Как адаптировать методы брокинга для мелкосерийного и заказного производства

Брохинг уже давно является процессом резки точных внутренних и внешних профилей, таких как клавиши, сплайны, серрации и квадратные отверстия. Метод опирается на специально разработанный инструмент, который линейно перемещается по заготовке, удаляя материал за один проход. Из-за его скорости и повторяемости, бросок традиционно был зарезервирован для больших объемов производства, где высокая стоимость оснастки и настройки может быть амортизирована по тысячам деталей. Однако современный производственный ландшафт требует гибкости. Рабочие магазины и контрактные производители все чаще сталкиваются с заказами на небольшие партии пробегов и пользовательских компонентов, которые требуют той же точности, что и серийные детали, но без роскоши бесконечных количеств деталей. Адаптация методов прокладки для этих сценариев не только возможна; это может быть конкурентным преимуществом. Переосмыслив инструменты, конфигурацию машины и планирование процесса, производители могут разблокировать эффективность прокладки для малообъемных, высокосмешанных сред.

Проблемы в мелкосерийном брошинге

Переход от крупносерийной к мелкосерийной прошивке представляет несколько препятствий. Наиболее непосредственным является стоимость одной детали. Традиционные прокладочные инструменты дороги, часто стоят тысячи долларов для проектирования и шлифования. В условиях большого объема эта стоимость распределена по десяткам тысяч деталей. В партии из 50 или 100 штук стоимость инструмента может сделать прокладку неэкономичной по сравнению с альтернативными методами, такими как проволочный EDM, фрезерование или прорезывание.

Время установки является еще одним серьезным барьером. Стандартные машины для прокладки требуют тщательного выравнивания инструмента, позиционирования крепления, а иногда и ручных изменений инструмента, которые могут занять часы. Для небольшой партии время установки может превышать фактическое время обработки, поднимая накладные расходы. Многие магазины не решаются связать специальную прокладку для одноразовой работы, когда эта машина может работать на заказе на производство большого объема.

Объединяя негибкость, мы сталкиваемся с проблемой. Обычные броши обычно являются пользовательским основанием для определенного размера профиля. Если следующая работа требует другой ширины ключа или геометрии сплина, весь инструмент должен быть заменен. Это делает традиционную брошь плохо подходящей для магазинов вакансий, которые часто видят изменения части.

Кроме того, , использование машины становится проблемой. Выделенные прошивочные прессы большие, дорогие и потребляют площадь пола. Если они простаивают между небольшими партиями, доходность инвестиций уменьшается. Многие магазины просто не имеют пропускной способности, чтобы оправдать такую машину. Тем не менее, они все еще нуждаются в возможности производить прошивку функции точно.

Наконец, существует разрыв в навыках . Опытные специалисты по прокладке, которые могут быстро настраивать и запускать небольшие партии, становятся редкими. По мере того, как ветераны уходят на пенсию, знания геометрии инструмента, скорости тяги и применения охлаждающей жидкости для различных материалов исчезают. Магазинам нужны методы, которые меньше полагаются на племенные знания и больше на повторяемые, программируемые процессы.

Адаптация методов брокинга для гибкости

Для решения этих задач требуется систематический подход к разработке инструментов, оборудования и процессов. Следующие адаптации оказались эффективными для мелкосерийных и индивидуальных операций по прошивке.

1.Модульные системы толлинга

Модульные прошивочные инструменты разбивают традиционную монолитную прокладку на взаимозаменяемые компоненты. Вместо одного кусочка HSS или карбида модульная система использует держатель инструмента со сменными вставками или секциями. Такой подход предлагает несколько преимуществ для небольших партий. Во-первых, начальная стоимость инструмента ниже, потому что нужно профилировать только режущие вставки. Держатель повторно используется во многих работах. Во-вторых, изменение профиля предполагает замену вставок, а не замену всей прокладки, что резко сокращает время переключения. В-третьих, модульные вставки можно индексировать или переделывать для восстановления резкости, продлевая срок службы инструмента даже для малообъемных пробегов.

