Membuka Efisiensi: Keuntungan Strategis Mesin Penggerak Vertikal

Pemasok mesin penggerak vertikal (VMC) menantikan 2022 dengan optimisme. Mereka mengharapkan penggunaan otomatisasi yang meningkat dan kesadaran yang lebih besar tentang manfaat pemesinan dengan peralatan lebih dari tiga sumbu.

Mencapai lebih banyak sisi benda kerja dalam satu atau dua setup hanyalah sebagian dari nilai VMC, menurut pembuat peralatan. Otomatisasi dengan robot di depan mesin, atau menambahkan sumbu rotary, membantu memastikan produktivitas, sementara pemahaman tentang kinematika mesin—bagaimana mesin bergerak seiring waktu—adalah kunci untuk reproduktibilitas.

Pilihan yang luas, dari mesin tiga sumbu yang lebih sederhana hingga lima sumbu—baik 3 plus 2 dan, dalam ukuran yang lebih kecil, versi kontinu—memberikan bengkel peluang yang melimpah untuk menerapkan VMC pada run rendah dan volume tinggi. Dan peluang untuk memproduksi bagian yang dikembalikan ke dalam negeri menawarkan insentif tambahan.

Bisnis VMC Baik

Pertama-tama, meskipun ketidakpastian dan kebijakan yang membingungkan mengenai pandemi COVID-19 saat melanggar tahun ketiga keguncupan, permintaan untuk VMC masih kuat. Namun, pasokan, tidak mengherankan, menjadi perhatian.

"Industri cukup panas," katakan Jeff Wallace, general manager, national engineering untuk DMG Mori USA di Hoffman Estates, Illinois. "Kami menjual segala sesuatu yang tidak diatur. Kami menjual barang yang diatur. Masalah yang baik adalah, kami menjual segala sesuatu yang kita miliki; masalah yang buruk adalah waktu tunggal empat hingga enam minggu telah diperpanjang menjadi empat hingga enam bulan."

VMC populer di berbagai aplikasi, kata Wallace, bahkan di "beberapa pusat produksi volume rendah di mana kami membuat beberapa bagian prismatik sederhana. Bahkan mesin vertikal tiga sumbu sangat diminati."

Diberikan kekurangan tenaga kerja yang semakin diperparah oleh pandemi, otomatisasi VMC telah menjadi perhatian utama.

"Seringkali, kita melihat dengan vertikal bahwa kita mungkin meretrofit sumbu rotary sehingga kita dapat mencapai lebih dari satu sisi bagian. Pelanggan ingin mengotomatisasi sebanyak yang bisa mereka—bahkan mengotomatisasi beberapa mesin vertikal tiga sumbu. Menambahkan sumbu rotary atau bahkan dual rotary axis untuk membalik bagian dan mencapai sisi lain sehingga kita tidak perlu mengeluarkannya dari tangga dan membawanya ke tangga lain—baik di mesin itu atau mesin lain—sangat populer saat ini. Pelanggan melihat bagaimana mereka dapat mengoptimalkan VMC tersebut dan mendapatkan lebih banyak produktivitas darinya.

"Hal yang baik tentang VMC adalah mereka relatif murah dan mudah diatur. Anda meletakkannya di lantai, dan sebagian besar memiliki sistem pengaturan tiga titik. Bagi pelanggan untuk memasuki VMC, terutama untuk produksi run pendek, sangat hemat biaya. Permintaan tinggi di seluruh garis untuk hampir semua produk kami—dan itu baik bagi industri. Kami bukan satu-satunya; semua pembuat lainnya melihat kondisi yang serupa. Pukulnya cukup besar, dan saya senang industri sehat."

Menggunakan kalkulator ROI-nya, DMG Mori membantu menggambarkan bagaimana VMC-nya dapat membantu bengkel meningkatkan laba bersih—terutama "dengan semua reshoring yang sedang terjadi. Kami melihat banyak produk kembali ke AS—bagian prismatik biaya rendah yang kami outsourcing ke luar negeri selama 20 tahun terakhir. Bengkel kecil hingga menengah telah menjadi sangat efisien dalam membuat komponen komoditas ini—hal yang sangat cocok dilakukan VMC.

