Maksimalkan Keuntungan dengan Strategi Toolpath Canggih

Adaptive Milling. Dynamic Motion. hyperMILL. Profit Milling. VoluMill. Waveform machining. Jika Anda salah satu orang beruntung yang memotong bagian untuk hidup, kemungkinan sekitar 50-50 Anda menggunakan salah satu ini atau teknologi pemrograman berkinerja tinggi yang setara untuk menghasilkan chip thinning, engaged terus, kedalaman potong aksial tinggi dan radial rendah toolpath untuk pusat pemesinan bengkel Anda.

Kami tidak akan mengambil pihak mengenai manfaat satu sistem CAM dibanding yang lain, karena semuanya cukup bagus—bahkan jauh lebih baik dari yang tersedia bahkan satu dekade yang lalu (seperti halnya hampir segala sesuatu di industri pemesinan). Itu sedia kala, berikan mereka kesempatan dan setiap penyedia CAM akan mencantumkan sejumlah fitur yang membuat perangkat lunak mereka terbaik, dengan kemudahan penggunaan, produktivitas yang lebih besar, dan akurasi toolpath di antara manfaatnya. Mana yang benar? Jawabannya sangat sederhana: tergantung.

Tidak Ada Pendapat Di Sini

Lagi pula, kami tidak akan mencoba menyelesaikan perdebatan hari ini. Hanya tes potong yang hati-hati atau mungkin tahunan penggunaan sehari-hari akan mengakhiri perdebatan yang sering panas ini, dan bahkan pada saat itu, hasil Anda mungkin bervariasi. Pertanyaan yang lebih penting adalah ini: apakah Anda menerapkan teknologi dengan benar? Apakah paket CAM yang Anda pilih memberikan manfaat terbesar yang mungkin bagi para pengguna, atau apakah ia ditahan oleh pemilihan alat potong yang buruk, workholding yang lemah, toolholder yang lelah, atau bahkan mesin perkakas itu sendiri?

Ada beberapa alasan yang sangat bagus untuk mengetahuinya. John Giraldo, insinyur penerbangan di Sandvik Coromant Co., Fair Lawn, N.J., mengatakan sebuah produsen penerbangan Tingkat II yang kerjakan bersama baru-baru ini meningkatkan produktivitas pemesinan sebesar 198 persen pada komponen LPT (low-pressure turbine) Waspaloy setelah mengadopsi strategi toolpath efisiensi tinggi menggunakan salah satu Plura HFS end mills milik Sandvik Coromant. Dan pemasok motorsport Tingkat IV menggunakan pendekatan serupa untuk menggandakan umur alat dan melipat tiga throughput saat memotong hub roda titan.

"Ada permintaan yang meningkat di industri penerbangan untuk pemotongan sisi high-feed pada titan dan alloy berbasis nikon," katanya. "Toolpath tradisional tidak berfungsi dengan baik dalam bahan yang sulit diproses ini, sehingga diperlukan pengembangan strategi pemrograman baru yang tidak hanya mempertahankan efisiensi dan produktivitas tetapi juga mengurangi dampak negatif apa pun pada aus alat."

Bukan hanya produsen pesawat dan pesawat luar angkasa yang mencari toolpath baru dan lebih efektif, meskipun demikian. Giraldo menunjukkan bahwa industri otomotif terus-menerus mendorong pemasok mereka untuk mengurangi biaya produksi, dorongan yang meluas ke pemasok alat potong dan penyedia CAD/CAM yang sama. Dan meskipun pemasok sebagian besar telah bangkit menghadapi tantangan ini, seringkali sulit bagi bengkel untuk menyesuaikan teknologi pemesinan canggih ini dengan peralatan lama, bukan lagi menemukan waktu untuk menguji dan memvalidasi proses baru.

Menjelajahi Sinergi

Jay Ball, product manager pemesinan padat Amerika Utara di Seco Tools LLC, Troy, Mich., setuju. Katanya setidaknya separuh semua bengkel tetap setia pada metode pemrograman yang telah terbukti, berusia puluhan tahun, baik karena mereka belum percaya dengan teknik pemrograman saat ini, atau peralatan mereka secara sederhana tidak mampu mencapai tingkat feed yang jauh lebih tinggi yang diperlukan untuk menerapkannya.

"Saya sangat menyesal ketika ada panggilan dari seseorang yang membaca artikel majalah atau menonton video tentang pemesinan efisiensi tinggi dan mereka bersemangat untuk mencobanya, tetapi kemudian Anda tiba di bengkel dan menemukan bahwa peralatan CNC mereka kuno, toolholder mereka berusia sepuluh tahun, dan Anda tahu ada sedikit kesempatan untuk secara efektif menerapkan salah satu strategi ini," katanya. "Lebih buruk lagi, mungkin Anda mencobanya bagaimanapun dan itu membuat pelanggan kecewa, dan mereka akan menghindari mencobanya lagi setelah mereka mendapatkan mesin baru."

Hubungan ketergantungan antara toolpath, alat potong, toolholder, dan machining center adalah sesuatu yang banyak diabaikan di industri, meskipun semua yang diwawancarai untuk artikel ini setuju bahwa ini sangat nyata. Meskipun demikian, tekanan tinggi untuk mengembangkan toolpath baru yang efektif. Ball mengatakan "hampir semua penyedia CAM" saat ini memiliki beberapa bentuk pemesinan efisiensi tinggi dalam tawaran mereka dan mereka tidak dapat bersaing tanpa itu, sehingga memaksa Seco Tools dan pesaingnya untuk mengembangkan alat potong yang setara berkinerja tinggi.

Untuk Ball, ini datang dalam bentuk jumlah flute yang jauh melebihi end mill empat flute tradisional, dengan versi lima-, enam-, tujuh-, atau sembilan flute yang mudah tersedia. Cutter berkecepatan tinggi, feed tinggi, efisiensi tinggi, dan performa tinggi yang dirancang dan dioptimalkan untuk strategi pemotongan canggih juga semakin umum, seringkali dengan desain pitch variabel dan helix variabel untuk mengurangi harmonik yang menghasilkan getaran yang mungkin terjadi saat memotong melalui baja dan superalloy dengan ratusan inci per menit.

Menskala Ke Atas

Meskipun Ball menyampaikan saran bahwa sebagian besar bengkel yang menyedihkan belum melompat ke bandwagon efisiensi tinggi, ia mengakui bahwa strategi-strategi ini semakin populer seiring pemesin dan programmer menjadi nyaman dengan konsepnya dan cara menerapkannya. "Semakin banyak orang terpapar teknologi ini setiap hari, dan setelah mereka mengakui bahwa pengurangan waktu siklus 40 persen atau lebih cukup umum, Anda akan melihat lebih banyak dari mereka bergabung."

Seseorang yang mengetahui semuanya tentang ini adalah Ben Mund, senior market analyst untuk pengembang Mastercam CNC Software Inc., Tolland, Conn. Katanya teknologi Dynamic Motion di Mastercam yang disebut sebelumnya terus tumbuh dalam popularitas dan kemampuan, dengan menambahkan bahwa "kami telah memperkenalkan berbagai toolpath baru bersama dengan penyempurnaan toolpath yang ada selama tahun lalu, semuanya bertujuan untuk meningkatkan laju pengosongan logam atau meningkatkan kemampuan blending dan surfacing kami."

Mund menunjukkan bahwa peningkatan produktivitas selalu tersedia terlepas dari usia mesin dan gaya cutter yang digunakan, dan ia menyatakan bahwa Dynamic Motion hampir secara universal dapat diterapkan. "Ini tidak akan gagal karena Anda menggunakan alat potong yang lebih murah atau mesin CNC kelas bawah, tetapi manfaatnya pasti akan menurun seiring dengan penyiapan yang kurang dari optimal."

Di Atas Tabung

Dia cepat menjawab bahwa, sementara pernyataannya benar saat menggunakan Dynamic Milling untuk roughing, pemesinan 2D dan pekerjaan semi-finishing 3D, "accelerated finishing" milik Mastercam adalah situasi yang sepenuhnya berbeda. Dalam skenario tersebut, toolpath biasanya memerlukan geometri cutter tertentu jika akan mencapai hasil yang diinginkan.

Salah satu contohnya adalah pemotongan tabung, juga dikenal sebagai pemotongan alat circle-segment. Mund menunjukkan bahwa Mastercam telah bekerja agresif dengan produsen alat potong untuk mendefinisikan dan menguji alat-alat ini dan alat-alat "berbentuk" lainnya untuk digunakan dalam aplikasi pembuatan cetakan, pemesinan medis, dan finishing penerbangan. Alat-alat ini memberikan pengguna kemampuan untuk menghasilkan "finishing yang sangat presisi dalam waktu yang lebih singkat" dari metode permukaan tradisional.

Dia menjelaskan bahwa kebijakan pintu terbuka ini meluas ke semua produk perangkat lunak Mastercam. "Misalnya, kami juga bekerja sama dengan penyedia alat potong terkemuka beberapa tahun lalu saat mengembangkan mesin toolpath Dynamic Motion kami," katanya. "Kami mengalami masalah dengan kontrol chip dan mencapai kedalaman dengan cepat selama pengujian internal, jadi kami menyarankan mereka untuk melakukan beberapa penyesuaian pada geometri cutter mereka."

