Micro Med Machining: точность выше стандартов швейцарских токарных станков

Когда Джим и Джо Дэвис основали свою подрядную мастерскую в 1987 году, они считали, что у них хорошие шансы добиться успеха в медицинской отрасли. Они уже были на полпути. Вместо начала с нуля два брата выкупили отдел швейцарских токарных станков высокой точности у сокращающейся медицинской компании, где оба работали. Так родилась Micro Med Machining, Inc. (Майами-Лейкс, Флорида).

У молодых людей было много преимуществ. Они более или менее выросли в мастерской своего отца. Оба были инженерами-технологами с дипломом и прошли программу стажировки по производственному менеджменту бывшего работодателя. Поэтому они были практически знакомы с металлообрабатывающими процессами в целом и швейцарским точением для медицинской отрасли в частности — с хорошим пониманием как требований отрасли к качеству, так и ее регуляторной среды. Более того, они знали из личного опыта, как трудно найти поставщиков механических деталей, способных последовательно соответствовать отраслевым стандартам. Очевидно, существовала ниша, которую нужно было заполнить.

Первые пять месяцев единственной работой Micro Med было изготовление деталей для катетеров и имплантируемых кардиостимуляторов бывшего владельца. Но затем перспективы мастерской расширились невероятно. Действительно, они начали с 19 человек, а сегодня имеют более ста, а объем продаж вырос еще большей пропорцией.

Этот рост во многом обусловлен их верным предположением о потребности медицинской отрасли в надежных поставщиках. Не менее важно, как мастерская применила технологии. Они начали в основном с автоматических швейцарских токарных станков и револьверных станков Hardinge, а также комплекта вспомогательного оборудования. Сегодня они выполняют абсолютное большинство работы на многоосевых ЧПУ-точарно-фрезерных центрах. В мастерской 30 таких сложных станков в различных конфигурациях.

Хотя технология определенно дороже старых автоматов, она дает возможность обрабатывать большинство очень сложных деталей мастерской полностью в одной установке. По сути, они заменяют затраты на множественные установки более способным оборудованием — что в целом является менее затратным решением — и обеспечивают уровни качества, которых требуют их клиенты, партией за партией. Но техническая формула Micro Med требует гораздо большего, чем просто установка хороших станков на цех. У них огромный объем процессной экспертизы на этих станках, что действительно отличает эту мастерскую от обычной конкуренции.

Хотя мы не можем раскрыть самые критические элементы процессного знания мастерской здесь, мы можем заглянуть в то, что заставляет эту замечательную мастерскую работать. Вот как они делают это в Micro Med.

Детали и станки

Чтобы понять требования к процессам, полезно начать с рассмотрения некоторых деталей. Они сложные, точные — и маленькие. Действительно, витрина образцов деталей Micro Med выглядит больше как ювелирный магазин, чем станочный цех. Типичный ассортимент включает костные винты; крошечные трубки, фитинги и клапаны; компоненты для миниатюрных хирургических инструментов; и стоматологические штифты. Точечные винты, например, могут быть настолько малы, как 1 мм в длину и 1 мм в диаметре с 1-мм резьбой. Косметика критична, и практически все детали доводятся и визуально инспектируются под микроскопом при 20-кратном увеличении. Заусенцы любого рода категорически неприемлемы.

Сложность обработки этих мелких деталей усугубляется тяжелыми материалами, из которых они изготовлены. Некоторые 65% деталей изготавливаются из титана, еще 30% — из самых твердых нержавеющих сталей, а остальное — из драгоценных металлов, таких как золото и платина. Более 60% деталей требуют какой-либо фрезерной или сверлильной операции. Переверстые отверстия обычны, некоторые диаметром всего 0,005 дюйма (меньшие отверстия делают электроэрозией). Многие из этих маленьких отверстий должны быть одновременно точными и глубокими. Например, одна трубчатая деталь требует центрального отверстия диаметром 0,04 дюйма, просверленного на глубину 1,5 дюйма... с толщиной стенки всего 0,007 дюйма... в титане. И детали не просто круглые. Довольно много по сути призматичных деталей производится на ЧПУ-швейцарских станках благодаря их фрезерным возможностям и преимуществам удержания заготовки при производстве этих нежных деталей из бруска.