"Catatan di sana adalah tenaga kerja dan apakah Anda ingin mengotomatisasi: Apakah memasang robot sederhana di depan mesin atau memasang sumbu rotary? Kami memiliki grup otomatisasi internal di DMG Mori, dan cobot mulai merambah di platform VMC ini. Kami bahkan tidak perlu menambahkan sesuatu sederhana seperti silinder udara pada pintu; kami akan biarkan robot membuka pintu." Dengan mengambil langkah-langkah tersebut, kata Wallace, pelanggan melihat peningkatan produksi lima persen hingga enam persen.

VMC multi-sumbu semakin merambah di AS, katanya—meledak, sebenarnya, dengan DMG Mori melihat peningkatan penjualan sepuluh lipat selama beberapa tahun terakhir. Eropa awalnya memiliki keunggulan dalam adopsi, katanya, namun "dalam gaya Amerika yang khas, sekali kita bangun, itu seperti, 'Oke, gerak dari sini. Amerika telah bangun, lagi terutama didorong oleh masalah tenaga kerja. Ketika orang tidak ingin melakukan pekerjaan atau kita tidak dapat menemukan talenta, bagaimana Anda meminimalkan interaksi itu dengan mesin untuk membuat bagian? Itulah di mana multiaxis bersinar. Jika saya dapat menyiapkan bat saya dengan benar, saya mungkin tidak pernah perlu menyentuh bagian itu lagi sampai selesai."

Memfasilitasi otomatisasi adalah antarmuka manusia-mesin Celos milik perusahaan, yang memungkinkan operator mesin untuk dengan cepat memanipulasi berbagai robot untuk melakukan berbagai tugas. "Kami telah mengembangkan aplikasi yang, jika Anda menempatkan robot di depan mesin, operator tidak perlu menjadi programmer robot. Ada antarmuka grafis drag-and-drop untuk membantu operator memprogram. Target kami adalah mendapatkan teknologi tersebut ke tangan orang-orang sehingga mereka tidak lagi waspada terhadap otomatisasi tetapi nyaman dengannya."

Keuntungan VMC

Secara umum lebih mudah diinstal, VMC "biasanya siap digunakan dalam waktu yang lebih singkat dan menawarkan gangguan yang lebih sedikit dalam bisnis sehari-hari," katakan Bill Malanche, COO Mitsui Seiki. "Mereka juga biasanya lebih kecil dari banyak horizontal, mengurangi penggunaan ruang lantai pabrik yang berharga. Desain mesin kami memberikan bengkel dan pabrik besar lebih banyak kapasitas dalam platform yang lebih kecil. Dalam garis Vertex VMC kami, sumbu Y memiliki stroke yang lebih besar dari sumbu X sehingga lebar keseluruhan mesin lebih kecil. Sebagian besar VMC biasanya lebih lebar daripada dalam."

Selama karirnya, Malanche ingat, ia telah menginstal puluhan mesin vertikal di perusahaan di seluruh AS dan luar negeri. "Sampai hari ini saya masih sesekali bertemu pelanggan di pameran yang ingat saya memasang mesin mereka, dan mengatakan bahwa mereka masih memilikinya, dan masih memiliki beberapa puluhan."

Mitsui Seiki menekankan mesin gaya jig bore yang dirancang untuk memiliki presisi ultra-tinggi dalam envelop kerja yang sempit, katanya, menjadikannya ideal untuk produksi volume rendah, nilai tinggi.

"Kami memiliki satu pelanggan yang memproduksi komponen penerbangan yang rumit yang membutuhkan toleransi yang sangat ketat," penjelasan Malanche. "Mesin vertikal yang mereka gunakan memproduksi keluarga bagian yang dirancang tidak hanya untuk produksi tetapi juga dukungan lapangan berkelanjutan. Lingkungan ini berarti mesin dapat digunakan untuk tujuan produksi bagian suatu hari tetapi secara tidak terduga dapat dipaksa untuk diganti untuk memenuhi persyaratan dukungan lapangan.

