Buka Potensi Unggulan: Manfaat Spindel Kecepatan Tinggi untuk Mikro-Pemesinan

Drill mini dan end mill seringkali kekurangan RPM spindle, yang mengakibatkan permukaan yang buruk, produktivitas rendah dan alat potong patah. Berikut beberapa opsi dan rekomendasi untuk mengatasi masalah yang terlalu umum ini.

Bagaimana “mini” dan “mikropemesinan” didefinisikan?

Tidak ada jawaban resmi, meskipun banyak ahli menyarankan bahwa drill atau end mill dengan diameter kurang dari 1/8 inci atau sekitarnya memenuhi syarat sebagai micro tool.

Yang lebih penting adalah bahwa cutter ini sering membutuhkan spindle speed yang lebih tinggi daripada yang dapat disediakan oleh sebagian besar mesin perkakas CNC—dan tanpa mereka, hasilnya biasanya tidak diinginkan.

Pertimbangkan cutting speed yang direkomendasikan untuk beberapa bahan sehari-hari.

Sandvik Coromant menasihati tukang mesin untuk memulai pada 492 feet per minute (SFM) untuk stainless steel austenitic dan duplex. Guhring mengatakan 620 SFM adalah kecepatan yang baik untuk roughing sebagian besar cast iron. Harvey Tool menyarankan 600 SFM untuk low-carbon steel dan 1.000 SFM untuk wrought aluminum. Produsen alat potong lainnya menawarkan rekomendasi yang serupa.

Dalam contoh pertama, end mill dengan diameter 3/16 inci membutuhkan spindle speed setidaknya 10.000 RPM untuk mencapai parameter operasi yang tepat; dalam contoh terakhir, cutter yang sama perlu mencapai setidaknya dua kali lipat RPM tersebut untuk memenuhi surface speed yang direkomendasikan. Situasi semakin buruk secara eksponensial seiring alat semakin kecil. Tool Advisor Iscar, misalnya, menghitung lebih dari 56.000 RPM yang diperlukan untuk end mill 1/32 inci saat memproses alloy steel.

Sebelum semua orang mencari kalkulator mereka untuk memeriksa angka-angka tersebut, pesannya jelas: Bahkan machining center kelas atas yang dirancang untuk pembuatan cetakan atau pekerjaan optik akan kekurangan saat milling dan drilling di ranah mikro ini, dengan live-tool lathe dan CNC equipment yang komoditas ketinggalan lebih jauh. Fakta sederhana dalam fisika pemesinan ini, lebih dari hal lain, adalah yang menentukan kapan alat potong dianggap sebagai miniature, sehingga membutuhkan perhatian khusus.

Berita baiknya, ada cara mudah untuk mengatasi masalah spindle speed yang tidak mencukupi, terlepas dari mesin perkakas, bahan atau ukuran cutter. Speeder heads, seperti yang dikenal, dirancang untuk meningkatkan RPM spindle mesin apa pun. Mereka melakukan ini sambil memastikan keandalan dan presisi maksimum dalam drilling CNC dan milling ringan, terutama dalam operasi finishing. Beberapa konfigurasi tersedia, di antaranya unit yang didukung oleh udara atau listrik, cutting fluid melalui spindle atau rangkaian gear internal yang mengalikan rotasi spindle yang ada.

Getting Past the Blues

Mike Gabris hati-hati saat menggunakan istilah “spindle speeder.” Manajer penjualan industri di NSK America Corporation mengatakan “speeder” sering merujuk pada pengaturan gear-driven yang baru disebutkan.

“Setiap kali Anda menambahkan gear ke dalam persamaan, Anda memperkenalkan properti seperti getaran, panas dan distorsi termal,” katanya. “Salah satu dari ini bukan properti yang dapat diterima dari high-speed spindle.”

Dibandingkan, solusi yang dipilih perusahaan menggunakan spindle motor listrik brushless yang beroperasi secara independen dari spindle mesin, menghasilkan kecepatan yang jauh lebih tinggi daripada yang mungkin dengan perangkat mekanik murni dan memberikan mikro dan nanopemesinan yang berhasil.

“Kami menawarkan berbagai high-speed air dan electric spindle, tetapi model terbaru kami adalah iSpeed5, yang beroperasi pada 60.000 hingga 80.000 RPM tanpa harus menyambungkan kabel atau kord secara manual,” kata Gabris. “Ini terintegrasi ke dalam stop block yang dipasang di wajah spindle dan menyediakan listrik, udara pendingin dan sinyal kontrol dari kontroler eksternal. Ini membuatnya menjadi electric spindle yang sepenuhnya dapat dipertukarkan—pertimbangan yang semakin penting, mengingat semakin banyak bengkel yang ingin menjalankan lights-out.”

Selain keinginan untuk pemesinan tanpa pengawasan, Gabris mengatakan target audiens untuk iSpeed5 adalah siapa pun yang menggunakan alat diameter kecil, yang ia definisikan sebagai cutter dengan diameter kurang dari 1/16 inci. Pembuatan cetakan adalah pasar yang besar, katanya, begitu juga dengan manufaktur penerbangan dan medis. “Banyak pelanggan ini sudah akrab dengan solusi high-speed spindle kami lainnya, beberapa yang dapat mencapai kecepatan 160.000 RPM. iSpeed5 akan menjadi tambahan yang disambut.”

