ターンミルは回転する必要がありますか?

LeanWerks は、切削工具とワーク保持を組み合わせたプロセスを開発しましたまた、ターンミルがこのインベストメント鋳造部品の 5 つの側面を 1 回のセットアップで機械加工できるようにする部品プロービング技術。写真クレジット:LeanWerks

数年前、油田のビジネス状況が悪化したため、ユタ州オグデンのリーンワークスは、よりバランスの取れた顧客基盤と安定したワークフローを確立するために、他の業界 (航空宇宙や高速オートメーションなど) での仕事を追求するようになりました。現在、AS9100C 航空宇宙規格に登録されている契約工場は、既存の機械加工能力の一部を、これらの新しい産業で遭遇する機械加工作業により適したものにするための調整も開始しました。

社長兼共同創設者であるリード・リーランドは、その一例を挙げています。それは、ジェットエンジンの燃料フィルターハウジング用のアルミニウムインベストメント鋳造です。 LeanWerks がこの仕事を紹介されるまでに、同社の航空宇宙鋳造所の顧客は、社内の機械加工プロセス、つまり生産速度が遅かったため、納期が 1 年近く遅れていました。その結果、このハウジングが取り付けられているジェット エンジンの OEM である顧客は我慢できなくなり、この作業の遅れによって生じたバックログは、他の顧客を失望させていました。そのため、社内の機械加工リソースの負荷を軽減するために、鋳造所は LeanWerks に連絡を取り、それらの鋳造品の機械加工を引き受けることを検討しました。

多くのエンジニアは、他の鋳造プロセスと比較して優れた寸法精度を備えた複雑な形状を提供するため、部品設計にインベストメント鋳造を指定していますが、これらのコンポーネントは、高性能アセンブリで正確な適合と機能を実現するために依然として機械加工が必要です.ただし、これらのタイプの鋳放し部品の多様性とそれに関連する難しい作業保持要件により、一部のショップはこのタイプの機械加工作業を避けるようになっています.

たとえば、燃料フィルター ハウジングには、深穴フライス加工、中ぐり加工、表面仕上げ加工、穴あけ加工、タッピング加工、内径溝加工、3D 輪郭加工など、複数の機械加工作業が必要です。当初、LeanWerks は、3 軸ミルでの複数のセットアップとターニング センターでの 1 つのセットアップを使用して、ジョブを完了することができると考えていました。複数のセットアップが原因で、複雑なデータム スキームを使用したパーツの厳しい位置公差を達成できないため、最終的にこれは最善の戦略ではないと判断しました。

代わりに、LeanWerks は、Mazak Integrex i200S ターンミルのフライス加工機能を利用して、加工中に部品に触れる回数を最小限に抑える方法を検討しました。ショップは主にこの機械を使用して、水圧破砕やコイルドチューブの用途に必要なものなど、石油およびガス産業の高圧ポンプ操作用のテーパープラグバルブインサートを製造しました. Integrex は、バルブ インサート パーツに適していました。これは、パーツのテーパー付き外径を回転させ、内部の交差軸フロー ボアをフライス加工できるためです。このマシンは、ボアの円錐面のために 5 軸の輪郭加工操作を必要とする、ボアに関連する O リングもフライス加工できます。

とはいえ、燃料フィルターのハウジング部分をターンミルで加工するという、旋削加工を必要としない作業には、さまざまな課題がありました。たとえば、A356.0 航空機グレードの鋳造アルミニウムは、シリカ含有量が高く、切削工具に固着する可能性があります。さらに、部品の形状には、すべての面に複数の角度で複数の特徴があり (深さ 13 インチの鋳物の底の内側にある重要なフィッティングを含む)、薄肉領域は機械加工中に振動の問題を引き起こします。さらに、複雑なデータム構造を持つパーツには、いくつかの大きく離れたフィーチャでの 0.25 mm の真の位置公差、およびその他のあまり分離されていないフィーチャでの ±0.01 mm のサイズ公差と 0.05 mm の真の位置公差など、厳しい公差が必要です。

その結果、LeanWerks は基本的に 3 つの手順を踏んで、ターンミルが 1 回のセットアップでインベストメント鋳造の 5 つの面を効果的に機械加工できるようにしました。最初のステップは、部品の 5 つの側面で機械加工を実行できるように、鋳物を保持する治具を設計することでした。この治具設計の重要なコンポーネントは、クレードルの脚の間および脚に沿って機能へのアクセスを提供しながら、キャスティングの本体にかみ合うクレードルです。鋳物をクレードルに固定するために、チェーンとプーリーのメカニズムがクレードルの脚の間に取り付けられ、クランプ力が均等に分散されます。