Несколько производителей теперь предлагают модульные системы прошивки, предназначенные для машин с ЧПУ. Например, внутренние прокладки с индексируемыми карбидными вставками позволяют цеху запускать прокладку на вертикальном обрабатывающем центре, устраняя необходимость в специальном прокладочном прессе. Держатель инструмента крепится в шпиндель, а заготовка зажимается в крепеж на столе. Управление ЧПУ машины обрабатывает скорость прокладки корма и ход. Эта конфигурация идеально подходит для небольших партий, потому что та же машина может использоваться для фрезерования, сверления и прокладки без изменения удержания.

Другой вариант — это брошь в стиле картриджа, используемая в горизонтальных брошинговых машинах. Картриджи, содержащие участки профиля броши, можно заменить, чтобы изменить расстояние между зубами или окончательную форму. Для магазинов, которые поддерживают несколько стандартных размеров картриджей, из существующих компонентов можно собрать много одноразовых профилей.

2. Браконьерские машины с ЧПУ и адаптивное программирование

Выделенные брошинговые машины также эволюционировали. Современные брошинговые машины с ЧПУ включают программируемые оси для позиционирования инструмента, скорость тарана и длину хода. В отличие от старых гидравлических моделей, которые требовали жестких остановок и лимитных переключателей, эти машины могут быть перенастроены за считанные минуты через программу управления. Для небольших партий это игровой чейнджер. Одна брошинговая машина с ЧПУ может последовательно запускать широкий спектр деталей, при этом параметры каждой работы хранятся в памяти управления.

Адаптивные функции программирования, такие как мониторинг нагрузки и компенсация износа инструмента, позволяют машине регулировать усилие подачи в реальном времени. Эта возможность особенно ценна для небольших прогонов из смешанного материала. Работа может включать алюминиевую деталь с последующей титановой; ЧПУ может автоматически регулировать скорость и питание для поддержания согласованной поверхностной отделки и срока службы инструмента. Некоторые машины также позволяют в процессе измерения , где зонд измеряет прочерченную функцию и управление регулирует следующий проход, если это необходимо. Для небольших партий это снижает риск утилизации дорогих пользовательских деталей из-за смещения инструмента.

Обновление существующих буровых мельниц или VMC с помощью прокладки навесов является еще одним экономически эффективным способом. Эти навесы преобразуют линейное движение оси Z машины в тяговое или толкающее действие для инструмента прокладки. Они компактны и могут быть установлены или удалены по мере необходимости, сохраняя основную функцию машины для другой работы.

3. Альтернативные методы брокинга: ротационная, цепная и поверхностное брокирование

Не все прокладки требуют линейной оси машины. Ротари прокладка (также называется колебание прокладки) является методом, который формирует внутренние и внешние формы путем применения осевого давления, в то время как инструмент вращается под небольшим углом. Он часто выполняется на токарном станке с ЧПУ или поворотном центре, используя шпиндель с живым инструментом машины. Ротари прокладка исключительно быстрая настройка: держатель инструмента установлен в башне инструмента, а заготовка вращается в главном шпинделе. Весь цикл для шестиугольника или квадратного отверстия может занять всего несколько секунд. Для небольших партий деталей, которые уже вращаются, вращающаяся прокладка исключает отдельную операцию и связанные с ней затраты на обработку.

Цепная прошивка использует непрерывный цикл режущих элементов, приводимых в движение стрелками, похожий на цепную пилу. Этот метод является общим для прокладки поверхности большого объема, но на обрабатывающих центрах для более низких объемов развертываются более новые компактные блоки прокладки цепи. Преимущество заключается в том, что цепной инструмент может быть легко изменен путем разрыва и воссоединения звеньев, что позволяет запускать различные профили на одной и той же машине в последовательности.

