Configuration pour des configurations uniques

Comment minimiser le coût unitaire des pièces complexes devant être tournées, fraisées et percées ? Pour Steve Hattori, la réponse est simple :usinez-les avec une seule configuration et rendez cette configuration aussi simple que possible.

Le président de l'atelier de sous-traitance Salinas Valley Precision (Salinas, Californie), M. Hattori avait besoin d'au moins trois machines pour produire n'importe quelle pièce ronde complexe à partir de solides :une scie à ruban pour couper le stock à longueur, un tour et une usine d'usinage. centre pour ajouter des plats et des trous. Désormais, l'atelier permet à une seule machine de faire tout ce travail - convertir automatiquement les barres brutes non coupées en pièces finies, remplaçant efficacement de nombreuses configurations par une seule.

"Quiconque défendrait l'ancienne méthode n'a jamais essayé d'usiner un moulinet de pêche", déclare M. Hattori. En fait, la première fois qu'un fabricant local d'articles de sport lui a proposé la partie moulinet de pêche, Hattori a refusé. A l'époque, la partie était trop complexe pour être rentable. Coupé à partir d'aluminium massif avec 90 % du stock usiné, le moulinet de 3,25 pouces de diamètre se compose de deux brides faciles à déformer de moins de 0,1 pouce d'épaisseur, reliées par un noyau évidé avec des parois pas beaucoup plus épaisses.

La pièce doit être attaquée de toutes parts. Chaque bride est percée de 12 trous de 0,45 pouce de diamètre, qui servent à réduire le poids. La circonférence centrale comprend également 12 fentes de réduction de poids de forme ovale. Enfin, un contre-alésage sur une face comprend 36 dentelures pour le mécanisme à cliquet de la canne à pêche, ainsi qu'un alésage de roulement à ajustement serré avec une tolérance totale de 0,0002 pouce sur le diamètre.

"Et toute cette géométrie n'était que la moitié du problème", explique M. Hattori. "Le reste était la taille du lot. Nous aurions pu usiner la pièce en utilisant des montages complexes sur le centre d'usinage, ainsi que le tour CNC que nous utilisions à l'époque. Mais cela aurait entraîné un coût d'installation important, un coût qu'il était impossible d'amortir sur la petite série de pièces souvent aussi faible que 100 pièces."

M. Hattori a fabriqué le prototype de moulinet de pêche, mais n'a pas pris la peine de soumissionner pour la partie production. Au moins pas au début. Depuis lors, cependant, la pièce est devenue une source de revenus majeure pour l'atelier de 10 employés. Cela est venu après que M. Hattori ait réinventé son processus.

Usinage à guichet unique

Le résultat clé de l'ingéniosité de M. Hattori est un processus où toutes les opérations de tournage, de fraisage et de perçage sont combinées sur une seule machine, un centre de tournage CNC Mazak "Super Quick Turn" (SQT) 15MS-Y. En plus de transporter un complément d'outils rotatifs pour les opérations de fraisage et une deuxième broche opposée pour le tournage sur le deuxième côté, la machine est équipée d'un axe Y programmable avec quatre pouces de course. Cette capacité d'axe Y permet d'effectuer des opérations de fraisage décentré alors que la pièce est toujours maintenue dans la broche primaire ou secondaire.

Grâce à un transfert coordonné et automatique entre les deux broches, toutes les surfaces de la pièce peuvent être atteintes sans aucune intervention humaine. Chaque opération de tournage, de fraisage et de perçage est effectuée sans « desserrage » de la pièce, ainsi les références critiques de position de la pièce sont conservées tout au long du processus d'usinage.

Les pièces brutes sont acheminées vers la machine à l'aide d'un Cut-Feeder Mazak. Tout comme la capacité de fraisage-perçage permet au centre de tournage de remplacer un centre d'usinage, le Cut-Feeder élimine la scie à ruban du processus et réduit également le délai entre les cycles de pièces consécutifs à quelques secondes seulement. Le Cut-Feeder fait non seulement avancer la barre, il la coupe à longueur, de 0,60 à 5,11 pouces. Il exécute cette coupe pendant que le SQT usine la pièce en cours, puis charge la nouvelle pièce à travers le mandrin dès que le tour est prêt pour le cycle suivant.

Le chargeur automatique aide à minimiser le temps de configuration. L'unité stocke jusqu'à cinq des barres de 3,25 pouces de diamètre utilisées pour les moulinets de pêche et avance et coupe chacune sans rotation. Plutôt qu'une méthodologie d'alimentation de barre conventionnelle, le Cut-Feeder maintient la barre immobile pendant que les outils de tronçonnage tournent autour du brut, alimentant lentement jusqu'à ce que la tronçonnage soit terminée. Comme les barres ne tournent pas, aucun pré-usinage n'est nécessaire pour les arrondir (même les profils carrés ou hexagonaux fonctionnent). En conséquence, M. Hattori peut simplement déposer une ou plusieurs barres dans le chargeur et laisser le centre de tournage les convertir en pièces usinées finies. L'ébavurage final est la seule opération effectuée en dehors de la machine.

Le processus d'usinage implique 20 changements d'outils, mais ne nécessite aucun opérateur. M. Hattori le laisse donc souvent fonctionner sans surveillance, récupérant 90 bobines pour chaque barre de 12 pieds qu'il charge.

Retour sur l'imagination

Les bobines sortent du centre de tournage au rythme d'une toutes les huit minutes. Bien que le cycle tire parti des vitesses de broche élevées de la machine - 5 000 tr/min pour les broches principale et secondaire, 3 000 pour les outils rotatifs - M. Hattori attribue à la programmation créative la principale raison pour laquelle le temps de cycle est si faible. Ancien spécialiste de l'usinage pour une entreprise de R&D aérospatiale, Hattori a ouvert son atelier il y a 10 ans afin de pouvoir continuer à concevoir des stratégies d'usinage CNC complexes après la fermeture et la fermeture de son employeur.

