하나의 5축 프로세스, 10가지 자동화 요소

6-스테이션 팔레트 풀과 팔레트 로딩 시스템을 갖춘 Phoenix Proto의 새로운 5축 기계(비슷하게 장착된 3축 기계 중 하나도 마찬가지)를 관찰할 때 훈련받지 않은 사람의 눈에도 자동화가 분명합니다. 즉, 상점의 5축 프로세스를 구성하는 자동화의 다른 요소, 아마도 더 미묘한 요소가 있습니다. 사실, 공정이 공장의 알루미늄 몰드 구성요소에 필요한 공차와 표면 마감을 반복적으로 달성할 수 있도록 하는 동시에 최소한의 인간 개입으로 가공 정밀도와 처리량에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 고유한 변수를 조정하는 것은 이러한 요소입니다.

처리량에 대한 이 점은 중요합니다. 왜냐하면 미시간 주 센터빌에 있는 공장의 목표는 조립된 알루미늄 몰드를 3주 이내에 고객에게 제공하는 것이므로 품질 및 가공된 도구 구성 요소의 빠른 처리가 필수적이기 때문입니다.

회사 사장인 Bob Lammon은 알루미늄이 프로토타입 및 "브리지" 툴링(강철 생산 툴링이 완료되기를 기다리는 동안 회사에서 신제품용 플라스틱 부품 사출 성형을 시작할 수 있도록 일시적으로 사용하는 금형)을 제조하는 데 계속해서 일반적으로 사용된다고 말했습니다. 그러나 그는 전통적인 강철 금형 대신 생산에 사용되는 알루미늄 금형에 대한 관심이 증가하고 있음을 보고 있습니다.

"사출 성형 부품의 형상과 수지에 따라 코팅되지 않은 알루미늄 몰드에서 50,000샷을 얻을 수 있습니다"라고 Lammon은 설명합니다. “어떤 경우에는 생산 요구 사항을 지원하기에 충분할 수 있습니다. 그러나 우리가 사용하는 Nibore 하드-니켈 코팅 공정과 같은 기술을 통해 알루미늄 몰드를 54HRC로 경화함으로써 비연마성 수지의 경우 100만 회 이상, 연마 유리 충전 수지의 경우 250,000회 이상을 얻을 수 있습니다. .”

공장에서 생산하는 금형의 응용 분야는 가전 제품, 자동차, 소비자, 의료 및 총기 산업을 위한 부품을 포함하여 광범위합니다. 이로 인해 머시닝 영역에서 단기간에 수용해야 하는 금형 크기, 기능 및 형상이 많이 혼합됩니다. Lammon 씨는 가장 복잡한 금형 구성요소에 대해 장기간 무인/소등 생산을 기록하기 위해 고속 5축 가공 공정을 자동화하는 것이 자연스러운 해결책인 것 같다고 말합니다. 최근에 Michigan 매장을 방문했을 때 알게 된 사실입니다.

자동화 추가

Phoenix Proto에는 3개의 고속 기계와 3개의 기존 CNC 기계가 있습니다. 이 공장이 추가한 첫 번째 자동화 머시닝 센터는 2012년에 구입한 Roeders RXP500 3축 기계였습니다. 이 42,000rpm, 선형 모터 기계에는 6 스테이션 팔레트 풀이 있는 RCE 1 팔레트 교환 시스템이 있습니다. 이제 주로 몰드 베이스 및 캐비티 블록과 같은 부품 가공에 사용됩니다.

오늘날 금형 캐비티와 코어의 거의 모든 가공은 더 큰 RCE 2 팔레트 교환 시스템을 갖춘 새로운 5축 Roeders RXP601DSH에서 수행됩니다. 이 공장의 최초이자 (적어도 현재로서는) 유일한 5축 기계인 이 기계는 2016년 초에 설치되었습니다. 고속 3축 Roeders와 마찬가지로 42,000rpm 스핀들 및 선형 모터 드라이브도 있습니다. 1나노미터 분해능으로 선형 모터는 2,362ipm의 빠른 이송 속도를 가능하게 하는 빠른 이동의 핵심입니다. 또한 볼스크류보다 마찰이 적어 전력 소비가 낮습니다.

21.3 x 25 x 15.7인치 가공 범위와 440파운드의 최대 공작물 무게를 가진 5축 기계는 ±115도 범위의 A축 회전이 있는 트러니언 스타일 디자인이 특징입니다. 다른 회전 운동은 트러니언의 C축 플래터에 의해 제공됩니다. Roeders of America의 사장인 Matt Byers에 따르면 스핀들이 회전축 움직임을 제공하지 않는 트러니언 설계는 중절삭을 가능하게 하는 대체 5축 기계 플랫폼보다 더 단단한 경향이 있습니다. 또한 공작물의 낮은 무게 중심은 관성력을 낮게 유지하여 고속 동작 중에 기울어지거나 기울어지는 효과를 완화합니다.