ターンミルは、すべての機能に到達するのに十分な Y 軸移動を提供しなかったため、パーツを完全に再固定することなく、クレードルとパーツをスライドさせてアクセス可能な位置に再クランプできるように、Setco ダブテール スライドが治具に組み込まれました。剛性を確保するために、クレードルはスチール製のベースプレートに取り付けられ、合わせピンと溶接で固定されました。そのベースプレートはダブテール スライド サドルに取り付けられ、スライド ベースは機械の既存の 3 ジョー チャックのマスター ジョーに取り付けられます。

このワークピースのサイズにより、ターンミルの Y 軸移動では、スピンドルが機械加工されるパーツのすべての領域に到達することはできません。これを軽減するために、LeanWerks が開発した固定具はダブテール スライドを使用して、固定部品をスライドさせ、アクセス可能な位置に再クランプできるようにします。後続の調査ルーチンは、再配置されたパーツの真の位置を決定します。

次に、ショップはタッチトリガー プロービング システムを統合しました。鋳造された各部品の形状はわずかに異なり、Y 軸の移動の問題を軽減するために使用されるスライド治具が部品の位置を変更するため、タッチ プロービングが必要でした。プロービングにより、シフト後のパーツの新しい位置を正確に定義し、その後のツール パスを実際のパーツの位置に最適に適合させることができました。

実際、ショップは、標準の長さのプローブと、部品の奥深くにある機能にアクセスするための延長されたリーチのプローブが必要であることに気付きました。ターンミルにはプロービング チャンネルが 1 つしかなかったため、LeanWerks は機械にレニショーの RMI-Q 無線受信機を取り付け、機械のメイン コントロール パネルにプログラマブル ロジック コントローラー (PLC) カードを取り付けて、2 つ目のプローブ信号を処理しました。短いプローブは 25 mm の長さのスタイラスを使用し、長いプローブは 200 mm のエクステンションに取り付けられた長さ 50 mm のスタイラスを使用します。どちらもレニショー RMP-60 プローブ本体を使用しています。

プロービング ルーチンは、レニショーの Inspection Plus ソフトウェアを使用してプログラムされ、結果のコードがマシン プログラムの適切な場所に追加されました。最初のプロービング ルーチンでは、ハウジング内部の下部ポートとハウジング前面の開口部の点を測定して、部品の中心軸を定義します。プローブされるその他のフィーチャには、パーツの回転方向を定義する面近くの小さなポートの 1 つと、パーツの Z 軸位置を定義するメイン サイド フランジの内側の壁が含まれます。 Mazak の作業位置誤差補正 (WPEC) ソフトウェア モジュールを使用すると、最初のプロービング ルーチンから導き出された真の位置の計算によって検出された偏差を、スピンドルのインデックス移動によって部品とともに移動させることができます。最初のプロービング ルーチンの後、追加のプロービングを実行して、関連するフィーチャと機械加工後の表面の位置を確認します。

ハウジングの奥深くにある機能を調べるために、LeanWerks 200 mm のエクステンションに取り付けられた長さ 50 mm のスタイラスを使用します。

最後に、この部品と研磨性のアルミニウム材料に必要な深い機械加工作業により、ショップは高度な切削工具技術を採用することになりました。この仕事のために、ショップは Rego-Fix powRgrip ツール保持システムを使用しています。シュリンクフィットに代わる powRgrip は、ツールホルダー、精密コレット、およびコレットとツールをホルダーに挿入するために使用されるコンパクトなベンチトップ油圧クランプユニットで構成される機械的な圧入システムです。 Rego-Fix によると、このシステムは、0.0001 インチ未満の合計インジケータ読み取り値を維持しながら、高いクランプ力を生成することができます。このシステムの剛性により、工具寿命と切削精度が向上します。

この作業に使用される切削工具は、正の大きなすくい角を持ち、浅い切込みで非常に高速で動作する必要があります。 Garr Aumistar エンド ミルと、コーティングされていない、高度に研磨された、高ポジティブ インサートを備えた小型正面フライス ミルが使用されます。

また、LeanWerks は、Big Kaiser から入手可能な Speroni STP Magis 400 プリセッターを使用して、このジョブのツールをプリセットします。プリセッターは、ツールの外部設定を可能にするだけでなく、さらに重要なことに、刃先の検査、成形ツールの形状の検証、および振れの測定を容易にするため、認定とトラブルシューティングを支援します。

ターニングポイント

LeanWerks が自社のターンミルでこのインベストメント鋳造ジョブを機械加工するために開発したプロセスにより、生産速度が部品あたり 10 時間から部品あたり 2 時間未満に改善されました。その結果、ショップは、さまざまな新しい業界で仕事を追求するのと同様の方法で、既存のキャパシティの能力を最大化できる他の方法を検討し続けています.