"Pelanggan ini memiliki machinist yang berkualifikasi memproduksi bagian, namun tingkat pekerjaan tidak cocok untuk hanya menekan 'cycle start'; benda kerja memiliki banyak bor terintegrasi dan pemeriksaan proses yang perlu dilakukan saat bagian sedang diproduksi." Pelanggan itu memulai dengan lima VMC Mitsui Seiki dan kini memiliki 16 dalam operasinya.

Dalam kasus di mana bagian harus keluar dari mesin untuk inspeksi CMM "in-process" untuk beralih dari operasi ke operasi, kata Malanche, "kami membantu pelanggan semi-otomatisasi proses, di mana mereka dapat menyusun mesin dengan plate dasar fixture 'zero point' untuk memungkinkan bagian yang sama ditransfer dari mesin ke mesin dan ke CMM dengan waktu siap dan verifikasi minimal."

Kadang, perbaikan opsional yang cukup kecil dapat dilakukan pada VMC baseline untuk membantu otomatisasi. Item seperti probe alat dan probe poros dapat digunakan untuk mempercepat pergantian, dan menggabungkan plate dasar zero point yang sangat repeatable dapat menambah kemampuan serba guna.

"Tapi saya pikir keuntungan terbesar datang dari memiliki mesin yang dilengkapi untuk pemesinan lima sumbu," penegasan Malanche. "Meski menambahkan sumbu kelima ke sebagian besar VMC biasanya mahal di awal, investasi layak dan terkadang dibayar kembali dengan cepat dengan aplikasi kritis. Munculnya perlengkapan tabel rotary lima sumbu presisi tinggi yang terintegrasi dalam struktur mesin memungkinkan produsen keuntungan dengan lebih banyak kemampuan serba guna dalam alur proses."

Mitsui Seiki telah merancang platform VMC-nya untuk menangani banyak tantangan manufaktur unik, katanya melanjutkan. Seri Vertex lima sumbu baseline perusahaan ditawarkan dalam tiga ukuran untuk menangani bagian dari 500 mm hingga 1200 mm diameter. "Kami telah membangun mereka dengan adaptasi yang bertujuan untuk mengatasi banyak tantangan manufaktur dan metodologi baru. Mesin kami tidak dibangun pada platform umum dengan hanya ball screw yang diperpanjang untuk stroke yang lebih besar; ini dibangun pada cor besi individual yang dirancang untuk bertahun-tahun pelayanan dan umur. Versi terkecil kami, Vertex 550-5X dengan meja rotary 400mm, berat 20.000 pound, dan Vertex 100X tiga kali lipat itu. Ini bukan mesin VMC 'dipakai buang'."

Mesin Vertex dibangun dengan opsi seperti motor sumbu rotary direct drive yang diperlukan untuk kontrol kontur yang lebih baik di pasar airfoil, katanya menambahkan. "Kami memiliki mesin platform gabungan yang dirancang untuk kemampuan multi-proses seperti metal deposition tambah/kurang, pemfraisan dan penggerus dan proses electro erosion kecepatan tinggi yang disebut Blue Arc, yang dilisensikan melalui General Electric." Dengan opsi ini, pengguna memotong bahan termasuk keramik, grafit, aluminium, titanium, Inconel dan lainnya.

Fleksibilitas semacam ini membantu VMC menegaskan kembali posisinya di pasar, di mana selama bertahun-tahun kebutuhan produksi yang lebih tinggi, dikombinasikan dengan kemampuan tenaga kerja yang berkurang, memberi jalan bagi HMC untuk mengambil alih. "Dalam waktu yang terlihat relatif singkat, kebutuhan VMC menjadi posisi kedua terhadap HMC dengan tukang palet yang lebih besar, tukang palet dan sistem manufaktur fleksibel penuh," kata Malanche. "Tiga puluh tahun yang lalu, sebagian besar bengkel produksi menengah hingga semi-tinggi sangat bergantung pada VMC untuk berbagai alasan, termasuk waktu setup, kemudahan akses, kemudahan pemeliharaan, ketersediaan tenaga kerja terampil dan campuran produk. VMC telah memperoleh kehidupan baru di pasar pembuatan bagian presisi tinggi."