Byers는 또한 기계의 독점 제어 기술이 Phoenix Proto가 수행하는 고속 밀링 유형에 이점을 제공한다고 믿습니다. 효과적인 고속 밀링을 용이하게 하는 두 가지 중요한 매개변수는 예측 및 블록 처리 속도입니다. 기계의 PC 기반 RMS6 CNC는 10,000블록 예측 및 0.1밀리초의 블록 처리 속도를 제공합니다.

고속 가공 기술을 사용하는 기계의 빠른 사이클 시간으로 인해 가능한 높은 처리량은 이 프로세스에 통합된 모든 자동화 요소로 보완됩니다. 다음은 방문 중에 발견한 10가지 자동화 요소입니다.

1. 적재 시스템 및 팔레트 풀

5축 기계의 RCE 2 자동 팔레트 교환 시스템에는 6개 스테이션 팔레트 풀이 있지만, 때때로 공장에서 팔레트에 두 개 이상의 부품을 고정하기도 합니다. 각 팔레트의 크기는 23.6 x 15.7인치입니다.

Phoenix Proto의 요청에 따라 로딩 시스템의 그리퍼가 수정되었습니다. 원래 팔레트의 가장자리에서 돌출된 부분이 있을 수 없었습니다. 그리퍼가 팔레트 바닥에서 픽업되도록 수정함으로써 시스템은 이제 더 큰 공작물을 로드할 수 있습니다. 이제 부품 크기는 로더가 아닌 기계 용량에 의해서만 제한됩니다.

상점은 Roeders의 작업 관리 소프트웨어를 사용하여 작업을 예약하고 관리합니다. 긴 시간을 야간과 주말로 예약하려고 하며 현재 주 5일 12시간 교대로 운영되고 있습니다. 또는 시스템이 자체적으로 바쁘게 유지될 수 있도록 설정된 단기 실행 작업이 충분히 있는지 확인합니다.

2. 기계

5축 가공은 그 자체로 자동화의 한 형태입니다. 5축 프로세스에는 윤곽 및 위치 지정("3+2"라고도 함)의 두 가지 유형이 있습니다. Phoenix Proto는 75%의 시간 동안 이 기계에서 3+2 포지셔닝을 수행합니다. 이를 위해 기계는 두 개의 추가 로터리 축을 사용하여 공작물을 각도로 기울인 다음 해당 위치에 잠급니다. 그런 다음 해당 방향에서 3축 작업에 해당하는 작업을 수행합니다. 한 가지 장점은 하나의 고정 장치에서 부품의 5개 측면에 대한 도구 액세스를 제공한다는 것입니다. 이렇게 하면 설정 수, 부품이 실행되어야 하는 기계 수, 따라서 생산 중 부품이 "접촉"되는 횟수(즉, "자동화")가 최소화됩니다.

3+2를 통한 부품 틸팅 기능을 통해 도구가 부품 깊숙이 도달하여 깊은 리브와 같은 까다로운 금형 형상을 생성할 수 있습니다. 어떤 경우에는 이로 인해 2차 싱커 EDM 작업과 전극을 가공해야 하는 관련 필요성이 제거되었습니다. 또한 사용된 열박음 공구 홀더는 추가 여유 공간을 제공하기 위해 콜릿 스타일 디자인보다 직경이 더 작습니다.

3+2를 사용하면 더 짧고 단단한 커터도 사용할 수 있습니다. 더 긴 도구가 필요한 경우 발생할 수 있는 진동이나 떨림의 위험 없이 짧은 도구를 사용하여 더 빠르고 공격적인 절단을 수행할 수 있습니다. 진동과 떨림으로 인해 표면 마감이 좋지 않을 수 있으며, Phoenix Proto의 경우 고품질 마감을 달성하기 위해 금형 구성 요소에 대한 수동 벤치 작업이나 2차 EDM 작업이 필요하여 전체 생산 시간이 연장됩니다. 또한 볼 엔드밀의 공구 수명 향상을 실현할 수 있습니다. 부품을 다른 각도로 기울일 때 팁뿐만 아니라 더 많은 공구 반경을 사용할 수 있기 때문입니다. 팁(회전 속도가 0인 지점)이 아닌 반경의 다른 영역에서 가공하면 더 나은 표면 조도를 얻을 수 있습니다.

