Настройка для одиночных установок

Как минимизировать удельные затраты на сложные детали, требующие точения, фрезерования и сверления? Для Стива Хаттори ответ прост:обработайте их с помощью всего одной настройки — и сделайте эту настройку максимально простой.

Президенту контрактной мастерской Salinas Valley Precision (Салинас, Калифорния) г-ну Хаттори раньше требовалось как минимум три станка для изготовления любой сложной круглой детали из твердого тела:ленточная пила для раскроя заготовки по длине, токарный станок и обрабатывающий станок. центр, чтобы добавить квартиры и отверстия. Теперь в цеху всю эту работу выполняет один станок, автоматически превращая неразрезанный пруток в готовые детали, эффективно заменяя множество установок одной.

«Тот, кто ратует за старый способ, никогда не пытался изготовить рыболовную катушку, — говорит г-н Хаттори. На самом деле, когда местный производитель спортивных товаров впервые предложил ему часть рыболовной катушки, Хаттори отказался. В то время эта часть была слишком сложной, чтобы приносить прибыль. Катушка диаметром 3,25 дюйма, вырезанная из цельного алюминия с обработкой на 90 процентов, состоит из двух легко деформируемых фланцев толщиной менее 0,1 дюйма, соединенных полым сердечником со стенками ненамного толще.

Часть приходится атаковать со всех сторон. Каждый фланец пронизан 12 отверстиями диаметром 0,45 дюйма, которые служат для снижения веса. Окружность ядра также включает 12 овальных прорезей для снижения веса. Наконец, расточенное отверстие на одной стороне включает 36 зубцов для храпового механизма удилища, а также отверстие для запрессованного подшипника с общим допуском 0,0002 дюйма по диаметру.

«И вся эта геометрия была лишь половиной проблемы», — говорит г-н Хаттори. «Остальное было размером партии. Мы могли бы обработать деталь, используя сложные приспособления на обрабатывающем центре вместе с токарным станком с ЧПУ, который мы использовали в то время. мелкий тираж детали часто составляет всего 100 штук."

Г-н Хаттори изготовил прототип рыболовной катушки, но не удосужился участвовать в торгах на серийную часть. По крайней мере, не сначала. Однако с тех пор эта деталь стала основным источником дохода для магазина с 10 сотрудниками. Это произошло после того, как г-н Хаттори заново изобрел свой процесс.

Универсальная обработка

Ключевым результатом изобретательности г-на Хаттори является процесс, в котором все токарные, фрезерные и сверлильные операции объединены на одном станке, токарном центре Mazak "Super Quick Turn" (SQT) 15MS-Y с ЧПУ. Помимо набора вращающихся инструментов для фрезерных операций и второго противоположного шпинделя для токарной обработки второй стороны, станок оснащен программируемой осью Y с ходом в четыре дюйма. Эта функция оси Y позволяет выполнять операции фрезерования со смещением от центра, пока заготовка все еще удерживается в первичном или вторичном шпинделе.

Благодаря скоординированному автоматическому переключению между двумя шпинделями можно получить доступ к любой поверхности детали без какого-либо вмешательства человека. Каждая токарная, фрезерная и сверлильная операция выполняется без «развинчивания» детали, поэтому критические привязки положения заготовки сохраняются на протяжении всего процесса обработки.

Заготовки подаются на станок с помощью Mazak Cut-Feeder. Подобно тому, как возможности фрезерно-сверлильного станка позволяют токарному станку заменить обрабатывающий центр, устройство подачи с порезкой исключает ленточнопильный станок из процесса, а также сокращает задержку между последовательными циклами обработки детали до нескольких секунд. Устройство подачи Cut-Feeder не только продвигает прутки, но и режет их по длине от 0,60 до 5,11 дюйма. Он выполняет эту отсечку, пока SQT обрабатывает текущую деталь, а затем загружает новую заготовку в патрон, как только токарный станок готов к следующему циклу.

Автоматическая подача помогает минимизировать время настройки. Устройство хранит до пяти стержней диаметром 3,25 дюйма, используемых для рыболовных катушек, и продвигает и режет каждый из них без вращения. В отличие от традиционной методологии подачи прутка, Cut-Feeder удерживает прут в неподвижном состоянии, в то время как режущие инструменты вращаются вокруг заготовки, медленно подавая до тех пор, пока обрезка не будет завершена. Поскольку стержни не поворачиваются, для придания им круглой формы не требуется предварительной обработки (подходят даже квадратные или шестиугольные профили). В результате г-н Хаттори может просто поместить один или несколько прутков в устройство подачи и позволить токарному центру преобразовать их в готовые обработанные детали. Окончательное удаление заусенцев — единственная операция, выполняемая вне станка.

Процесс обработки включает в себя 20 смен инструмента, но не требует оператора, поэтому г-н Хаттори часто позволяет ему работать без присмотра, получая 90 бобин за каждый загружаемый 12-футовый стержень.

Возврат к воображению

Барабаны выходят из поворотного центра со скоростью одна каждые восемь минут. Хотя цикл действительно использует преимущества высоких скоростей шпинделя станка — 5000 об/мин для основного и второго шпинделей, 3000 для вращающихся инструментов — г-н К. Хаттори считает творческое программирование основной причиной того, что время цикла настолько мало. Бывший специалист по механической обработке в аэрокосмической научно-исследовательской фирме, Хаттори открыл свою мастерскую 10 лет назад, чтобы продолжать разрабатывать сложные стратегии обработки с ЧПУ после того, как его работодатель закрылся и закрылся.