Seperti ternyata, pemasok alat potong akhirnya menambahkan tip berkecepatan tinggi pada garis end mills bebas getaran mereka. Mund dan timnya juga mempelajari beberapa hal, yang kemudian mereka sertakan ke dalam fitur Mastercam. "Ini adalah dua contoh yang bagus dari sinergi yang ada antara penyedia perangkat keras dan perangkat lunak, di mana setiap peserta akhirnya mendapatkan produk yang jauh lebih baik sebagai hasilnya," kata Mund.

Pergi Kembali Meneruskan

Thomas Raun, national product manager pemotongan di Iscar Metals Inc., Arlington, Texas, adalah pendiri yang teguh dalam kemitraan antara perusahaan yang membuat produk yang melengkapi.
"Harus ada alur balik yang berkelanjutan," katanya. "Kadang-kadang kemampuan perangkat lunak mereka yang mendorong pengembangan kami sebagai produsen alat potong, dan kadang-kadang sebaliknya. Bagaimanapun, kami sangat terbuka untuk bekerja sama dengan pengembang CAM dan pembangun mesin perkakas jika itu berarti meningkatkan produktivitas bagi pelanggan kami."

Seperti yang disebutkan Ball dari Seco, Raun mengatakan salah satu perkembangan terbaru dalam geometri alat potong—lebih banyak flute—timbul langsung dari trochoidal milling dengan engaged radial ringan dan tingkat feed tinggi. Iscar telah membawa ide ini satu langkah lebih jauh dengan menawarkan end mill solid carbide dengan satu flute untuk setiap milimeter diameter, alat-alat yang dalam gaya klasik "ayam atau telur" sebagian besar hanya efektif dengan trochoidal milling.

"Tentu saja, setelah Anda mengambil langkah pertama ke arah pemotongan efisiensi tinggi, hal berikutnya yang akan Anda cari adalah engaged aksial yang lebih besar, sehingga dapat memaksimalkan pengosongan logam," katanya. "Karena itu, kami melihat end mill dengan panjang potong empat dan enam kali diameter—alat-alat ini tersedia sebelumnya tetapi terutama untuk aplikasi nich. Sekarang mereka cukup umum. Tantangannya, namun, adalah chip mungkin berukuran beberapa inci; mereka menumpuk sangat cepat dan sulit untuk dibersihkan dari zona pemesinan, jadi kami telah mengembangkan end mill dengan flute bersilang, yang memecah chip menjadi potongan yang dapat dikelola."

Iscar bekerja sama dengan pengembang perangkat lunak dengan cara lain juga. Raun menunjuk ke pembuatan perpustakaan yang berisi geometri alat dan parameter pemotongan untuk dimasukkan ke dalam berbagai paket CAM populer yang dibuat beberapa tahun lalu. Ini menempatkan data aplikasi penting hanya dengan beberapa klik mouse, katanya, dan karena tidak lagi perlu mengetik nilai-nilai ini secara manual, ini pada dasarnya "poka-yoke" proses pemilihan alat dan penentuan feed dan speed.

Meskipun demikian, Raun menyarankan untuk mengambil nilai-nilai ini dengan bijak. "Programmer umumnya memahami tingkat feed yang diperlukan untuk pemotongan efisiensi tinggi, tetapi cenderung mengabaikan potensi untuk kecepatan permukaan yang meningkat," katanya. "Aturan yang baik adalah menggandakan kecepatan pemotongan yang direkomendasikan saat menggunakan stepover 10 persen, dan bahkan mempertriakannya pada 5 persen. Tentu saja, itu tergantung pada mesin perkakas, karena banyak di antaranya tidak sebenarnya dapat mencapai tingkat feed yang diperlukan untuk mempertahankan ketebalan chip yang tepat pada kecepatan palang yang lebih tinggi ini, terutama pada bagian kecil dan geometri kompleks. Dalam situasi ini, Anda akan akhirnya underfeed alat, yang mengakibatkan geseran dan aus yang dini."

Pergi Gila

Quando membeli alat mesin berdasarkan hanya pada tingkat feed dan kecepatan travers cepat, sesuai dengan Wade Anderson, product specialist manager untuk Okuma America Corp., Charlotte, N.C., lebih baik untuk melihat di luar spreadsheet. Katanya Raun dari Iscar benar sekali tentang tingkat feed, yang mengapa hal ini membuatnya "sangat gila" ketika pembeli alat mesin membuat keputusan pembelian mereka hanya berdasarkan diagram yang membandingkan nilai seperti tingkat feed maksimal dan kecepatan travers cepat. "Anda tidak dapat, dalam keadaan apa pun, membuktikan alat mesin mana yang terbaik dengan melihat spreadsheet," katanya.