Mesin Bergerak

Konsep kritis kinematika, atau bagaimana mesin bergerak, adalah sesuatu yang ditekankan oleh YCM Technology USA di Carson, California, dengan kalibrasi kinematika bawaan untuk pasar Amerika Utara. Paket-paket ini—yang menampilkan probe sentuh dan pengukuran panjang alat serta bola alat—akan menjadi standar pada mesin YMC 3 plus 2 atau lima sumbu kontinu, kata Brian Huff, manajer pengembangan bisnis untuk Midwest.

Saat mesin melakukan fungsi-fungsinya, akurasi dapat berubah, kata Huff, dan "biasanya operator akan pikir mesin tidak akurat atau pengambilan tidak akurat." Menangani hal ini memerlukan menentukan pusat rotasi untuk sumbu keempat dan kelima dan dapat menkalibrasinya. Secara historis, produsen mungkin menetapkan pusat rotasi sebagai bagian dari instalasi mesin, katanya. "Jika pelanggan kesulitan dengan akurasi, itu akan memerlukan panggilan servis, dan mereka kembali untuk menentukan ulang pusat rotasi—yang dapat mahal. Hal-hal terjadi, mesin bergerak, bobot benda kerja berubah—dan dinamika lain berperan. Beberapa produsen lebih mudah menerima pentingnya kalibrasi kinematika. Oleh karena itu, minat kami adalah untuk membuatnya mudah bagi pengguna dan operator kami; itu tidak akan memerlukan panggilan servis, dan Anda memiliki mesin pada tingkat akurasi tertinggi."

Seberapa sering VMC harus dikalibrasi? Bisa sekali seminggu, sekali sebulan, atau bahkan harian tergantung pada aplikasi, nasihat Huff.

"Kami memberitahu pelanggan kami bahwa jika Anda memiliki pekerjaan yang lebih kritis dan Anda melihat deviasi lebih banyak, jalankan program kinematika. Jika Anda menjalankan pekerjaan toleransi ketat, jalankan kinematika; jalankan sebelum pekerjaan, jalankan harian untuk memastikan. Jika Anda melihat deviasi 0.0005" selama seminggu, mungkin jalankan mingguan." Itu berarti 0.0127 mm.

Idealnya, Huff ingin "membuat kinematika percakapan normal" dan mencoba untuk menjembatani kesenjakan antara perusahaan yang menetapkan pusat rotasi saat instalasi dan yang berpikir kalibrasi kinematika harus mudah diakses dan dieksekusi dengan cepat. "Itu menjadi gaya hidup bagi semua produsen."

Cara lain YCM menangani akurasi adalah melalui kemitraan dengan Kessler, yang poros dan head-nya muncul pada mesin vertikal YCM untuk menangani genggaman klem untuk sumbu A dan C atau B dan C dan mempertahankan kekakuan di ujung alat potong. "Poros standar kami pada mesin double column lima sumbu die-mold puncaknya mencapai 54 hp," kata Huff, atau 40.2 kW. "Ini adalah HSK 100, dengan 16.000 RPM, yang menghasilkan daya kuda penuh pada 2.500 RPM. Kekakuan, torsi, RPM dan daya kuda yang tinggi membuat konfigurasi poros dan head yang benar-benar serbaguna. Versi penerbangan kami naik hingga 18.000 RPM, dengan poros HSK 63 yang menghasilkan 94 hp [70 kW], target untuk pemesinan aluminium. Selanjutnya, kemitraan dengan Kessler memberikan YCM sumber daya Midwest untuk perbaikan poros."

YCM Technology menekankan khusus pada mesin lima sumbu-nya. Sementara konfigurasi 3 plus 2 lebih populer, permintaan untuk lima sumbu penuh berkembang, kata Huff. Ia juga melihat permintaan otomatisasi meningkat.