Все многоосевые станки — Citizen (Marubeni Citizen-Cincom, Аллендейл, Нью-Джерси). Некоторые станки — сравнительно простые трехосевые конструкции с характерным для швейцарских станков скользящим головным блоком и направляющей втулкой (Z), одноосевым револьвером (X) и вращающим позиционированием основного шпинделя (C). На револьвере установлены стационарные и приводные инструменты для точения или нацентрового сверления и фрезерования.

Другие станки Micro Med значительно сложнее. Модели E-серии — шестиосевые конструкции, которые добавляют второй двухосевой револьвер и противостоящий шпиндель для операций обратной обработки. Два револьвера позволяют пинчевое точение — то есть точение двумя инструментами одновременно — что эффективно и, что не менее важно, противодействует склонности тонких заготовок деформироваться под действием одного инструмента. И второй револьвер позволяет выполнять более широкий спектр операций на деталях, закрепленных либо в основном, либо во вспомогательном шпинделе. Более того, операции точения или фрезерования могут выполняться на обоих шпинделях одновременно.

Восьмиосевые модели M-20 мастерской идут еще дальше. Вместо второго револьвера станки имеют восьмистаночную ганг-пластину, способную удерживать до пяти стационарных и трех вращающихся инструментов. Ганг-инструментирование крайне эффективно в точечных операциях, потому что устраняет время, которое револьверы тратят на индексацию от инструмента к инструменту. Эти станки также имеют возможность оси Y для ганг-инструментов, что означает, что фрезерование и сверление вне центра могут выполняться с приводными станциями. Восьмая поворотная ось обеспечивает встроенный контроль заготовки или инструмента, или роботизированную манипуляцию заготовкой.

Суть всех этих станков в том, что они позволяют Micro Med обрабатывать даже очень сложные детали в одной установке. Преимуществ этой способности много. Самое очевидное — это экономия времени, труда и затрат на незавершенное производство при маршрутизации заданий через последовательность однозначных станков. Это также позволяет мастерской быть гораздо более отзывчивой к все более требовательным клиентам по срокам поставки. Выполнение срочного заказа гораздо проще, когда работа должна быть проложена только через один станок, а не три или четыре.

Не менее важны качественные преимущества. Каждый раз, когда деталь выпускается из приспособления и затем снова зажимается, в процесс добавляется новый элемент размерной вариативности. В работе Micro Med допуски 0,001 дюйма типичны, но они часто должны держать «десятую» — 0,0001 дюйма — и делать это последовательно. Учитывая, как трудно может быть приспособлять эти маленькие детали для вспомогательных операций, не требуется очень высокой стопки допусков приспособления, чтобы вывести общий процесс обработки за допустимые пределы. Гораздо лучше сохранить один хват на детали для всего процесса и устранить эту проблему полностью.

Сохранение постоянного физического контроля за заготовкой также придает научную достоверность команде мастерской над своими процессами, что является центральной заботой качественно-ориентированных клиентов Micro Med. Говорит Джо Дэвис: «Люди сегодня смотрят на ваши значения Cpk. Они хотят знать, что у вас процесс под контролем». И для своих самых продвинутых клиентов Micro Med в состоянии предоставлять статистически надежные исследования технологической выполнимости. Это в большой степени способствует привлечению нового бизнеса в мастерскую.

