Near-Net-Shape Turning은 더 간단한 자동화로 가는 길을 이끕니다

NNS(Near-net-shape) 선삭은 20년 동안 제조 주류로 자리 잡은 추세입니다. 이 아이디어는 현재 제조 분야의 거의 모든 사람들이 이해하고 있습니다. 기본적으로 NNS 선삭은 최종 치수에 가깝게 성형되거나 주조된 부품을 선삭하는 것을 의미합니다. 이 방법의 의미는 기계, 도구 및 프로세스가 새로운 개발 및 아이디어를 통합함에 따라 계속해서 펼쳐집니다.

대부분의 NNS 선삭에는 부품의 매우 적은 수의 형상을 가공하는 작업이 포함됩니다. 종종 하나 또는 두 개, 드물게 세 개 이상. NNS 선삭은 일반적인 부품이 종종 얇게 절단되거나 고정 또는 측정 데이텀 없이 주조 또는 성형되기 때문에 종종 척킹(chucking) 어려움을 야기합니다. 일반적인 NNS 선삭 작업은 최종 마무리 작업이기 때문에 일반적으로 고정밀 선삭, 보링 또는 페이싱의 범주에 속한다고 덧붙일 수 있습니다.

그러나 NNS 선삭의 가장 중요한 의미는 이것이 자동화 추세에 영향을 미친 방식입니다. 칩 제조 시간이 전체 사이클 시간에서 차지하는 비중이 줄어들면 작업 처리 및 공구 교환이 효율성 향상의 주요 장애물이 됩니다. NNS 선삭은 NNS 선삭 자체를 넘어 확장된 가장 단순한 작업 처리 및 도구 변경 추세와 잘 어울리도록 진화했으며, 복잡성이 제조 효율성과 전반적인 비용 효율성에 얼마나 좋은지에 대한 기존의 통념에 도전했습니다.

빠른 부품 반입 및 반출

Bearing Technologies, Inc., Div.의 운영 관리자인 Dan Kruse는 "우리의 임무는 최대한 신속하고 일관되게 기계에 부품을 넣고 빼는 것입니다."라고 말합니다. MB Mfg.(Benton Harbour, Michigan). 그는 4118 강철 튜빙의 길이에 맞게 절단된 부분으로 가공하여 자신의 회사에서 만드는 베어링의 레이스를 언급하고 있습니다. 작업은 거의 그물 모양에 가까운 작업에 불과하지만(절삭 공구의 최대 3번의 패스에서 최대 0.080인치의 스톡이 제거되기 때문에) NNS 선삭이 육성한 자동화 기술과 전반적인 프로세스 접근 방식을 사용합니다.

Bearing Technologies는 선형 갠트리 유형 전송 시스템을 통해 하나의 셀에 연결된 두 개의 4축 갱 툴링 기계를 사용하고 있습니다. 이 셀의 기계는 NNS 선삭이 생산 선삭 기계 설계에 미친 영향을 반영합니다. 작고 밀접하게 결합되어 있으며 두 개의 크로스 슬라이드 장착("갱") 툴링 블록 각각에 하나 또는 두 개의 툴만 사용할 수 있는 이 Wasino SS-8 기계는 몇 개의 가공만 필요한 더 작은 부품을 선삭하는 데 중점을 둡니다. 기능.

인덱싱할 터렛이 없으므로 도구 교체가 빠릅니다. 마찬가지로 4축 2공구 동시 절단으로 절단 시간이 최소화됩니다. 그러나 부품의 짧은 30~40초 주기 시간 중 15%만이 작업 처리와 관련됩니다. 로드 및 언로드 시간은 최신 기술이 허용하는 한 압축되었습니다.

Bearing Technologies는 빠르고 간단한 로딩 및 언로딩의 극단적인 예를 사용하고 있습니다. 중력 공급 슈트 시스템은 부품을 하나의 직선과 하나의 핸들링 동작으로 공급합니다. 링 또는 디스크 모양의 부품에만 적합하지만 NNS 작업 처리에 표시된 목표에 맞습니다. 슈트 시스템은 가능한 한 적은 기계적 움직임을 사용하며 가장 짧은 실제 경로로 로드됩니다.

