Biuletyn Sharp E Marzec 2024

 

 

Niezależnie od tego, czy używasz wielu narzędzi skrawających, czy też czasami rozpaczliwie brakuje Ci odpowiedniego narzędzia, prawdopodobnie rozważałeś stworzenie własnego. Lub przynajmniej ostrzenie zużytych narzędzi. Ale jak zdecydować, czy szlifowanie narzędzi we własnym zakresie jest mądrą decyzją? Z tym pytaniem zmierzyła się firma GKN Aerospace Engine, a główny inżynier ds. produkcji Jeremy St. Pierre przeprowadził nas przez ich rozważania. Ponadto oferuje bezcenne porady dotyczące najlepszych praktyk, jeśli zdecydujesz się na taki krok.


Oszczędność kosztów prowadzi do 2-letniego zwrotu z inwestycji

Szlifierki narzędziowe CNC i wymagany sprzęt pomocniczy stanowią znaczącą inwestycję. Kierownictwo GKN poprosiło więc St. Pierre'a o przeanalizowanie zużycia narzędzi i oszacowanie potencjalnych oszczędności, jakie można by osiągnąć, przenosząc szlifowanie narzędzi do własnego zakładu. Jednym z kluczowych czynników, wyjaśnił St. Pierre, był fakt, że wiele z ich narzędzi może być wielokrotnie szlifowanych. Na przykład, wskazał na wiele stożkowych frezów kulistych, które mogą być ostrzone do pożądanej "prawdziwej formy, za każdym razem".

Z drugiej strony, St. Pierre ostrzegł, że wiele z tych narzędzi jest złożonych, z nierównym indeksowaniem i zmiennymi spiralami, więc wielu zewnętrznych dostawców nie chce ponownie szlifować tych narzędzi, chyba że wykonali je oryginalnie. Jeśli więc nie możesz ich samodzielnie przeszlifować, jesteś ograniczony do ograniczonej podaży, co jest kosztowne i potencjalnie ryzykowne.

St. Pierre odkrył również, że niektóre z ich wysokonakładowych narzędzi były bardzo drogie tylko dlatego, że nie były standardem w branży. "Zamiast półcalowego frezu, możemy mieć frez o średnicy 0,485 cala. Ponieważ technicznie jest to niestandardowe, płaciliśmy premię i zamawialiśmy narzędzia na 12 tygodni. I mieliśmy długie czasy realizacji". Obliczając rzeczywisty koszt narzędzi, w tym częstotliwość, z jaką musieli "wysyłać 70 narzędzi na raz, aby uzyskać dobrą cenę", St. Pierre był w stanie przedstawić mocne argumenty przemawiające za zainwestowaniem w jeszcze bardziej wydajną narzędziownię niż pierwotnie przewidywano, z 4 szlifierkami narzędziowymi ANCA MX7 Linear, maszyną pomiarową ZOLLER "titan" i pełnym zestawem urządzeń pomocniczych, takich jak obciągacz ściernic i finiszer. Jednak czas zwrotu inwestycji wyniósł zaledwie dwa lata.

St. Pierre zdaje sobie sprawę, że GKN to duża firma, która wydała fortunę na narzędzia, więc rozpoczęcie od mniejszej firmy ma większy sens dla wielu firm. Zasugerował również dokładne przyjrzenie się "łatwym zwycięstwom", narzędziom, które są zarówno ważne, jak i wykonalne, "zanim powiesz: "Możemy wprowadzić wszystko"". Następnie można pewnie określić szlifierkę i powiązany z nią sprzęt i sprawdzić, czy liczby działają.

Szybszy zwrot

Narzędziownia St. Pierre znacząco poprawia ogólną wydajność GKN po prostu poprzez szybkie dostarczanie narzędzi potrzebnych na hali produkcyjnej. I nie chodzi tylko o ponowne szlifowanie. "Obecnie używamy maszyn ANCA do szlifowania wszystkiego, od narzędzi o średnicy jednej ósmej cala do jednego na osiem cali, z długością cięcia pięciu i pół cala", wyjaśnia St. Pierre. "Wykonujemy wiele jednorazowych, niestandardowych narzędzi i wszelkie potrzebne naprawy awaryjne... Wykonujemy teraz każde narzędzie, które może być wykonane na zewnątrz. Wykonujemy narzędzia kompozytowe, narzędzia do specjalnych materiałów, narzędzia do tworzyw sztucznych, drewna... cokolwiek musimy zrobić". Dodał, że czas realizacji zamówień na niestandardowe narzędzia wynosi zaledwie jeden dzień, a maksymalnie 2 tygodnie. "A jeśli chcesz tylko jedno, zrobimy je dla Ciebie".

Ulepszanie projektów w celu usprawnienia obróbki

Mogłoby się wydawać, że własna szlifiernia nie wykona lepszych narzędzi skrawających niż wyspecjalizowani producenci. Jednak dzięki skupieniu się na GKN i chęci St. Pierre'a do eksperymentowania, zespół w rzeczywistości "pokonał sporą liczbę narzędzi od innych bardzo znanych producentów narzędzi" - powiedział St. Pierre. "Nie jest to naszym zamiarem. Po prostu jesteśmy w stanie naprawdę skupić się na naszych działaniach i naszych produktach oraz dostosować narzędzie do danego środowiska produkcyjnego. Mamy możliwość dostosowania narzędzi tylko dla nas".

St. Pierre podsumowuje swoje podejście jako "pchaj rzeczy, aż się zepsują, a następnie cofnij je, aby stworzyć najlepsze narzędzie". Wypróbowują narzędzia w dołączonym zakładzie GKN, jeśli są tam wolne maszyny, lub wysyłają je do swojej szwedzkiej lokalizacji, gdzie mają dedykowaną maszynę testującą i mogą zapewnić natychmiastową informację zwrotną. Przekazują również próbki narzędzi firmom, z którymi współpracowali przez lata i proszą o ich opinie.

St. Pierre przypisuje również ANCA (z siedzibą w Wixom, MI) pomoc w sprostaniu niektórym wyzwaniom związanym z projektowaniem narzędzi. "Jeżdżę do Michigan kilka razy w roku, ponieważ podróż jest tego warta. Jeśli mam trudności, zwykle daję ANCA narzędzia, które produkuje niewiele osób, a my siadamy razem i projektujemy je. Albo dzwonią do mnie i robimy to przez telefon. W ciągu jednego lub dwóch dni mamy gotowe narzędzie. I o nic nie proszą. Chcą tylko wiedzieć, jak idzie. Bardzo nam pomogli".

Jednym z zaskakujących odkryć, o którym poinformował St. Pierre, była możliwość wyeliminowania potrzeby powlekania wielu narzędzi poprzez szlifowanie krawędzi tnącej w maszynie do obróbki wykańczającej OTEC. "Nasze narzędzia wytrzymują dłużej po przygotowaniu krawędzi niż po powlekaniu" - zauważył St. Pierre. "Powlekamy wiele naszych narzędzi, jeśli są one używane do obróbki w wysokich temperaturach. Ale produkujemy wiele stożkowych kulek do "tytanu" i przeprowadziliśmy wiele testów. Po prostu przygotowujemy krawędź narzędzia i jest ono trwałe. Czasami mamy czterokrotnie dłuższą żywotność niż w przypadku poprzednich narzędzi".

Oprócz wyższej wydajności, St. Pierre dodał, że przygotowanie krawędzi eliminuje również około tygodniowy czas realizacji wymagany do powlekania, a także dodatkowe koszty wysyłki i obsługi. "Ponowne szlifowanie może kosztować 5 USD lub 100 USD" - kontynuował. "Ale jeśli jest to szlifowanie za 5 USD, to nadal jest to powłoka za 10 USD. Teraz koszt narzędzia jest w zasadzie trzykrotnie wyższy. Możemy to wyeliminować dzięki procesowi, który zajmuje kilka sekund". (Według St. Pierre'a, średni czas honowania w GKN wynosi około minuty, a OTEC przetwarza 25 narzędzi jednocześnie).

Niezależne centrum zysków

Narzędziownia St. Pierre jest połączona z zakładem GKN Aerospace Engine w Newington, CT, ale działa jako oddzielne centrum zysków. Obsługuje wszystkie 7 zakładów GKN Aerospace Engine w Ameryce Północnej, a także sprzedaje narzędzia innym lokalnym firmom z branży lotniczej. Udało im się nawet pozyskać zewnętrzne zlecenia dla innych firm w celu zwiększenia przychodów. Dla GKN jest to sprawa drugorzędna, ale warto rozważyć tę możliwość, decydując się na szlifowanie narzędzi we własnym zakresie.

Wybór odpowiedniej szlifierki...

Jeśli jesteś gotowy na rozpoczęcie szlifowania narzędzi, kolejną najważniejszą kwestią jest wybór szlifierki, w którą powinieneś zainwestować. Oczywiście, łatwość obsługi i wsparcie są kluczowymi czynnikami, a mądrze jest myśleć nie tylko o konstruktorze maszyny. Zapytaj swoich obecnych dostawców, jakich maszyn używają i czy są gotowi udostępnić programy lub zaoferować inną pomoc. Dla GKN, ANCA była oczywistym wyborem, ponieważ jest liderem na rynku, a szwedzka firma posiada maszyny ANCA.

"W ten sposób możemy sobie nawzajem pomagać" - wyjaśnił St. Pierre. "Możemy wysyłać sobie nawzajem programy, szlifujemy w ten sam sposób... Jeśli potrzebują, abyśmy wykonali jakieś narzędzia, mogą wysłać nam program, możemy uruchomić narzędzia, wysłać je z powrotem, a narzędzia są dokładnie takie, jakby zostały wykonane na miejscu".

Należy podkreślić, że chociaż St. Pierre miał wieloletnie doświadczenie w produkcji i rozwiązywaniu problemów, kiedy rozpoczął projekt w GKN, nigdy nie szlifował narzędzi. Dotyczy to również wszystkich, którzy dołączyli do zespołu później. "Zatrudniłem ludzi, o których wiedziałem, że mają skłonności mechaniczne i rozumieją prawdziwy świat oraz to, że nie należy nadmiernie komplikować rzeczy" - wspomina St. Pierre. "Na początku wszyscy byli zdenerwowani, ale pierwszą rzeczą, jaką zrobiliśmy, był lot do Michigan na dwutygodniowy trening z ANCA. A potem zaczęliśmy biegać". Od tego czasu uczą się i popełniają błędy, dodał. Ale tylko raz wysłali narzędzie, które zawiodło.

St. Pierre zachwycał się oprogramowaniem ANCA: "Wszystko, co robią, niezależnie od tego, czy chodzi o ponowną kalibrację, ponowne uruchomienie, ponowne nauczenie pozycji podczas automatyzacji, naprawdę przeprowadza cię przez to. To najbardziej przyjazna dla użytkownika maszyna, z jakiej kiedykolwiek korzystałem. Mogę wziąć kogoś z piętra, kto nigdy nie widział maszyny i może wykonać narzędzie w ciągu pół godziny. Zaprojektuje je na maszynie i oszlifuje, nie wiedząc, co robi".

...I odpowiednia maszyna pomiarowa

Prawdopodobnie drugą najważniejszą decyzją inwestycyjną dla narzędziowni, zwłaszcza tej obsługującej firmy z branży lotniczej i kosmicznej, jest sprzęt kontrolny. ZOLLER, z siedzibą w Ann Arbor, MI, był kolejnym naturalnym wyborem. Po pierwsze, firma GKN posiadała już urządzenia do ustawiania wstępnego ZOLLER, a St. Pierre docenił płynną współpracę, jaką nawiązali. Po drugie, ZOLLER ściśle współpracuje z ANCA, co skutkuje rozwiązaniami, które zwiększają możliwości obu maszyn. Firma GKN zdecydowała się więc na topową linię ZOLLER "titan", która może automatycznie mierzyć optycznie każdy atrybut narzędzia, w tym kształt rowka wiórowego i przygotowanie krawędzi.