"Kami konsisten melihat permintaan otomatisasi sebagai bagian dari paket mesin. Itu bukan hanya palletization; kami melihat lebih banyak penerimaan dan minat untuk otomatisasi pick-and-place. Ini cocok secara alami dengan lima sumbu karena dalam banyak kasus Anda dapat, dalam satu atau dua setup, memesinan seluruh benda kerja secara lengkap. Pemegang bagian dalam kasus ini sangat penting dan Anda tidak boleh ada interferensi fixture atau klem di jalur cutter. Jika Anda dapat memegang benda kerja dari sisi bawah dan memungkinkan lima sisi dapat diakses, itu ideal. Untuk pemegang bagian dari bawah, ada produsen yang telah merancang sistem yang melakukan pekerjaan yang bagus; kami saat ini bekerja dengan perusahaan yang menawarkan jenis solusi ini. Juga, kami menawarkan paket otomatisasi palletized dengan mesin YMC dan sedang mengembangkan paket otomatisasi kolaboratif dan pick-and-place lebih lanjut."

Mengarah pada Produksi Tinggi

Selama dua hingga tiga tahun terakhir, sebagian besar peluncuran VMC oleh Chiron adalah platform produksi volume tinggi yang kuat yang dirancang untuk memenuhi kebutuhan pemesinan komponen otomotif dan penerbangan besar, kata Business Development Manager Simon Knecht dari Chiron America di Charlotte, N.C.

"Dengan mesin pemesinan ini berhasil dijalankan dan tersedia luas untuk pelanggan Amerika Utara kami, kami semakin memperkuat portofolio produk kami di ujung yang berlawanan dari spektrum manufaktur: komponen mikropemesinan presisi tinggi," kata Knecht.

Tahun ini, Chiron meluncur mesin pemesinan Micro5, yang dikembangkan di Swiss dan dirancang untuk benda kerja kecil—sekitar 50×50×50 mm—katanya. "Kecepatan dan dinamika konsep pemesinan ini dirancang untuk mendukung pelanggan dengan produktivitas yang meningkat. Samaan dengan standar kecepatan tinggi dan massa bergerak minimal, mesin adalah platform modular dan dapat dilengkapi dengan otomatisasi terintegrasi. Selain itu, Micro5 dirancang untuk skalabilitas fleksibel, yang memberikan produsen kemampuan untuk membuat garis produksi yang mulus dengan banyak mesin."

VMC umumnya didasarkan pada konsep modular, penjelasannya; praktik umum untuk beralih dari tata letak keempat- hingga kelima-sumbu. "Banyak kali, pelanggan kami telah mengubah konfigurasi mesin ke pengaturan meja yang berbeda menggunakan sumbu keempat atau kelima pada meja."

Seperti pemasok lain, Chiron America mengatasi kesenjakan keterampilan operator. Otomatisasi cerdas "adalah satu bagian dari solusi yang memastikan throughput selama jam produksi yang direncanakan," kata Knecht. "Teknologi otomatisasi, terutama robot, biasanya memiliki ketersediaan teknis tinggi dan berjalan dengan keandalan tinggi. Dengan proses dan sel yang dirancang untuk batch yang lebih kecil, solusi otomatisasi kami bahkan mampu mengubah fixture dalam mesin. Berbeda dengan setup manual, yang sering memakan waktu lebih dari satu jam untuk mengubah fixture, mengotomatisasi VMC dengan sistem klem nol meningkatkan throughput dan mengembalikan mesin ke apa yang dirancangnya untuk: Pemesinan. Konfigurasi sumbu meja pemesinan kami dirancang untuk mengakomodasi metode klem ini."

Tren seperti pergeseran menuju e-mobility dan rantai pasokan yang stres pandemi menuntut lebih banyak fleksibilitas dari peralatan—membuat VMC yang mengurangi setup menjadi alat kritis. "Kemampuan untuk dengan cepat beralih ke benda kerja yang berbeda pada mesin mendorong pendekatan untuk mengurangi jumlah setup dan menyelesaikan sebanyak mungkin operasi dalam mesin yang sama," kata Knecht. Perubahan benda kerja terintegrasi Chiron memungkinkan pemuatan dan pembongkaran bagian sementara lima sumbu VMC-nya berjalan.

Memanfaatkan fleksibilitas ini dan menggunakan VMC untuk banyak benda kerja berbeda "akan menghasilkan manfaat nyata dalam hal ROI," kesimpulan Knecht. "Terlalu banyak kali saya telah melihat mesin dan peralatan khusus yang diam setelah kehilangan pekerjaan atau proyek, sementara produsen tidak dapat menggunakan mesin sepenuhnya."