3. 터치 트리거 프로빙

새 부품이 기계에 로드되면 터치 트리거 프로브가 있는 자동 프로빙 루틴이 부품 또는 워크홀딩 장치의 여러 지점 위치를 식별하여 기계에서 부품의 정확한 위치를 설정합니다. 그러면 기계의 CNC가 기본 작업 좌표계를 자동으로 조정하여 일치시킵니다. 이렇게 하면 기계의 좌표계와 완벽하게 일치하도록 부품을 수평으로 맞추고 정렬하는 데 필요한 수동 shimming, 부품 넛지 및 기타 시간 소모적인 작업이 필요하지 않습니다.

4. 자동 보정 주기

5축 기계의 베이스, 레일, 캐리지 등에 다양한 냉각 채널이 있으므로 이러한 구성 요소는 내부 열원으로 인해 팽창하지 않습니다. 그러나 상점 내부의 주변 온도 변동(예:하루 시작부터 하루가 끝날 때까지)에 적응하기 위해 터치 트리거 프로브를 사용한 자동 보정 주기를 수행할 수 있습니다.

Roeders 교정 주기는 대부분의 다른 공작 기계 제조업체의 프로세스와 다르게 수행된다고 Byers는 설명합니다. 그는 이러한 사이클이 일반적으로 현재 기계에 로드된 팔레트를 제거하고 툴링 볼이 있는 다른 팔레트로 교체해야 한다고 말합니다. 그런 다음 이 볼을 조사하여 주변 작업장 온도의 변화로 인해 해당 위치에서 얼마나 많은 변화가 발생했는지 확인합니다. 반대로 Roeders 사이클에서는 공작물이 있는 기존 팔레트를 제거할 필요가 없습니다. 이 기계의 트러니언 암 주조 및 C축 모터 주조에 정밀 연마 프리즘이 있어 위치 변경을 확인하고 필요한 경우 이러한 변경을 자동으로 보정합니다. Phoenix Proto는 문제가 발견되지 않는 한 한 달에 한 번 이 보정 루틴을 수행하며 때로는 중요한 마무리 통과 전에 수행합니다.

5. 스핀들 성장 보상

Byers 씨는 일부 공작 기계 제조업체가 고객에게 배송하기 전에 각 기계에 대한 알고리즘을 만들어 다양한 속도와 실행 시간에서 스핀들이 얼마나 확장되는지 대략적으로 계산한다고 말합니다. 그러나 그는 고객이 매일 기계를 사용하는 다양한 방법을 모두 설명하는 것은 본질적으로 불가능하다고 말합니다. Phoenix Proto의 5축 기계에는 실시간으로 스핀들 확장(또는 수축)에 적응할 수 있는 자동 스핀들 보정 시스템(옵션)이 있습니다. 이 시스템은 스핀들 면 근처에 위치한 L자형 암에 부착된 비접촉 센서를 사용합니다(위 슬라이드 쇼의 사진 참조). 나노미터 분해능의 센서는 작동 중에 스핀들이 얼마나 팽창하거나 수축하는지 감지하고 해당 정보를 CNC에 다시 공급하여 Z축을 위아래로 조정하여 보정합니다. 이는 5축 작업에서 특히 중요합니다. 부품이 기울어지면 스핀들 성장이 Z뿐만 아니라 3개의 선형 축 모두에서 툴팁 위치에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 자동 보정은 우수하고 일관된 표면 조도 및 블렌드를 보장하는 데 도움이 됩니다.

6. 기계 내 레이저 도구 설정

각 공구 교체 후 새 공구의 길이와 직경은 기계 내 Blum 레이저 공구 세팅 프로브를 사용하여 자동으로 측정됩니다. (레이저 프로브와 터치 프로브의 보정 공구 볼은 칩과 절삭유로부터 보호되도록 공구 교환기의 가공 영역 외부에 있습니다.) 상점에서는 각 공구 직경에 대한 공차 대역을 지정합니다. 프로브가 공구 직경이 허용 오차를 벗어났음을 감지하면 해당 공구를 사용하여 가공을 수행할 수 없습니다. 예를 들어 0.250인치 볼 엔드밀이 ±0.0002가 너무 크거나 너무 작으면 사용되지 않습니다. 이는 커터의 길이에도 적용됩니다.