«Многозадачный токарный станок обеспечивает большую отдачу для воображения программиста, чем любой другой, который я использовал», — говорит он. "С таким количеством опций на одной машине всегда есть другой способ - и часто лучший способ - создать любую функцию."

Например, г-н Хаттори нашел необычный метод вращения тонких фланцев алюминиевой катушки на высокой скорости без деформации. После того, как все элементы на одной грани были обработаны, пока деталь находится в основном патроне, программа г-на Хаттори предусматривает захват второго патрона, сохраняя при этом основной захват патрона. Такой захват детали с обеих сторон устраняет проблему прогиба. Поскольку два шпинделя вращаются в унисон, металл между двумя фланцами выдавливается, как если бы это была одна канавка глубиной 0,75 дюйма.

Возможности оси Y используются для изготовления храповых зубцов. Вместо того, чтобы индексировать деталь с помощью шпинделя, чтобы вырезать каждое углубление, как работа будет выполняться на традиционном токарном станке с приводным инструментом, г. У Hattori основной шпиндель удерживает деталь неподвижно, пока револьверная головка перемещается от одной зубчатой ​​рейки к другой, используя интерполяцию X-Y. Хотя револьверная головка перемещается лишь немного быстрее, чем делительный шпиндель, если эту разницу умножить на 36 зубцов, то производительность заметно возрастет.

В других случаях ось Y создает элементы, которые можно обрабатывать на обычном трехосевом (X, Y и C) токарно-фрезерном станке. Одним из примеров является храповое колесо из стали 4340 для синхронизирующего механизма системы роботизированной сборки. Деталь диаметром 3,25 дюйма с диском толщиной 3/16 дюйма и более широкой встроенной ступицей выглядит как пильный диск с 12 зубьями по окружности. Ось Y позволяет обрабатывать 12 граней по окружности лезвия. «Каждая квартира — это простой разрез», — говорит г-н Хаттори. "Раньше для этой детали нам требовался обрабатывающий центр, но теперь, когда я могу полностью ее обрезать [за один установ], обработка партии из 100 колес занимает на три часа меньше."

Трехосевая интерполяция

Эта часть - еще один случай дьявола в зазубринах. Для местного производителя медицинского оборудования г-н Хаттори производит опору диаметром 2 дюйма для блока управления катетером для электронного картирования сердца. Половина шарнирного соединения, которое удерживает орган управления в различных ориентациях, имеет длинную плоскую поверхность вдоль центральной линии, где половина верхней части детали срезана. Эта плоскость образует поверхность, на которой встречаются две половины сустава, и включает в себя отверстие для шарнира, который их соединяет. Вокруг этой оси 30 пилообразных зубцов. Позволяя соединению зацепляться и фиксироваться в нескольких положениях, зубцы образуют симметричный рисунок солнечных лучей с осью в центре и стыкуются с аналогичным узором на другой половине шарнира.

«Для обработки этой детали двух линейных осей недостаточно; необходимо иметь три», — говорит г-н Хаттори. «Хотя все зубчатые гребни лежат в одной плоскости, траектории инструмента не совпадают. Мы используем изготовленную по индивидуальному заказу концевую фрезу, которая соответствует углу впадины между двумя зубцами, но даже с этим инструментом двухосевая траектория инструмента может Не вырезайте правильную форму Вместо необходимого острого пика по всей окружности шаблона двухосный траектория инструмента будет давать веерообразный пик, потому что пространство между двумя разрезами будет увеличиваться по мере того, как инструмент отошел от втулки."

Чтобы решить эту проблему, г-н Хаттори выполняет интерполяцию по трем осям для выполнения каждого разреза. Диаметр индивидуально заточенного инструмента приблизительно равен расстоянию от вершины до вершины по окружности. Поэтому г-н Хаттори начинает со ступицы, где инструмент режет только его кончик, и подает инструмент вниз по оси Y, когда он движется наружу по радиусу шаблона по осям X и Z. Таким образом, обработанные зубья имеют такая же толщина пика по окружности, как и у ступицы, и они обрабатываются за один проход. Опорная шарнирная часть тоже выточена из цельного куска алюминия, начиная с стержня. Общее время цикла составляет около 12 минут на деталь.

В отличие от рыболовной катушки, опорный шарнир был частью работы г-на Хаттори еще до того, как он приобрел многофункциональный токарный центр. Первоначально детали были вырезаны на токарном станке с ЧПУ и вертикальном обрабатывающем центре. Для получения круглого конуса детали в первую очередь применялась токарная обработка. «Благодаря гладкому профилю настройка вертикального обрабатывающего центра заняла много времени, — говорит г-н Хаттори. «Мы не могли использовать тиски, поэтому нам пришлось прикрутить их к специальному приспособлению».

Теперь эта проблема устранена, поскольку патроны токарного центра удерживают деталь как для точения, так и для фрезерования. «Время фрезерования на SQT такое же, как и на обрабатывающем центре, но теперь никому не нужно закручивать и отвинчивать деталь», — говорит г-н Хаттори. "Это большая разница. С помощью всего лишь одного усовершенствования мы сократили время цикла для шарнирной детали более чем на 30 процентов".