa pun rumit, HMC tampak lebih mudah diotomatisasi karena volume output produksinya, menurut Mel Gay, manajer penjualan regional, YCM Technology (USA) Inc., Carson, Calif.
"Kecepatan mengembalikan dolar yang diinvestasikan selalu menjadi perhatian utama dalam pembelian HMC," kata dia. "Ukuran populer adalah 500/630 mm dengan kapasitas alat minimal 60-120 untuk bengkel pekerjaan kecil, dan 240 alat dan ke atas untuk pabrik besar. Kapasitas alat yang lebih besar memungkinkan pekerjaan yang lebih kompleks dengan waktu setup minimal, terutama dengan konfigurasi sel multi-palet."
Di IMTS, YCM memamerkan NH500A 6 APC, menargetkan industri seperti otomotif yang memproduksi volume bagian tinggi. NH500A memiliki spindle 30 hp, 20.000 rpm dan palet 500 x 500 mm.
"Produktivitas dimulai dengan fondasi T-base yang sangat ketegangan dengan konstruksi rib," kata Gay. "YCM menggabungkan fondasi ini bersama dengan spindle headstock cast satu bagian dan desain kolam double-wall. Spindel direct-drive memiliki ball bearing keramik presisi, yang memungkinkan dinamika pemotongan yang lebih tinggi dan kecepatan spindle yang lebih tinggi."
Guideways roller presisi tinggi pada semua sumbu memungkinkan laju cepat 2.362 ipm (60 m/min) dan laju pengiriman pemotongan hingga 1.575 ipm (40 m/min), menurut Gay. Sistem indeksasi palet presisi menampung APC enam-palet untuk throughput tinggi dari satu komponen atau keluarga bagian.
"Semua fitur ini memungkinkan pemanfaatan teknologi alat potong terbaru, meningkatkan pemrosesan bagian dan menurunkan total biaya kepemilikan," kata dia.
HMC Bagian Besar Dibuat di Amerika
DMG Mori, Hoffman Estates, Illinois, memproduksi empat model horizontal machining center di pabrik Davis, Calif. NHX 4000 dan NHX 5000 adalah mesin generasi ketiga, 40-taper dengan palet 400 dan 500 mm; NHX 5500 dan NHX 6300 adalah mesin generasi kedua, 50-taper dengan palet 500 dan 630 mm.
"Horizontal kami dirancang untuk kebutuhan pemotongan berat dan akurasi tinggi pelanggan kami di industri energi, penerbangan, peralatan industri, dan manufaktur kontrak," kata John McDonald, executive vice president of development and product management.
Workpiece yang umum termasuk klep besar dan bagian turbin untuk industri energi; tempat mesin, diferensial dan tempat transmisi dalam peralatan industri; dan komponen struktural dalam penerbangan. Bahan bervariasi dari titanium atau stainless steel hingga cast iron atau aluminium—semua tergantung pada aplikasi.
"Pelanggan kami mencapai produktivitas tinggi melalui otomatisasi dengan memanfaatkan sistem kolam palet untuk produksi campuran tinggi atau dengan pemuatan robot didedikasikan menggunakan hydraulik pijakan melalui-meja terintegrasi kami yang standar pada horizontal machining center kami," kata McDonald. "Pemesinan bagian besar dan pemotongan berat bergantung pada struktur mesin yang dioptimalkan. Semua mesin horizontal kami memiliki struktur yang dioptimalkan finite-element sepenuhnya, termasuk struktur cast iron bed tiga-poin dukungan berat, spindle powerMASTER (mesin 50-taper) dan roller linear guides. Linear scales standar pada semua mesin kami, memungkinkan pelanggan kami untuk mempertahankan akurasi tertinggi seumur hidup mesin."
Spindel powerMASTER 50-taper standar adalah 12.000 rpm dengan opsi versi kecepatan tinggi 16.000 rpm. NHX 6300 juga memiliki opsi spindle torsi tinggi 8.000 rpm yang tersedia untuk pemotongan berat logam sulit diproses, seperti bahan eksotik dan cast iron berat.
Antarmuka kontrol CELOS DMG Mori menawarkan seleksi aplikasi untuk optimasi proses. Selaras dengan inisiatif Industry 4.0, antarmuka kontrol CELOS menyederhanakan dan mempercepat semua tahap pemrosesan bagian, dari ide hingga produk jadi, baik untuk manufaktur bagian tunggal hingga produksi massal berurutan.
Aplikasi CELOS memungkinkan manajemen, dokumentasi, dan visualisasi yang konsisten dari data pekerjaan, proses dan mesin, serta menghubungkan struktur bengkel dan struktur perusahaan yang lebih tinggi, sehingga menciptakan dasar untuk produksi digital dan kertasless yang konsisten, menurut DMG Mori. Fungsi ini bahkan dapat dicapai dari komputer kantor dengan CELOS PC-Version.
"Kami juga menawarkan technology cycles yang memungkinkan pelanggan kami untuk dengan mudah mewujudkan proses pemesinan kompleks," kata McDonald. "Misalnya, Machine Vibration Control (MVC) memungkinkan operator untuk menemukan laju dan kecepatan pemotongan yang stabil selama pemesinan berat. Machine Protection Control (MPC), di sisi lain, menyediakan pemantauan getaran spindle, pemantauan beban alat, dan deteksi tabrakan untuk mencegah atau mengurangi kerusakan. Dengan mengumpulkan dan menganalisis data ini, antarmuka kontrol CELOS membantu bengkel memaksimalkan produktivitas mereka, mencapai akurasi yang lebih tinggi, dan menjaga spindle berjalan lebih banyak jam dalam sehari," kata McDonald.
Kemampuan dalam Konstruksi
Horizontal machining centers Okuma, seperti MA-600HII, adalah pilihan populer untuk industri otomotif, cetakan matriks, energi dan penerbangan, menurut Errol Burrell, spesialis produk machining center, Okuma America Corp., Charlotte, N.C.
"Mereka memberikan akurasi dan stabilitas untuk pemesinan bagian besar karena stabilitas termal yang konsisten," kata dia. "Mesin diuji untuk profil termalnya dan data tentang deformasi termal yang mungkin dikirim kembali ke kontrol secara real time untuk kompensasi yang diperlukan melalui perangkat lunak TAS (thermal axis stabilizer) Okuma."
MA-600HII adalah mesin 50-taper dengan spindle 6.000 rpm dan majalah alat 40 standar yang dapat ditingkatkan hingga 60-alat dan bahkan hingga 285- atau 400-alat, jadi ideal untuk bengkel pekerjaan atau manufaktur produksi. MB-8000H adalah platform yang hampir sama dengan meja 800 mm, dan ukuran berikutnya adalah MB-10000H dengan desain box-in-box daripada kolam.
Mesin Okuma dihand-scraped pada setiap permukaan mating untuk akurasi dan produktivitas yang ditingkatkan dalam waktu yang lebih lama untuk biaya yang menurun dan keuntungan maksimum, kata Burrell.
Komponen minyak field khas seperti tempat pompa mendapat manfaat dari kemampuan Turn-Cut unik Okuma. "Untuk tempat pompa, kemampuan Turn-Cut kami memungkinkan flang untuk diputar pada horizontal machining centers Okuma," kata Burrell. Turn-Cut adalah opsi pemrograman yang tersedia pada HMC Okuma yang memungkinkan mesin untuk membuat bore dan diameter yang mencakup fitur lingkaran dan/atau sudut. Ini memungkinkan pengguna untuk memutar fitur pada bagian besar yang tidak seimbang pada platform yang sama di mana fungsi pemesinan CNC standar dilakukan. Turn-Cut menghilangkan kebutuhan untuk membeli mesin spesifik, alat, pijakan atau komponen tambahan.
Turn-Cut tidak mempengaruhi performa atau longevitas mesin. Saat milling berat diperlukan, HMC Okuma yang dilengkapi Turn-Cut masih setara seperti sebelumnya, menurut Okuma. Yang paling penting, Turn-Cut memungkinkan pemrosesan pekerjaan tanpa perlu menggunakan mesin sekunder untuk aplikasi penggelindingan. Bagian seperti klep, pipa atau bagian jenis manifold adalah kandidat ideal untuk Turn-Cut.
Di IMTS, Okuma memamerkan Tower Pallet sistem palet vertikal otomatis. Ini menyimpan duabelas palet 20 x 20 inci (500 x 500 mm), masing-masing dengan kapasitas muatan maksimum 1.100 lb (500 kg) pada dua level. Sistem APC terintegrasi memberikan waktu muat/muat cepat dengan sistem swivel yang dipandu servo motor untuk operasi lights-out, kata perusahaan.
Automasi Penuh Keempat Sumbu
Mazak Corp., Florence, Ky., menawarkan garis lengkap HMC selain bridge-style vertical machining centers besarnya, lima-sumbu vertikal dengan penggelindingan (INTEGREX) dan mesin trunnion-style lima-sumbu VARIAXIS, menurut spesialis produk Jared Leick.
"Pemesinan bagian besar ukuran dengan spindle 50-taper dilakukan pada mesin dengan meja/palet 800 hingga 1.600 mm, termasuk seri HMC Quill kami dengan meja 1.250 hingga 1.600 mm, serta HCN-6800 kami, dengan meja 630 mm untuk blok mesin besar untuk komponen otomotif dan energi."
Garis 50-taper mencakup tiga model tambahan dalam seri (HCN-8800, HCN-10800, dan HCN-12800), dengan 10.000 rpm standar dan opsi 8.000 rpm dan 6.000 rpm spindle 50-hp untuk pemesinan torsi tinggi titanium, stainless dan logam eksotik lainnya. Untuk pemesinan bagian struktural aluminium besar untuk industri penerbangan dan semikonduktor, spindle 16.000 rpm tersedia, kata Leick.
Mazak menawarkan HMC keempat-sumbu penuh, yang mencakup sekitar 60% dari semua HMC yang dijual perusahaan, kata dia. HMC keempat-sumbu dengan standar 0.0001o posisi memungkinkan rotasi pijakan dua atau empat sisi untuk bor sudut majemuk, indeks 90o dan rotasi kembali. Operasi keempat-sumbu penuh memungkinkan kontur dan dapat digunakan untuk mengurangi waktu siklus, membuat pemrosesan lebih mudah, terutama untuk bagian kompleks.
Automasi yang tersedia mencakup PALLETECH System Mazak, yang dapat menampung sejumlah besar mesin dalam konfigurasi FMS dan robot yang dipandu rel, bersama dengan Multi-Pallet Pool (MPP) baru Mazak sistem automasi single-mesin untuk mesin 400 dan 500 mm. "Kami telah mengotomatisasi HMC dengan robot sumbu enam FANUC pada rel yang akan memosisikan bagian di stasiun berbeda untuk marking laser, cuci dan pengikisan," kata Leick.
HMC HCN-5000 Mazak sekarang tersedia dengan sistem MPP perusahaan, solusi automasi dasar dalam footprint kompak. Bengkel yang tidak memiliki ruang lantai yang diperlukan untuk menampung stocker palet horizontal linear konvensional sekarang memiliki kemampuan untuk diotomatisasi untuk produksi berkelanjutan, menurut Leick.
MPP menawarkan kemudahan sistem PALLETECH yang lebih besar Mazak sambil mengambil hingga 30% lebih sedikit ruang. Motor servo pada setiap sumbu, serta pengaturan palet dua level yang menjaga setiap palet pada jarak yang sama dari pusat stocker, memastikan pemuatan/muat yang cepat dan stabil, kata dia.
Dirancang untuk berkembang seiring pertumbuhan kebutuhan produksi, produsen dapat mengonfigurasi ulang stocker palet standar 10 sistem untuk menempatkan 16 palet untuk output yang meningkat. Dengan pemrosesan bagian besar dan berat HCN-5000 dalam pikiran, Mazak membuat MPP terbaru ini versi terbesarnya dalam hal kapasitas ukuran bagian. Sistem ini menempatkan palet 500 sq. mm yang menampung workpiece hingga 800 mm diameter dan 1.000 mm tinggi.