Automatyzacja z wysoką dokładnością

Firma GKN zdecydowała się na dodanie robotów ładujących do wszystkich swoich szlifierek narzędziowych ANCA MX7, a także na wewnętrzne obciąganie ściernic i pomiary. Maszyny posiadają również zintegrowany laser, który może skanować profil narzędzia i automatycznie kompensować program szlifowania, aby skorygować wszelkie odchylenia od nominalnego kształtu. Funkcje te umożliwiają maszynom wytwarzanie narzędzi o wąskiej tolerancji przez całą bezzałogową zmianę. "Trzymamy się tolerancji plus nic i minus pół tysiąca na naszych narzędziach", powiedział St. Pierre. "W przypadku niektórych narzędzi tolerancja jest jeszcze większa. Jeśli jest to końcówka kulista do obróbki wykańczającej, będziemy trzymać się kilku dziesiątych".

"Tytan" ZOLLER posiada również zrobotyzowaną ładowarkę, którą ZOLLER nazywa "roboSet2". Co więcej, wszystkie cztery szlifierki oraz maszyna pomiarowa mogą automatycznie zmieniać średnicę narzędzia podczas pracy przy zgaszonym świetle. To ważne, wyjaśnia St. Pierre, ponieważ produkują "400 różnych numerów części dla GKN. Nie produkujemy partii po 1000 sztuk, ale po 15-20". Poza nielicznymi wyjątkami, muszą oni kontrolować od 10 do 100% wszystkich swoich narzędzi. Tak więc elastyczne uchwyty robocze są niezbędne, aby zapobiec powstawaniu wąskich gardeł.

Oba systemy wykorzystują uchwyty hydrauliczne Schunk, które zaciskają różne średnice za pomocą tulei pośredniej. W przypadku GKN, tuleję wymienia robot. Jak zilustrował St. Pierre: "RoboSet [lub ładowarka MX7] ma wszystkie tuleje już w środku i wie, gdzie się znajdują. Powiedzmy, że partia numer jeden to narzędzie półcalowe. Robot chwyci półcalową tuleję i załaduje ją do uchwytu. Następnie uruchomi wszystkie te półcalowe narzędzia i wykona wymagane raporty. Po zakończeniu tego procesu, robot zamieni tuleje, chwyci narzędzie o następnym rozmiarze, a następnie rozpocznie uruchamianie programu. Wystarczy napisać program i wybrać harmonogram". GKN dostosował swoje palety do przechowywania 5 różnych rozmiarów, a St. Pierre powiedział, że mogą uruchomić 20 różnych projektów narzędzi przez ZOLLER w ciągu jednej bezzałogowej zmiany.

GKN wykorzystuje oprogramowanie narzędziowe ANCA do tworzenia bardzo szczegółowych wydruków swoich narzędzi, "zamiast tylko atrap brył, do których przywykła branża", jak to ujął St. Pierre. "Jesteśmy więc w stanie uwzględnić wszystkie parametry rzeczywistego fizycznego narzędzia i sposób jego zaprojektowania". Wydruki te dyktują następnie procedurę kontroli. "W przypadku standardowego narzędzia sprawdzamy od 22 do 30 różnych parametrów... Ale produkujemy wiele narzędzi o zmiennym indeksie i zmiennej linii śrubowej, więc musimy sprawdzić każdy rowek, zwłaszcza w przypadku konfiguracji". St. Pierre dodał, że pełna, szczegółowa inspekcja "może zająć dziesięć minut, ale można dostosować te programy i uzyskać mniej niż minutę na sprawdzenie" podzbioru określonych funkcji.