Tentu saja, membandingkan spesifikasi peralatan adalah langkah penting dalam proses evaluasi alat mesin, tetapi baru ketika chip mulai terbang keandalan mesin yang benar-benar dapat diuji. Ini hanya mungkin melalui tes potong yang realistis, idealnya menggunakan material Anda, meskipun tidak harus dengan alat potong dan toolpath Anda. Jika bengkel Anda belum sepenuhnya menguasai kurva pemotongan efisiensi tinggi, demonstrasi mesin kemungkinan besar (dan diharapkan) akan memperkenalkan metode pemrograman, toolholding, dan alat potong yang mungkin belum dikenal bengkel Anda—teknologi yang sangat diperlukan jika Anda ingin sukses.

Anda dapat memikirkan ini sebagai segitiga, kata Anderson, dengan pembangun mesin, sistem CAM, dan alat potong sebagai tiga komponen yang sama pentingnya. "Tentu saja ada variabel lain seperti workholding dan fluida pemotongan yang masuk ke dalam persamaan pemesinan, tetapi ini adalah tiga yang cenderung memicu inovasi yang harus ditangkap dan akhirnya dilewati oleh yang lainnya," katanya.

Untuk aplikasi apa pun yang menggunakan tingkat feed tinggi, chip thinning, dan strategi trochoidal milling, Anderson merekomendasikan machining center yang memiliki desain palang yang superior dengan koneksi taper dan face dual-contact, struktur mesin dengan massa dan karakteristik pengosongan chip yang diperlukan untuk tingkat pengosongan logam yang tinggi, dan kontrol yang mampu mendukung kecepatan pemrosesan ekstrim.

Bagian terakhir ini mengulangi apa yang diisyaratkan Raun sebelumnya, bahwa hanya karena Anda memprogram tingkat feed tertentu tidak berarti mesin perkakas akan pernah mencapai itu. "Untuk Okuma, penting bagi kami untuk menyediakan platform yang mampu menangani inovasi apa pun yang dibawa oleh penyedia CAM dan alat potong ke pasar," kata Anderson. "Ini berarti kontrol mesin dan sistem servo yang mampu menangani sejumlah besar data yang datang dengan dynamic motion control, dan kurva acc/dec dan jerk canggih yang memungkinkan mesin mencapai potensi maksimumnya."

Ada juga ketahanan yang harus dipertimbangkan. Satu hal untuk melihat demonstrasi pemotongan berkecepatan tinggi yang dinamis; hal yang sama sekali lain untuk menangani jenis pekerjaan ini selama bertahun-tahun. Kata Anderson, "Jika mesin tidak memiliki cukup massa, atau koneksi palang tidak benar, atau kontrol tidak dapat mengikuti, hasilnya akan kurang dari optimal. Semua variabel harus seimbang untuk sepenuhnya merealisasikan potensi teknologi terbaru, dan melakukannya untuk jangka panjang."

Halo Teman Lama

Memiliki alat mesin yang tepat juga membuka pintu untuk alat potong yang dulu dianggap hanya cocok untuk aplikasi spesial. Martin Dillaman, manager aplikasi engineering dan project manager di Greenleaf Corp., Saegertown, Pa., mengatakan keramik termasuk dalam kategori ini.

"Minggu lalu kami membahas bagaimana, selama lima hingga sepuluh tahun terakhir, alat mesin akhirnya tertanding dengan alat potong keramik," katanya. "Berkat kecepatan palang yang lebih tinggi dan kekakuan mesin yang lebih besar, kami dapat menerapkan alat-alat ini dengan lebih efektif dari sebelumnya. Jadi tidak hanya lebih banyak bengkel sekarang dapat menggunakan produk kami, kami juga memiliki kesempatan untuk pengembangan tambahan."

Dillaman menunjuk pada beberapa perkembangan ini, banyak di antaranya dihasilkan melalui kerja sama Greenleaf dengan pelanggan dan penyedia CAM mereka. Ini termasuk keramik fase-toughened yang dapat menyerap getaran yang terkait dengan operasi pemotongan dengan lebih baik, cutter indexable high-shear, garis end mill Excelerator fine-pitch yang akan dirilis lebih akhir tahun ini, dan bahkan upaya ke dalam alat potong carbide dengan geometri Hushcut yang mengurangi getaran milik perusahaan.

"Kami pasti melihat peningkatan dalam jumlah pelanggan yang bergerak menuju strategi pemotongan berkinerja tinggi, dan kami bekerja untuk mendukung mereka dengan cara apa pun yang dapat kami lakukan," katanya. "Kami akan duduk bersama programmer dan pemesin mereka untuk membantu mereka mengembangkan pendekatan pemesinan terbaik untuk material apa pun yang mereka potong dan perangkat lunak apa pun yang mereka gunakan, meskipun itu berarti meminta departemen engineering kami untuk solusi kustom. Banyak bengkel mendorong batas-batas saat ini, dan tugas kami adalah memberikan mereka kesuksesan yang sebesar mungkin."