Прокладка поверхности для плоских или контурных профилей также может быть адаптирована с использованием прокладки в фрезерных резцах . Пошаговая посадка в Z, стандартная конечная мельница или мельница для лица может имитировать прокладку. Хотя она медленнее, чем выделенная поверхность, этот метод позволяет магазину производить прорезанную отделку без какой-либо специальной оснастки — идеально подходит для одного прототипа или партии из 10 частей.

4. Оптимизированное рабочее время и быстро изменяющиеся приспособления

Для мелкосерийной прошивки время, затрачиваемое на зажим и разжим частей, является значительной частью общего цикла. Системы удержания на быстром изменении , такие как гидравлические визы, паллеты с нулевым зажимом и пневматические зажимы, могут сократить время установки от минут до секунд. При сочетании с модульными комплектами крепления , установка, которая ранее требовала пользовательских челюстей или выделенных пластин, может быть собрана из стандартных компонентов на лету.

Вакуумное удержание является еще одним вариантом для тонких или немагнитных деталей, которые нуждаются в прокладке. Вакуумные пластины могут удерживать сложные контуры без искажений, и они мгновенно высвобождаются при разрыве вакуума. Для пользовательских деталей, которые различаются по форме, сетчатая вакуумная система с уплотнительными прокладками обеспечивает гибкое решение.

Для внутренней прокладки на VMC заготовка часто зажимается в приспособлении, которое выравнивает ось ствола со шпинделем. Самоцентрирующиеся кольцевые приспособления или трехмоторные силовые выключатели , установленные на поворотном столе, позволяют проиндексировать деталь для нескольких прочерченных профилей в одной установке. Этот подход снижает управляемость и улучшает повторяемость местоположения.

5.Моделирование процессов и интеграция CAM

Программное обеспечение играет все большую роль в практическом применении мелкосерийной прокладки. CAM-модули для прокладки теперь доступны в ведущих пакетах, таких как Mastercam, GibbsCAM и Siemens NX. Эти модули позволяют программисту определять путь инструмента для прокладки операции так же, как они для фрезерования или поворота. Система CAM имитирует взаимодействие инструмента, проверяет на столкновение и оптимизирует скорость подачи, чтобы избежать болтовни или чрезмерной нагрузки.

Для токарной прокладки токарного станка с ЧПУ программное обеспечение CAM может автоматически генерировать правильную синхронизацию между ориентацией шпинделя и продвижением инструмента. Это устраняет настройку проб и ошибок и гарантирует, что проложенные функции соответствуют модели CAD на первой части. Моделирование процесса также проверяет, что деталь не будет двигаться под силами прокладки, предотвращая отход на дорогих пользовательских материалах.

Анализ конечных элементов (FEA) может использоваться в автономном режиме для прогнозирования отклонения инструмента и напряжения в заготовке. Для одноразовой прокладки в труднодоступном сплаве моделирование помогает выбрать правильную геометрию инструмента и параметры резки без потери материала в тестовых разрезах.

Ощутимые преимущества для производителей небольших сумок

Когда эти адаптации реализуются, преимущества выходят за рамки простого создания прошивки для небольших объемов. Сокращение времени установки напрямую приводит к снижению затрат на цитирование и более быстрым изменениям. Магазин вакансий может принять заказ на 20 прочерченных деталей и доставить в дни, а не недели.

Большая гибкость в части дизайна является еще одним преимуществом. Инженерам больше не нужно проектировать вокруг ограничений конкретного инструмента для броши. С модульной оснасткой и адаптивностью с ЧПУ изменение угла давления сплайна или ширины ключа можно сделать, выбрав другую вставку или редактируя программу. Это поощряет инновации и позволяет итеративное прототипирование без запретительных инвестиций в инструмент.