Тем не менее, конкуренция возвращает стоимость к главному соображению — и для уровней качества, на которые ориентирована мастерская, устранение установок имеет огромное положительное влияние. Хороший пример — медицинский коннектор, который другой поставщик производил в шести установках на последовательности однозначных револьверных станков и фрезерных машин. При объемах 4500 в месяц клиент платил 8 долларов за штуку. Micro Med изучила деталь, предложила несколько простых изменений для улучшения технологичности и поставила её на один из шестиосевых станков. «Мы снизили стоимость до четырех долларов с копейками», — говорит г-н Дэвис. Был ли бывший поставщик завышенной ценой? «Не совсем», — говорит он, — «это, вероятно, в значительной степени соответствовало его затратам. У него просто не было лучшего процесса для выполнения работы».

Лучшие процессы

Кто угодно может выйти и купить оборудование, но наилучшее его использование — совсем другое дело, и именно здесь Micro Med преуспевает. Процессная креативность крайне важна — ради эффективности и качества — и она может прийти только от людей, тщательно знающих станки. Также критично знание того, что можно и чего нельзя сделать со стандартным инструментом, и как инструмент можно модифицировать или специально изготовить. Эта экспертиза позволяет мастерской делать со своими станками вещи, удивляющие даже разработчиков станков. «Не использовать эти станки в полной мере — это как водить гоночный автомобиль со скоростью 50 миль в час», — говорит г-н Дэвис. В Micro Med они любят ездить быстро.

Но это говоря лишь образно, поскольку достижение высоких скоростей удаления металла явно не является целью этой мастерской. Критическая забота медицинской отрасли — это как деталь доводится — без заусенцев и косметически безупречная — но эффективность и качество этой финальной операции во многом зависят от того, как металл удалялся в первую очередь. Доводка — ручная операция, и как и любая другая мастерская точной обработки, они стремятся свести её к минимуму. «Мы с удовольствием обменяем основное машинное время на время доводки», — говорит г-н Дэвис, но они могут получить отдачу от этого обмена только через тщательное построение маршрута обработки.

Заусенцы, вероятно, главная единственная забота. Лучший способ борьбы с заусенцами — предотвратить их, а если они неизбежны, управлять процессом так, чтобы они легко удалялись в разумно эффективном вспомогательном процессе. Это значит, что они должны заботиться о направлении заусенца, его размере и том, что потребуется, чтобы сломать его. Эти соображения могут существенно влиять на время цикла. В данном случае, однако, скорость не так важна, как состояние детали при выходе со станка.

Управление деформацией детали — еще один фактор, который может добавить заметное время к циклам обработки, и, возможно, область лучших торговых секретов мастерской. Учтите, что Micro Med поддерживает точную размерную целостность на ряде очень тонких деталей из экстремально труднобрабатываемых материалов, и часто режет нежными инструментами, которые еще более склонны к деформации, чем заготовка. Они должны понимать до невероятно тонкой степени скорости, подачи и глубины реза, подходящие для этих условий. Например, резьба, которая кажется, должна занять восемь проходов, на самом деле может занять 18. Они также открыли способы нарезки резьбы участками и безупречного их соединения. Это часто медленный и кропотливый процесс, но оправданный, потому что предсказуемость процесса — главная забота мастерской.

Срок службы инструмента — еще один важный фактор, не столько из-за стоимости самого инструмента, сколько для, снова же, поддержания качественного контроля процесса. Операторы должны постоянно следить за изношенными инструментами, чтобы убрать их из процесса до того, как они выведут его из-под контроля. И они должны отсеивать некачественные инструменты из процесса полностью. Качество инструмента критично даже для кажущихся мягкими материалов, такими как платина — именно особенно для платины, которая является высокоабразивным материалом, и очевидно такой ценности, что брак — дорогое предложение. Или, как лаконичнее выражается г-н Дэвис: «Когда вы сверлите отверстие диаметром 0,012 дюйма, качество инструмента просто чертовски критично, и вы не можете предполагать, что любой готовый инструмент справится с работой».