"Le tour multitâche offre une plus grande rentabilité pour l'imagination d'un programmeur que tout autre que j'ai utilisé", dit-il. "Avec autant d'options dans une seule machine, il existe toujours un autre moyen, et souvent un meilleur moyen, de produire n'importe quel élément."

Par exemple, M. Hattori a trouvé une méthode inhabituelle pour faire tourner les minces rebords de la bobine en aluminium à grande vitesse sans déviation. Une fois que toutes les caractéristiques d'une face ont été usinées alors que la pièce se trouve dans le mandrin principal, le programme de M. Hattori fait en sorte que le second mandrin s'accroche tout en maintenant la prise du mandrin principal. Saisir la pièce des deux côtés de cette manière élimine le problème de déviation. Lorsque les deux broches tournent à l'unisson, le métal entre les deux brides est évidé comme s'il s'agissait d'une seule rainure de 0,75 pouce de profondeur.

La capacité de l'axe Y est utilisée pour produire les dentelures à cliquet. Au lieu d'indexer la pièce avec la broche pour couper chaque empreinte - comme le travail serait fait sur un tour à outils en direct traditionnel - M. Hattori a la broche principale qui maintient la pièce immobile pendant que la tourelle se déplace d'une denture à l'autre, en utilisant l'interpolation X-Y. Alors que la tourelle ne se déplace que légèrement plus vite que la broche d'indexation, lorsque cette différence est multipliée par 36 dentelures, le gain de productivité est prononcé.

Dans d'autres cas, l'axe Y produit des éléments qui pourraient être usinés sur une machine de tournage/fraisage conventionnelle à trois axes (X, Y et C). Un exemple est une roue à rochet en acier 4340 pour le mécanisme de synchronisation d'un système d'assemblage robotisé. La pièce mesure 3,25 pouces de diamètre avec un disque de 3/16 de pouce d'épaisseur et un moyeu intégral plus large, et elle ressemble à une lame de scie avec 12 dents autour de la circonférence. L'axe Y permet d'usiner 12 méplats autour de la circonférence de la lame. "Chaque plat est une simple coupe", explique M. Hattori. "Auparavant, nous avions besoin d'un centre d'usinage pour cette pièce, mais maintenant que je peux la découper complètement [en une seule configuration], un lot de 100 meules prend trois heures de moins à usiner."

Interpolation sur trois axes

Cette partie est un autre cas du diable dans les dentelures. Pour un fabricant local d'équipement médical, M. Hattori produit un support de 2 pouces de diamètre pour l'unité de contrôle d'un cathéter de cartographie électronique cardiaque. La moitié d'un joint articulé qui maintient la commande stable dans de nombreuses orientations, la pièce présente un long méplat le long de la ligne médiane où la moitié de la partie supérieure de la pièce est usinée. Ce plat forme la surface où les deux moitiés du joint se rencontrent et comprend un trou pour le pivot qui les relie. Autour de ce pivot se trouvent 30 dentelures en dents de scie. Permettant au joint de s'engrener et de se verrouiller dans plusieurs positions, les dentelures forment un motif de rayon de soleil symétrique avec le pivot au centre, et s'accouplent avec un motif similaire sur l'autre moitié de la charnière.

« Deux axes linéaires ne suffisent pas pour usiner cette fonction; vous devez en avoir trois », déclare M. Hattori. "Bien que les crêtes de dentelures se trouvent toutes dans le même plan, les trajectoires d'outils ne le sont pas. Nous utilisons une fraise en bout rectifiée sur mesure qui correspond à l'angle de l'auge entre deux dentelures, mais même avec cet outil, une trajectoire d'outil à deux axes peut Au lieu du pic pointu nécessaire jusqu'à la circonférence du motif, une trajectoire d'outil à deux axes produirait un pic en forme d'éventail, car l'espace entre les deux coupes deviendrait plus épais à mesure que le l'outil s'est éloigné du moyeu."

Pour résoudre ce problème, M. Hattori interpole selon trois axes pour effectuer chaque coupe. Le diamètre de l'outil sur mesure correspond approximativement à la taille de la distance crête à crête à la circonférence. Par conséquent, M. Hattori commence au moyeu - où l'outil ne coupe que sur sa pointe - et fait avancer l'outil en Y lorsqu'il se déplace vers l'extérieur le long du rayon du motif en X et Z. De cette façon, les dentelures usinées ont le même épaisseur de crête à la circonférence qu'au moyeu, et ils sont usinés en une seule passe. La partie charnière de support est également usinée dans la masse - en commençant par une barre d'aluminium. La durée totale du cycle est d'environ 12 minutes par pièce.

Contrairement au moulinet de pêche, la charnière de support faisait partie de l'écurie de travail de M. Hattori avant même qu'il n'achète le centre de tournage multi-usinage. Les pièces étaient à l'origine découpées sur un tour CNC et un centre d'usinage vertical. Pour produire le cône rond de la pièce, le tournage est venu en premier. "Le profil lisse a rendu l'installation fastidieuse sur le centre d'usinage vertical", explique M. Hattori. "Nous ne pouvions pas utiliser d'étau, nous avons donc dû le boulonner dans un montage personnalisé."

Maintenant, ce problème a disparu, car les mandrins du centre de tournage maintiennent la pièce à la fois pour le tournage et le fraisage. « Le temps de fraisage sur le SQT est le même que sur le centre d'usinage, mais maintenant personne n'a à boulonner et à déboulonner la pièce », explique M. Hattori. "C'est une grande différence. Avec cette seule amélioration, nous avons réduit le temps de cycle de la charnière de plus de 30 %."