이 회사는 이전에 보다 전통적인 로더가 장착된 2축 선삭 기계로 작업을 수행했습니다. 그들의 절단 시간은 새로운 4축 기계보다 25% 더 길었습니다. 그러나 가장 큰 차이점은 작업 처리에 있습니다. 중력식 로더로 전환하기 전 총 사이클 시간은 약 3배 더 길었습니다.

그라인더와 같은 공차

많은 NNS 응용 프로그램은 종종 연삭 작업을 대체하고 모든 회전을 단일 단계로 수행하거나 부품의 양쪽 끝을 회전시키는 셀을 단일 패스로 수행하여 기계 정확도를 극한까지 끌어 올립니다. 하드 터닝 작업은 종종 이 범주에 속합니다. 분말 금속(PM) 기어, 부싱 및 기타 소형 부품의 경우 하드 터닝은 연삭의 심각한 경쟁자가 되었습니다. 이 작업 클래스는 NNS 터닝의 하위 범주로 생각할 수 있으며 작업 처리 효율성과 정확성에 대해 동일한 요구를 합니다.

또한 기계 강성과 공구 엔지니어링을 중시합니다. 세라믹은 경강성 선삭 가공에 사용되지만 다결정질 입방정계 질화붕소(PCBN) 공구의 도입으로 경성 선삭 가공이 주류가 되었습니다. 이 도구는 모서리 준비에 세심한 주의를 기울이는 한 장기간 지속되며 뛰어난 마모 일관성을 제공합니다.

하드 또는 소프트 정밀 NNS 터닝은 일반적으로 추가 애플리케이션 개발이 필요합니다. 공구 설정 및 공구 재료는 더 부드러운 부품과 단단한 부품에 매우 중요합니다. 긴 작업은 높은 정확도 및 미세한 표면 조도 요구 사항과 결합됩니다. 그리고 이러한 많은 부품에는 특별한 고정 또는 척킹 요구 사항이 있습니다.

잔디 장비용 소형 피스톤 가공은 NNS 터닝의 특별한 특성을 잘 보여줍니다. 쉽게 접근할 수 있는 데이텀이 없는 얇은 섹션으로 정밀 다이 캐스트된 이 부품은 정확하게 척킹하기 어렵고 쉽게 왜곡되는 경향이 있습니다. 그럼에도 불구하고 피스톤 스커트를 ±5천만분의 1인치(0.000050)인치까지 돌릴 수 있습니다.

경량은 소형 피스톤의 핵심 목표이며 정밀 다이캐스팅에 자연스럽게 적용되었습니다. 그러나 주조 공정은 부품 내부에 척킹(chucking)을 위한 기능을 생성하지 않습니다. 전체 외경을 따라 가공해야 하며 스핀들 축 방향의 유일한 기준은 피스톤 돔 또는 크라운 내부입니다.

따라서 터닝은 크라운 끝단에서 마무리 가공된 외경이 동심도를 잃지 않고 스커트에서 계속되어야 하는 양단 가공 작업입니다. 얇고 쉽게 왜곡되는 스커트 벽은 이 작업을 더 어렵게 만듭니다.

그 해답은 대량 생산을 위한 섬세하고 정밀한 에어 척과 제자리 회전식 죠(하드 죠)의 조합입니다. 최대 라인 압력 60~70psi에서 작동하는 에어 척을 사용하면 이러한 많은 얇은 단면 NNS 척킹 문제를 해결할 수 있습니다. 그들은 아마도 30psi에서 최대 70psi에 이르는 광범위한 공기 압력에서 정확하게 척을 하는 경향이 있습니다. 매끄러운 죠가 있더라도 알루미늄 피스톤과 같이 회전력이 낮으면 부품을 적절하게 잡을 수 있습니다.

그러나 얇은 부분의 부품을 정확하게 척킹하는 것보다 정확성을 유지하는 것이 더 중요합니다. 피스톤은 얇은 부분으로 인해 또 다른 잠재적인 문제가 있습니다. 동일한 기계 셀의 통합 머시닝 센터에서 가공하는 손목 핀 구멍은 벽이 얇은 보스에 있습니다. 이들은 첫 번째 회전 단계에서 빠르게 가열된 다음 냉각되면서 닫히며 피스톤 외부 직경이 0.00015~0.00020인치만큼 팽창 및 수축합니다. 일부 NNS 응용 프로그램에서는 이러한 열 왜곡을 처리하기가 매우 어렵습니다.