Поскольку средние партии составляют 1500–2000 штук, а многоосевые токарно-фрезерные центры — довольно дорогие активы для простоя, операторы должны быть очень хоробы в наладке и смене заданий на станках. Один из способов — предустановка инструментов. На некоторых станках, например, они приобрели дополнительные револьверы. Таким образом инструменты настраиваются и квалифицируются вне линии «в пределах пары десятых». Затем, когда эти револьверы монтируются, требуется всего несколько наладочных деталей, чтобы запустить процесс. Это не значит, что они приближаются к однозначным временам переналадки; эти станки слишком сложны. Но они запускают задания за час против шести, которые могли бы уйти на индивидуальную загрузку и настройку всех инструментов на станке.

И есть много других вещей, которые нужно знать. Программирование важно, но системы управления станками предлагают немалую помощь в этом. Отдельные операции точения или фрезерования могут программироваться независимо, а затем ЧПУ автоматически компилирует их в единый эффективный режим. Удержание заготовки также критично, особенно для захвата обработанных деталей в противостоящем шпинделе, и иногда изготавливаются специальные коллеты. Это много чего нужно знать. Но, по их собственному признанию, владение этой критической процессной информацией стало решающей разницей между Micro Med и ее конкурентами.

Расширение границ

Micro Med извлекла часть этого знания, делая ожидаемые вещи ежедневно и внимательно наблюдая за результатами. Они используют СТК для квалификации каждого нового процесса, например, а затем строят карту процесса для производственного контроля. Но большая мера самого мощного конкурентного преимущества мастерской пришла от их настойчивого стремления расширять границы процесса, постоянно ища новые эффективности, не подрывающие их стандарты качества.

Безусловно, братья Дэвис с ziemной гордостью относятся к своей «процессной авантюризму» — их склонности пробовать новые идеи и решать сложные проблемы. Но это не просто бравада, которая движет ими; они верят, что непрерывное экспериментирование с процессами дает обучающий опыт, необходимый мастерской для сохранения конкурентного преимущества. Это большая часть причины, почему этот производственный цех готов заниматься прототипированием — одновременно вырабатывая деталь и процесс на производственном оборудовании — ради знаний, которые это дает. Буквально, они стремятся соединить внешние пределы своего очень способного производственного оборудования с необычными требованиями отрасли, которой они служат. Поскольку ключевые люди мастерской из медицинской отрасли, у них есть значительное преимущество в этом. Они несут большой объем знаний об адекватных процессах в рамках ограничений области, и могут даже в большой мере помочь клиентам разрабатывать дизайны — улучшая технологичность без жертвования функциональностью или впадения в общие регуляторные ограничения. По этим причинам менеджеры мастерской entschlossen держать бизнес очень сфокусированным. Micro Med лучше всего делает многоосевое швейцарское точение к очень высоким стандартам качества, и это то, чем они будут продолжать заниматься. Интересно, что это сильное и последовательное чувство фокуса помогает сотрудникам мастерской скорректировать свои личные стандарты качества до подходящего уровня для клиентов, которых обслуживает Micro Med, что в свою очередь помогает мастерской достичь правильного баланса качества и эффективности. Это деликатный вопрос в медицинской отрасли, которая становится все более затраточувствительной, но где детали все еще должны выглядеть идеально. «Вы хотите воспитать стремление к совершенству», — говорит г-н Дэвис, — «но в то же время вы не хотите, чтобы они тратили время на достижение уровня, выходящего за практические требования работы». Это тонкий баланс, и он считает, что он не подойдет к внесению более товарного типа обработки в микс. Либо мастерская бы имела избыточные затраты на такие детали, либо, что хуже, они бы вводили деструктивную неопределенность в мастерскую о том, что значит «достаточно хорошо».

Так что Micro Med продолжит фокусироваться на сложных деталях. Г-н Дэвис считает, что их там гораздо больше, и он более чем готов рисковать на способности своей мастерской продолжать успешно конкурировать за эту работу. MMS

Примечание редактора: Через две недели после нашего визита в Micro Med компания объявила, что была продана Uniform Tubes, производителю кастомных трубчатых компонентов. Uniform Tubes даст Micro Med усиленную инженерную и коммерческую поддержку. По словам Джо Дэвиса, управление и миссия компании останутся нетронутыми.