Другой тип обрабатывающего центра

Всем, кто занимается металлообработкой, хорошо известно, что битва между специализированными технологиями обработки и гибкими технологиями обработки продолжается в механических мастерских по всему миру. Приток разнообразного и мелкосерийного производства в металлообрабатывающее производство безошибочен и, более чем вероятно, не остановить. Кажется, что он пронизывает все аспекты операций механической обработки.

Эти общие термины — большой ассортимент, меньшие объемы — относительны. Например, для цеха пресс-форм партия из пяти штук может считаться «крупносерийной». Для поставщиков второго уровня большим объемом может считаться 500 000 штук или более. И, условно говоря, поставщик второго уровня с 500 000 штук, возможно, скорректировал свое производство с предыдущего 1 000 000 штук на основе общих производственных тенденций последних нескольких десятилетий. Сегодня тот же «большой объем» может составлять более 5000 штук. Это относительно.

В поисках капитального оборудования, которое позволяет цеху оптимизировать свое производство, чтобы отразить реалии сегодняшнего производственного спроса, существует множество конфигураций станков, из которых можно выбирать. Один из тех дизайнов, которые мы показываем здесь. Он называется многоцентровым и был разработан, чтобы стать своего рода мостом между разнообразным, гибким производством и большими объемами специализированной обработки.

Поворотный перенос морфинга

Чтобы узнать больше о концепции Multicenter, мы поговорили с Маурицио Порта, владельцем Porta Solutions во втором поколении, базирующейся в Брешии, Италия. Штаб-квартира в Северной Америке находится в Ньюингтоне, штат Коннектикут. Компания г-на Порты, основанная в 1958 году его отцом Оскаром, начала производить специализированные станки для различных областей применения и стала свидетелем изменений в требованиях к специальному и гибкому производству.

«Первоначально мы производили станки с ротационным переносом, — говорит г-н Порта. «Эти машины отражали время, когда машина была построена для производства детали. Деталь была главной, и создание специальных инструментов, предназначенных для оптимизации ее производства, было названием игры».

Традиционно в технологии ротационного переноса цех получал работу, а затем проектировал производственную систему вокруг детали. Некоторые рабочие места могут практически не меняться годами. Поскольку жизненные циклы продуктов сократились, стоимость специализированных производственных машин стала менее оправданной во многих областях применения, прежде всего потому, что их переоснащение для новой работы сложно, дорого и, как правило, просто не стоит затраченных усилий.

В 2005 году Porta представила свое решение для специализированной машины по сравнению с гибкой машиной в форме Multicenter. Мысль заключалась в том, чтобы соединить специализированную технологию обработки, разработанную для конкретной детали, с платформой обрабатывающего центра, которую можно было бы легко переоснастить при изменении состава деталей.

Станок, основанный на карусели с четырьмя станциями, в наиболее популярной конфигурации имеет три горизонтальных модуля обрабатывающего центра. Четвертая станция на рабочем столе — это станция загрузки/разгрузки, которая может управляться персоналом или быть автоматизированной.

Каждый из модулей HMC может выполнять трех- или четырехосевую обработку на каждой станции. Модули обрабатывающего центра работают постепенно, но управляются независимо. Когда машина производит одну деталь, одну деталь за несколько операций или несколько разных деталей одновременно. Все четыре разные детали будут обрабатываться всеми тремя шпинделями, прежде чем они вернутся на станцию ​​загрузки/разгрузки.

Благодаря трем шпинделям операции обработки можно варьировать по мере необходимости, что повышает гибкость станка. За один оборот четырехстанционного держателя поддонов можно изготовить полную деталь, четыре полных детали или вариант из четырех. Однако г-н Порта говорит, что в большинстве приложений используется прогрессивная последовательность обработки.

Г-н Порта рассказывает об одном случае, когда заказчик изготовил три разные детали за один цикл Multicenter. «Эти детали шли на сборку, поэтому каждый цикл машины производил полный набор деталей», — говорит г-н Порта. «После механической обработки детали были собраны и отправлены заказчику. Это было очень эффективное приложение».

Мультицентр по сравнению с HMC

HMC начинают замечать увеличение инвестиций в магазины, которые имеют дело с большим ассортиментом и малыми объемами работы. Им присуща гибкость, и они легко адаптируются к автоматизации, используя системы паллетного челнока, чтобы перебрасывать работу в станок и из него. Кроме того, производительность режущего инструмента горизонтальной конструкции превосходит его крупнейшего конкурента, VMC.

Опрос, проведенный Production Machining подразделение Gardner Intelligence, занимающееся исследованиями рынка, демонстрирует значительный рост прогнозов по закупкам HMC; на 85 % больше, чем в 2017 году.

Тем не менее, г-н Порта отмечает, что если для объемов и сложности деталей требуется более одной HMC, Multicenter найдет свою нишу. «Это мост между очень высокой производительностью машины специального назначения и меньшим объемом с гибкостью HMC», — говорит он. «Мультицентр находится между этими двумя классами станков, и это стандартный станок, а не специальный, что значительно сокращает время выполнения заказа».

Машина рассчитана на 10-дюймовый рабочий куб, хотя конструкция масштабируется для более крупных деталей. Каждый из трех обрабатывающих центров обслуживается собственным устройством смены инструмента со стандартной вместимостью 12 инструментов. При необходимости доступно больше инструментов, до 40 инструментов. Каждый шпиндель станка имеет три оси на вершине инструмента, а четвертая ось вращения расположена на каждом рабочем столе. Все оси управляются станком FANUC или ЧПУ Siemens.