NNS 부품의 유연성과 열 민감성은 더 나은 척킹 솔루션의 개발을 계속 추진하고 있습니다. 기계에 척 조를 정삭하는 것이 표준 관행이 되었습니다. 또한 사용 중에 겪을 수 있는 구부림을 보상하기 위해 이러한 죠를 테이퍼-보어링하는 것이 일반적입니다. 경화된 턱의 뿌리는 끝보다 직경이 0.0005인치에서 0.001인치 더 크게 가공하는 것이 좋습니다.

가벼운 압력을 사용하는 경우 최대 접촉 면적을 위한 Jaw 설계가 필요합니다. 그런 경우에도 절삭력이 죠의 파지력을 초과하여 부품이 미끄러질 수 있습니다. 이 점에서 일반적인 정사각형 톱니 모양은 별로 도움이 되지 않지만 각 응용 분야에 맞게 맞춤 가공된 날카로운 톱니 모양의 턱으로 좋은 성공을 거둔 것으로 보고됩니다. 이들을 만드는 가장 실용적인 방법은 회전식 인서트를 스핀들 축을 따라 톱니 모양의 단일 원통형 조각으로 만든 다음 톱으로 절단하여 각 개별 턱에 대한 인서트를 분리하는 것입니다.

톱니 모양은 실제로 부품에 미세한 자국을 남기므로 모든 척킹 문제를 해결하지는 못합니다. 그러나 그들은 매우 어려운 몇 가지를 해결했습니다. 다이 캐스트, 390 등급 알루미늄 부싱 선삭, 부드러운 죠로 척킹을 하는 한 응용 분야에서는 미끄러짐을 방지하는 데 필요한 죠 압력과 외부의 일관되지 않은 파팅 라인으로 인해 진원도가 0.0001~0.0003인치 변화했습니다. 다이 캐스팅의 직경. 톱니 모양의 죠를 사용하면 압력이 증가할 수 있으며 여전히 0.000030 ~ 0.000050인치(0.000030~0.000050) 이내로 진원도를 개선할 수 있습니다.

경화된 부품은 더 큰 척킹 어려움을 나타냅니다. 절삭력이 다소 높기 때문에 미끄러짐이 문제입니다. 그리고 이러한 부품들 중 많은 부분, 특히 기어는 어떤 단순한 기하학적 표면에도 고정될 수 없습니다.

기어의 피치 라인을 척킹하는 것은 이론적으로 이상적입니다. 왜냐하면 그것이 가공되는 위치 보어 또는 부싱(일반적으로 그렇습니다)인 경우 조용하고 부드러운 작동을 위해 피치 라인에서 완성된 기어가 작동하기를 원하기 때문입니다. 베벨 기어 또는 플랫 페이스 기어에서 피치 라인은 척킹 표면이 거의 명확하지 않습니다. 사실, 당신은 그것을 볼 수 없습니다. 기어의 톱니 어딘가에 위치한 이론적인 원입니다.

우리는 피치 라인 척킹 픽스처를 사용하여 이 골치 아픈 문제를 해결했습니다. 이것은 척에 장착되고 공작물과 짝을 이루는 경화된 EDMed "기어" 면으로, 부품이 피치 라인과 동심원으로 작동하도록 합니다. 작업물이 고정 장치와 접촉하면 두 개의 기어 모양이 자연스럽게 간섭이 가장 적은 원에서 짝을 이루며, 다행히도 피치 라인 자체가 됩니다.

Black &Decker's Easton, Maryland 공장에 있는 고용량 베벨 기어 애플리케이션은 몇 년 동안 이 설정을 대량 생산으로 실행해 왔습니다. 경화되고 구리가 침투된 PM 부품은 PCBN 도구를 사용하여 갱 공구 선삭 기계에서 마주보고 구멍을 뚫습니다. 피치 라인 고정 장치는 부품과 고정 장치의 충돌을 피하기 위해 로드될 때 부품의 인덱싱이 필요합니다. 이 팁은 자동화된 NNS 선삭의 다음 큰 문제인 작업 처리 시스템을 발생시킵니다.