Więcej na temat partnerstwa ANCA-ZOLLER

Aby spełnić wymagania kontroli jakości, GKN potrzebuje autonomicznej maszyny pomiarowej kalibru "tytana". Zauważ jednak, jak możliwości pomiarowe ANCA pokrywają się z możliwościami ZOLLER. Jak podzielić zadania, które mogą wykonywać obie maszyny? Czy maszyny mogą ze sobą współpracować? Dla St. Pierre, oprócz osiągnięcia wymaganej jakości narzędzia, celem jest maksymalizacja produktywności. Tak więc, na przykład, jeśli operator jest dostępny, wolałby użyć maszyny "titan" do zeskanowania profilu narzędzia i wysłania wszelkich potrzebnych danych kompensacyjnych do szlifierki, zamiast używać wewnętrznego lasera ANCA. W ten sposób narzędzia szlifierskie MX pozostaną bez zmian.

St. Pierre wspomniał również o sytuacjach, w których operator może nie być pewien, jak dokonać regulacji. "Używamy ZOLLER do wykonania pomiaru i wysyłamy go z powrotem do programu szlifowania w celu wprowadzenia poprawek. To miłe, że mogą ze sobą dość łatwo rozmawiać, a konfiguracja nie była zbyt trudna... Używaliśmy go na bardziej zaawansowanych narzędziach, gdzie jest tak wiele parametrów, że jedna rzecz może wpływać na inne. Pozwoliliśmy więc, by ZOLLER nam w tym pomógł".

GKN zaczyna również wykorzystywać ZOLLER do pomiaru ściernic, co ponownie maksymalizuje produktywność MX. "Dostarczamy sprzęt, aby skonfigurować ZOLLER do wykonywania wszystkich pomiarów ściernic, dzięki czemu możemy skonfigurować całą partię, a następnie po prostu przesyłać dane do szlifierek" - powiedział St. Pierre.

GKN posiada również samodzielną obciągarkę do kondycjonowania ściernic w trybie off-line. Ale jak wspomniano wcześniej, jeśli jest to bezzałogowa zmiana, maszyny MX mogą zarówno szlifować i mierzyć narzędzia w procesie, jak i mierzyć i obciągać koła. W międzyczasie ZOLLER przeprowadzałby kontrolę gotowych narzędzi na wcześniej oszlifowanych narzędziach.

Inne urządzenia pomocnicze

Każda szlifiernia narzędzi potrzebuje również filtracji chłodziwa i kontroli temperatury, które w GKN są obsługiwane przez dwuzbiornikowe systemy Transor. Obcinarki są również przydatne do wymiarowania półfabrykatów z węglików spiekanych. W tym przypadku firma GKN przyjęła kreatywne podejście i zdecydowała się na elektrodrążarkę drutową Makino U6. Jak ujął to St. Pierre, "różnica w cenie nie była na tyle znacząca, aby uzasadnić wydanie tak dużej kwoty na maszynę, która może tylko odcinać. Kupiliśmy więc elektrodrążarkę drutową do wykonywania niestandardowych cięć w dużych partiach. Produkujemy również własne oprzyrządowanie i przyrządy kontrolne dla całej firmy. Ta maszyna zwróciła się w pierwszym roku produkcji rzeczy niezwiązanych z narzędziami szlifierskimi". St. Pierre dodał, że będą również używać EDM do cięcia profili narzędzi, a następnie szlifowania rowków i OD w ANCA. "Możemy utrzymywać tolerancje szlifowania na naszej EDM". Już teraz wykorzystują ją do produkcji tulei do ANCA.

Dodaj oprogramowanie do zarządzania narzędziami TMS firmy ZOLLER, drukarkę 3D do chwytaków robotów i innych narzędzi, wieżę magazynową Modula VLM i znakowarkę laserową, a zobaczysz, że narzędziownia GKN jest równie samowystarczalna, co wydajna.

To było "dużo pracy" i duża inwestycja. Ale jak podsumował to St. Pierre: "Nikt nie patrzy na ten projekt mówiąc, że była to zła inwestycja. Wszyscy mówią, że żałują, że nie zrobiliśmy tego wcześniej".
 

 

Jeremy St. Pierre doprowadził do stworzenia własnej operacji szlifowania narzędzi w GKN Aerospace Engine, która zwróciła się w ciągu zaledwie 2 lat (zdjęcie dostarczone przez ZOLLER).​

 

6 marca 2024