Точность прокладки остается непревзойденной для функций, которые требуют жестких допусков на параллелизм, концентриситет и отделку поверхности. Даже в небольших партиях прокладка может удерживать ± 0,0005 дюйма на внутренних диаметрах и сплайнах, превышая то, что обычно достигает фрезерование или EDM за одно и то же время цикла. Для медицинских имплантатов, аэрокосмических компонентов и высококачественных гидравлических фитингов эта точность не подлежит обсуждению.

Экономичность для малообъемных прогонов становится реальностью, когда модульное оснастка и удержание ЧПУ устраняют необходимость в специализированной фиксации.Общая стоимость одной детали для партии из 50 деталей с использованием этих адаптированных методов часто ниже, чем проводной EDM (который является медленным) или слотирование (которое оставляет плохую отделку и может потребовать вторичной операции).

Кроме того, качество и согласованность улучшаются, поскольку современные прошивочные насадки и элементы управления ЧПУ поддерживают один и тот же путь инструмента независимо от навыков оператора. Данные проверки первой части повторяемы; последующие части отражают первую.

Реальные приложения и истории успеха

Аэрокосмические мастерские являются одними из первых, кто начал использовать гибкую прокладку. Один магазин, специализирующийся на сплайнах на турбинных дисках, необходимых для производства партий от 10 до 30 дисков с различными корневыми формами. Переключаясь с обычной внутренней прокладки на машину с ЧПУ с модульной оснасткой, они сократили время установки с четырех часов до 30 минут и устранили 15 000 долларов США в индивидуальной оснастке на работу. Сплайны теперь работают без присмотра, и машина запрограммирована через CAM из модели CAD.

В промышленности гидравлического коллектора производители клапанов управления направлением часто требуют внутренних ключей в штоках от 1⁄4 дюйма до 2 дюймов. Контрактный производитель заменил свой специальный гидравлический прокладочный пресс VMC, оснащенный модульным прокладочным держателем. Изменение позволило им использовать одну и ту же машину для бурения, постукивания и противопотока коллектора, затем запрограммировать операцию прокладки в виде одного непрерывного движения. Размеры партии варьируются от 50 до 500 штук, а цикл прокладки занимает менее минуты на отверстие. Магазин сообщает о 40% снижении общей стоимости детали по сравнению с предыдущим методом аутсорсинга и осмотра.

Производители медицинских устройств часто обращаются к ротационной прокладке на токарных станках швейцарского типа. Возможность разрезать шестигранный или торс-привод в костном винте без вторичной операции экономит значительные затраты на обработку. Хотя каждая партия может составлять всего 200 штук, комбинированная экономия сокращенного труда и улучшенная концентричность оправдывают первоначальные инвестиции в ротационный прокладочный держатель.

Заключение

Брохинг больше не является исключительной областью производства больших объемов. С продуманной адаптацией - модульное оснастка, машины с ЧПУ, принятие альтернативных методов, гибкое удержание рабочего времени и планирование процессов на основе программного обеспечения - производители могут использовать скорость и точность прокладки для небольших партийных и пользовательских проектов. Ключ заключается в признании того, что старые правила амортизации инструментов не применяются, когда сам инструмент становится многоразовым и реконфигурируемым. По мере того, как технология станков продолжает развиваться, а системы CAM добавляют больше специфичных для прокладки функциональных возможностей, оставшиеся барьеры будут продолжать падать. Для магазинов рабочих мест и контрактных производителей, стремящихся дифференцироваться, инвестиции в адаптируемые возможности прокладки - это перспективный шаг, который окупается гибкостью, качеством и отзывчивостью клиентов.

Для получения дополнительной информации о модульных системах инструментов для прокладки, посетите руководство PMT Corporation. Чтобы изучить варианты прокладки с ЧПУ, см. статью SME о прокладке небольших участков . Практический обзор ротационной прокладки на токарных станках с ЧПУ можно найти в блоге Romer. Для более глубокого погружения в интеграцию CAM для прокладки, проконсультируйтесь с Особенность современного машинного магазина .