NNS 터닝을 위한 작업 처리

NNS 선삭에 대한 작업 처리는 사이클 시간이 의존하기 때문에 신속해야 합니다. 기어 로딩 응용 프로그램은 고정 장치와 짝을 이루기 위해 기어 톱니의 방향을 지정하는 것과 같은 까다로운 작업을 수용하기 위해 다용도로 사용되어야 한다고 제안합니다. NNS 선삭의 더 놀라운 발전 중 하나는 빠르고 다양한 로딩/언로딩 시스템으로, 단순하고 공작 기계에 포함되어 있으며 표준 CNC로 제어하기 쉽습니다. 이상적으로는 동일한 CNC가 실행됩니다. 터닝 머신.

이것은 "자체 포함된 자동화"이며 정의가 필요합니다. 다음은 전형적인 현대식 NNS 터닝 머신의 구성입니다. 몇 가지 기능만 가공되기 때문에 갱 툴링됩니다. 갱 툴링은 절삭 공구와 머신 베드 사이의 기계적 결합을 긴밀하게 만듭니다. 이를 통해 터렛 부싱이나 인덱싱 기어 없이 견고하고 본질적으로 정확하게 제작하기가 더 쉽습니다.

갠트리 형 로더는 기계의 상단에 구축되어 기계의 베드에 직접 부착됩니다. 작업 그리퍼의 경로는 공작 기계 자체와 통합된 작업 스테이징 캐러셀에서 직선을 따라 엄격하게 이어집니다. 그리퍼 헤드는 머신 베드의 길이를 따라 이동하고 끝 부분에서 위아래로 직선으로 이동하여 캐러셀과 척에서 부품을 선택하고 배치합니다.

현재의 갠트리 로더는 프로그래밍 가능한 드라이브와 척 모양의 그리퍼를 사용하며 부드러운 턱이 있습니다. 따라서 부품 교체가 빠릅니다. 로딩 및 언로딩 동작이 적고 이동에 한 번에 하나의 축만 포함되기 때문에 프로그램이 짧습니다. 공작 기계의 CNC에 저장하고 제어할 수 있습니다.

이것은 본질적으로 정확하고 매우 컴팩트한 패키지이며 여러 기계 셀을 쉽게 조립할 수 있는 모듈식 패키지입니다. 갠트리 로더는 동일한 단순 선형 경로 라인을 따라 구축된 중간 이송 시스템을 공급하여 기계 간에 부품을 교환할 수 있습니다.

그 기어 적용으로 돌아가서:부품의 방향이 필요하지만 그리퍼는 척과 비슷하고 회전 목마에서 부품을 픽업하는 방법에 대해 무차별적입니다. 어떻게 방향을 잡는가? 중간 스테이션에서 일시 중지하여 광선을 사용하여 톱니가 있는 위치를 알려주는 회전 고정 장치에 부품을 떨어뜨린 다음 충돌을 피하기 위해 필요에 따라 기어를 회전합니다. 그런 다음 그리퍼는 부품을 다시 집어 들고 척으로 계속 이동합니다.

따라서 우리가 설명한 갠트리 시스템은 단순하지만 단순하지 않습니다. 프로그래밍 가능성 덕분에 부품으로 추가 작업을 수행할 수 있습니다. 그것을 지향하는 것은 그러한 작업 중 하나입니다. 이를 측정하는 것은 온라인 SPC 응용 프로그램에 대한 또 다른 것입니다.

그물에 가까운 선삭은 정확성과 신속성을 중시하며 일반적인 NNS 부품의 특성으로 인해 간단한 도구 취급 및 작업 처리가 가능합니다. 이러한 시장 수요를 충족하기 위해 진화한 자동화 터닝 센터는 단순하지 않으면서도 단순합니다. 즉, 측정 및 부품 방향을 포함한 특수 작업을 위해 프로그래밍할 수 있습니다.

실제로 이러한 자동화된 터닝 센터는 사전 패키지된 자동화입니다. 설정이 빠르고, 극도의 정확도를 생성할 수 있으며, 다용도로 사용되며 거의 그물 모양에 가까운 선삭 가공 외에도 다른 많은 가공 응용 분야에서 더 나은 자동화를 제공합니다.