이에 앞서 레이저는 교체 중인 공구가 파손되었는지 확인합니다. 도구가 고장났지만 팔레트 풀에 대기 중인 후속 작업에 사용되도록 예약된 경우 해당 작업의 생산을 중지하지 않습니다. "예를 들어, ATC 위치 5에 있는 도구가 파손된 것으로 확인되면 기계는 해당 도구가 파손된 부품을 제거하고 다음 예약 작업을 로드하고 스테이션 5에 있는 도구가 파손된 단계에 도달할 때까지 해당 작업을 실행합니다. 사용될 것입니다.”라고 회사 운영 이사이자 5축 기계를 프로그래밍하고 설정하는 두 사람 중 한 명인 Mr. Lammon의 아들 Scott이 설명합니다. “그런 다음 기계는 해당 부품을 제거하고 대기열의 다음 작업으로 이동합니다. 이 프로세스는 로드된 각 작업에 대해 계속됩니다.”

7. 냉각수 노즐 조정

수동으로 위치를 지정해야 하는 기존의 유연한 냉각수 노즐만 사용하는 대신 5축 기계에는 공구 길이에 관계없이 절삭 지점으로 냉각수 흐름 방향을 자동으로 조정하는 냉각수 전달 시스템이 있습니다. 노즐의 방향은 스핀들에 설치된 다음 도구의 알려진 길이를 기반으로 M 코드를 통해 조정됩니다.

8. 자동 기울기 프로그래밍 기능

Chris Claar는 Phoenix Proto의 엔지니어링 관리자로 5축 기계를 프로그래밍하고 설정합니다. 그는 2010년에 매장에서 이전 CAD/CAM 소프트웨어와 Cimatron 소프트웨어를 비교하는 시간 연구를 수행했다고 말합니다. "다른 소프트웨어에 비해 프로그래밍 시간이 30% 절약된 연구 결과가 나온 후 Cimatron으로 전환했습니다."라고 Claar가 설명합니다. “우리가 높이 평가하는 시간 절약 기능 중 하나는 5축 자동 기울기 기능입니다. 소프트웨어에서 3D 모델링된 공작물, 고정 장치 및 툴링뿐 아니라 모든 기계 구성 요소가 있기 때문에 자동 틸트 기능은 커터 또는 툴 홀더가 부품에 닿는 깊이를 결정한 다음 부품을 자동으로 기울여 방지할 수 있습니다. 충돌하고 작업을 계속할 수 있습니다." 또한 소프트웨어는 이러한 3D 모델을 사용하여 프로그래머가 가공 작업의 오프라인 시뮬레이션을 수행하여 잠재적 충돌을 감지할 수 있도록 합니다.

9. 구문 검사

프로그래머는 각 프로그램에 대해 Cimatron에서 오프라인 시뮬레이션을 실행하는 것 외에도 Roeders 컨트롤의 구문 검사 기능을 사용하여 해당 작업이 예약되기 전에 오류를 식별하기 위해 프로그램과 후처리기를 자동으로 교정합니다.

10. 프로그램 재시작

프로그램 도중에 기계를 정지시킬 필요가 있다면 프로그래머가 수동으로 게시된 프로그램에 들어가서 기계가 정지된 줄 번호를 검색한 다음 그 위의 모든 코드를 지울 필요가 없습니다 따라서 중단되었던 적절한 위치에서 다시 시작됩니다. Roeders 제어를 사용하면 작업자가 명령 파일에 행 번호를 입력하기만 하면 자동으로 프로그램을 읽고 거기에서 다시 시작합니다.

자동화 안심

Phoenix Proto의 무인 가공 전략에 많은 생각이 들었지만 예기치 않은 일이 발생할 수 있음을 깨달았습니다. 이것이 3축 및 5축 Roeders 기계가 모두 오류 메시지와 함께 문자 또는 이메일 경고를 보내도록 설정된 이유입니다. Roeders의 서비스 기술자가 원격 기계 진단을 수행하여 구성 요소를 교체해야 하는지, 드라이브에 교체가 필요한지 알 수 있는 것처럼 온라인 "Team Viewer" 소프트웨어를 통해 기계 제어 장치에 원격으로 로그인할 수도 있습니다. 조정 등이 있습니다. (실제로 드라이브 튜닝은 이 소프트웨어를 사용하여 원격으로 수행할 수 있다고 Byers씨는 말합니다.)

즉, 상점에는 다른 옵션이 있습니다. 두 대의 Roeders 기계 사이의 천장에 카메라를 달아 프로그래머가 휴대폰을 통해 액세스하여 상황을 볼 수 있도록 했습니다(이 페이지 상단의 슬라이드쇼 사진 참조). 카메라를 패닝하고 기계 또는 CNC 화면을 확대하여 현재 실행 중인 작업의 상태를 보고 들을 수 있습니다. "지금처럼 바쁘지만, 다운 기계가 우리 일정에 주름을 줄 수 있기 때문에 밤에 특정 시간에 전화로 체크인합니다."라고 Claar는 말합니다. "기계 앞에 서 있는 것 같아요."