Меньше занимаемая площадь, меньше мощность

Преимущество конструкции Multicenter, по словам г-на Порта, заключается в том, что типичный покупатель этой машины, которому требуется три или четыре HMC для достижения своих производственных показателей, может получить их на одной платформе. Станком легче управлять, он потребляет меньше энергии и занимает меньше места на полу.

Требования к площади пола HMC с соответствующими зонами погрузки и разгрузки не являются незначительными. «Теперь умножьте эту площадь на три, и все станет довольно большим», — говорит г-н Порта. «Поскольку Multicenter представляет собой, по сути, три HMC на одной платформе, он занимает всего 87 квадратных метров. По нашим подсчетам, три типичных HMC с сопутствующей автоматизацией заняли бы 240 квадратных метров».

По словам г-на Порта, Multicenter по сравнению с тремя автономными горизонтальными обрабатывающими центрами потребляет на 50 процентов меньше энергии. Он приводит данные о потреблении 51 кВтч для Multicenter против 120 кВтч для трех обрабатывающих центров при эквивалентной производительности.

По его словам, эти показатели оправданы сокращением количества избыточных аксессуаров. Например, обрабатывающие центры управляют тремя системами автоматизации, тремя конвейерами для стружки и тремя устройствами смены поддонов. Более того, с тремя платформами требуется больше обслуживания, чем с одной.

Два целевых клиента

По словам г-на Порты, у «Мультицентра» есть два целевых клиента. Поскольку компания была построена на больших объемах специального оборудования, Мультицентр спроектирован как центр массового производства.

«Некоторые из наших клиентов используют Multicenter для обработки одной детали, например специальной машины», — говорит г-н Порта. «Эти цеха производят автомобили в количестве от 700 000 до 1 000 000 деталей в год, в некоторых случаях. Неотъемлемые преимущества трех обрабатывающих центров на одной платформе — снижение затрат за счет меньшей занимаемой площади, меньшего энергопотребления и трудозатрат — по-прежнему применимы в этих приложениях».

Чем Multicenter отличается от своей специальной предшественницы, так это его способностью быть конкурентоспособной по стоимости при малом объеме работ. «Некоторые из наших клиентов используют Multicenter для выполнения производственных заказов не в больших объемах, а скорее в большом ассортименте, — говорит г-н Порта.

Для этой второй целевой группы типичны партии от 500 до 5000 штук. Эти магазины, как правило, не производят детали для складских запасов, а выполняют «точечные» заказы.

Эти мастерские, как правило, используют возможности мультицентра для обработки заказов по мере их поступления. Машины в этих мастерских приспособлены для гибкого производства, а не для специализированного производства.

Быстросменная оснастка

Структура Multicenter сильно отличается от HMC. Основа машины представляет собой сварную конструкцию, которую г-н Порта описывает как закрытую коробчатую конструкцию. Внутри коробки поворотный стол с четырьмя станциями несет обрабатывающие поддоны. Коробка имеет три стенки с модулем обрабатывающего центра на каждой из стенок со своим набором линейных направляющих. Четвертая стена открыта для доступа станции загрузки/разгрузки к рабочей зоне.

При разработке Multicenter компания Porta разработала гибкую систему крепления. На каждом из трех поддонов машины установлен приемник, который можно индексировать по положению или непрерывно для контурирования по оси B с помощью поддона. Приемники стандартизированы и остаются на поддоне.

Зажимы для конкретных заготовок устанавливаются на приемнике и открываются или закрываются под управлением ЧПУ, а гидравлика постоянно контролируется системой управления. Переключение осуществляется простой заменой зажимов на приемнике. В результате время переключения составляет 30 секунд.

Для доступа к пятой стороне заготовки приспособление предназначено для поворота на 90 градусов, чтобы открыть эту сторону детали для шпинделя. Хотя эта операция обычно выполняется на третьем шпинделе, при необходимости ее можно выполнить на всех шпинделях. Крепления также могут работать с осью U, если для окончательной обработки детали требуется точение в одной точке.

Запуск программы

Программирование трехшпиндельного многоцентрового станка относительно простое. Каждый модуль обрабатывающего центра имеет свою собственную страницу либо в системе управления FANUC, либо в системе управления Siemens, поэтому его программирование представляет собой, по сути, один трехосный станок с осью B за раз. Программирование продвигается от первого шпинделя к второму и третьему.

Несмотря на то, что фактически одновременно работают три отдельные программы, нет необходимости в отдельном управлении синхронизацией. Обе марки ЧПУ, которые использует Porta, выполняют синхронизацию программ в фоновом режиме управления.

Поскольку станок имеет три шпинделя и обычно выполняет последовательные операции, важно сбалансировать время цикла для устранения времени простоя. Porta совместно с Microsoft разработала программный пакет под названием Energy Characterization.

Считывая потребляемую мощность двигателей шпинделя, программное обеспечение эффективно снижает мощность для более легких резов и передает ее посредством рекуперативного торможения на шпиндель, использующий большую мощность. Конечным результатом является оптимизированное энергопотребление.

Porta совместима с возможностями подключения Industry 4.0. Некоторые из его программ развития относительно продвинуты. Доступная информация, будь то производство 1 000 000 деталей или 500 деталей, представляет ценность для любого производителя. Данные объединяют чипы в качестве валюты металлообрабатывающего производства.