Bearing Down

Andy Jones, spesialis produk high-speed spindle di WTO USA, mengatakan dia menawarkan alternatif yang lebih sederhana dan lebih murah. CoolSpeed mini adalah spindle yang didorong turbine yang didukung oleh coolant, oil atau air mist dari sistem cutting fluid mesin perkakas. “Semakin tinggi tekanan, semakin tinggi kecepatan spindle,” kata Jones.

“Coolant atau oil pada 145 psi (10 bar) akan menghasilkan 40.000 RPM, sementara 870 psi (60 bar) meningkatnya menjadi 75.000 RPM,” katanya. “Dan sistem mist yang berjalan pada tekanan udara bengkel normal (sekitar 72 psi, atau 5 bar) memberi Anda 50.000 RPM. Ini adalah cara yang bagus untuk melengkapi machining center atau lathe apa pun dengan kecepatan spindle yang sangat tinggi dengan sebagian kecil dari biaya speeders tradisional.”

CoolSpeed mini memiliki desain yang unik, kata Jones. Saat alat pemotong aus, operator mencabutnya bersama dengan bearing dan turbine yang ditekan pada unit, kemudian menekan set bearing dan turbine segar pada alat pengganti dan memasang kembali apa yang pada dasarnya merupakan rotational assembly ke dalam head. Dia menjelaskan bahwa bearing dirancang untuk dapat digunakan sekali pakai tetapi masih menawarkan dynamic run-out 4 mikron (0,0001 inci) atau lebih baik dan biaya yang lebih rendah dari banyak alat pemotong.

Starter set datang dengan CoolSpeed mini 25 milimeter, perangkat pemasang, pengukur tekanan, adaptor pengukur 25 mm dan tiga set pengganti yang masing-masing mencakup pasang bearing dan sebuah turbine. “Harga untuk semua yang Anda butuhkan untuk mulai adalah sebagian kecil dari biaya conventional spindle speeder,” kata Jones.

“Tool shanks 3, 4 dan 6 mm didukung, dan seluruh unit cukup kecil untuk muat ke dalam toolholder hidrolik atau mechanical standar. Tidak ada pemeliharaan, tidak ada perangkat keras yang perlu dipasang pada spindle mesin, tidak ada kotak kontrol yang perlu dipasang atau garis yang perlu dijalankan, hanya ROI yang sangat cepat,” katanya.

Keep on Speeding

Apa pun solusi high-speed spindle, ada beberapa best practices yang harus dipertimbangkan selama operasi. Yang terpenting mungkin ini: Jangan puas dengan spindle RPM yang tidak mencukupi. Seperti yang dibahas pada awalnya, alat potong modern membutuhkan kecepatan yang jauh lebih tinggi daripada masa lalu, dan umur alat serta kualitas bagian akan menderita tanpa mereka.

Selain itu, kesempatan untuk feed rate yang sebanding dengan spindle speed yang lebih tinggi terlewat—ingat, peningkatan lima kali di sini berarti pengelaran logam lima kali atau lebih. Berikut beberapa hal lain yang harus diingat di jalan menuju pemesinan yang lebih cepat:

• Pada spindle yang didorong udara, pastikan untuk menggunakan regulator tekanan dan udara bengkel yang bersih serta difilter. Juga, jaga tekanan dalam rekomendasi produsen.
• Demikian pula, spindle yang didorong coolant membutuhkan cutting fluid yang bebas dari kontaminan seperti way oil dan metal fines. Jika menggunakan sistem coolant tekanan tinggi, pastikan Anda tidak melebihi kapasitas spindle.
• Ingat bahwa high-speed spindle tidak mampu melakukan pengelaran logam yang berat, seperti halnya alat kecil yang dibahas sebelumnya. Kedalaman potong ringan pada feed rate yang dipercepat adalah aturan umum di sini.
• Meski feed rate lebih tinggi, ada potensi sisi negatif: Apakah kontrol dan sistem servo mesin perkakas Anda dapat mengikuti gerakan halus dan panjang blok kecil yang terkait dengan mikropemesinan kecepatan tinggi? Jika tidak, beberapa upgrade perangkat keras dan perangkat lunak mungkin diperlukan. Konsultasikan dengan pembangun mesin Anda untuk opsi yang tersedia.

Terakhir, ingatlah bahwa run-out alat sangat penting untuk setiap operasi milling atau drilling, tetapi dua kali lebih penting saat spindle speed tinggi.

Selalu gunakan toolholder dan alat potong berkualitas tertinggi yang tersedia, jaga agar tetap bersih dan terawat dengan baik, dan periksa dua kali alat setelah pemasangan (lebih baik di dalam mesin).

Apakah Anda menggunakan high-speed spindle di bengkel Anda? Teknik dan tips apa yang dapat Anda bagikan? Beritahu kami di komentar di bawah.

TOOLING UP: Assessing the Health of U.S. Manufacturing: