Создавая волны с автоматизацией токарного станка

Как гордость штата Барсук, Mercury Marine известна в местном масштабе просто как «Merc». 81-летние корни этой американской иконы дают ей богатую историю, что делает ее гордостью сообщества и фаворитом любителей лодок. Между тем, его успех делает Merc предметом зависти его конкурентов. Mercury Marine — ведущий мировой производитель всех типов судовых силовых установок. Это подразделение корпорации Brunswick Corp. стоимостью 2,6 млрд долларов, в котором работает более 5 200 человек в разных местах по всему миру.

Джейсон Новорацки, Билл Кьюсик и Крис Эрке ( L-R) являются частью команды, которая производит все шестерни и валы для бортовых и подвесных приводов Mercury Marine, используемых во всем мире.

Благодаря более чем 80-летнему опыту разработки инновационных лодочных двигателей город Фон-дю-Лак, штат Висконсин, стал чрезвычайно известным хранилищем инженерного мастерства и превосходства производства. Сегодняшний обширный кампус рядом с межштатной автомагистралью 41 занимает площадь более 2,5 млн кв. футов, на которой расположены инженерные и производственные подразделения, а также около 3 300 человек, которые занимаются всем этим.

На заводе 4 производятся все шестерни и валы для всех внутренних и наружных приводов Mercury Marine, производимых на ее заводах по всему миру. Это масштабное предприятие включает карданные валы, карданные валы, рулевые валы, шестерни переднего хода, шестерни заднего хода и шестерни для всех стационарных и кормовых двигателей MerCruiser, кормовых приводов MerCruser Alpha и Bravo, дизельных двигателей и дизельных кормовых приводов Mercury, Mercury SportJet и всех подвесных моторов. Ответственным за команду инженеров-технологов, инженеров-технологов и программистов, необходимых для выполнения этой сложной задачи, является Джейсон Новорацки, технический руководитель Завода 4. Для всего, что связано с процессом производства валов и шестерен, г-н Новорацки и его команда создают и устанавливают процедуры производства и контроля качества, а также капитальные затраты, необходимые для эффективного производства деталей и, что наиболее важно, для соответствия строгим спецификациям Mercury. . Затем они выбирают лучшее оборудование и средства автоматизации, исходя из скорости, трудозатрат и совершенства деталей. «Качество — вокруг него мы строим процесс», — говорит г-н Новорацки.

Эта часть рулевого вала для подвесных двигателей компании изначально производился в ячейке из пяти станков с двумя операторами, но теперь обрабатывается токарным станком с двумя револьверными головками и двумя шпинделями, который сочетается с устройством подачи прутка и разгрузчиком.

Одним из наиболее трудоемких компонентов является полая секция рулевых валов, которые используются в подвесных двигателях Mercury Marine. Предыдущий процесс представлял собой многомашинную ячейку. Запуском процесса был одношпиндельный токарный станок с одной револьверной головкой и задней бабкой с устройством подачи прутка. Затем его транспортировали на другую машину для работы на сверлильном станке. Затем детали были перемещены на другой станок для бесцентровой шлифовки, а затем перенесены на окончательную операцию зубофрезерования. Этот метод производства деталей использовался десятилетиями. «Я работаю здесь уже 25 лет, и всегда так делали», — говорит Билл Кьюсик, инженер-технолог. В предыдущем процессе с несколькими машинными ячейками использовались два оператора.

В конце концов стало очевидно, что машины в этих камерах необходимо заменить. В поисках современного решения г-н Кьюсик исследовал новое и современное оборудование. «Технология, наконец, догнала нас, и теперь мы могли использовать все процессы на одной машине», — отмечает г-н Кьюсик. «Нам больше не приходилось запускать их на старых зубофрезерных станках».

Крис Эрке, старший программист, комментирует вопрос качества. «Трудно удерживать правильное положение и переходить от одной машины к другой вместо того, чтобы делать все это на одной машине, которой вы можете управлять».

Прекрасный баланс

«Большая часть этого шага для нас была связана с качеством, — говорит г-н Кьюсик. «Это означает, что сделано на одной машине». Команде пришлось тщательно балансировать между мощностью и возможностями машин, количеством машин и прогнозируемыми производственными требованиями. После создания своего рода табло победило одно решение. Г-н Кьюсик обратился к доверенному местному дилеру компании, Morris Midwest, и начал диалог о замене старых ячеек с пятью станками. «Мы составили техническое задание (Техническое задание), в котором объяснили, что нам нужен токарный станок, который будет выполнять весь процесс обработки», — говорит г-н Кьюсик. «У нас было довольно хорошее представление о том, что, по нашему мнению, повлечет за собой получение времени цикла, необходимого при добавлении дополнительных операций».

Г-н Кьюсик и г-н Эрке сообщили Morris Midwest, что, по их мнению, будет работать токарный станок с двумя револьверными головками и двумя шпинделями в сочетании с устройством подачи прутка и разгрузчиком. «С новыми технологиями мы не думали, что это будет проблемой для его производства, поэтому он идет с одного конца и выходит готовым», — отмечает г-н Эрке. «Мы в значительной степени знали, как сделать это полностью, но Morris Midwest выбрала подходящую машину, выполнила все проектирование и обработала все повторы».

Возвышение Франкенлате

В 2017 году на завод 4 был доставлен первый новый комбинированный модуль устройства подачи прутка, токарного станка и разгрузчика. Благодаря своим размерам и возможностям новый станок Okuma LT3000 EX получил ласковое название «Frankenlathe». Вскоре после этого вторая камера (точная копия первой) была расположена рядом с первой, и персонал магазина быстро назвал ее «Невестой Франкенлате».

Три токарных станка Okuma LT3000 EX с устройствами подачи прутка и разгрузчики были добавлены для производства валов.

Оба «франкенлата» окружены оборудованием Edge Technologies, что делает процесс настоящим технологическим преимуществом «одно и готово». Автоматизация, используемая в этой текущей установке, была недостающей частью, необходимой для производства детали «одна-и-готово» с требуемым качеством. Okuma LT3000 EX — это токарный станок с открытой архитектурой, очень гибкий двухшпиндельный токарный центр в классе 8-дюймовых патронов. Этот многофункциональный горизонтальный двухшпиндельный станок объединяет функции токарного станка и фрезерования/сверления на всех револьверных головках.

Первые две ячейки были оборудованы устройствами подачи прутка FMB Turbo 5-65. Это устройства магазинного типа, которые подают стержни длиной до 12 футов и имеют заполненные маслом каналы, которые создают эффект гидродинамического подшипника вокруг вращающихся стержней для плавного хода. Емкость магазина составляет 11 дюймов на стандартных устройствах. Учитывая длину детали и время цикла для этой секции вала, Okuma может обрабатывать довольно много погонных футов труб за смену, поэтому Edge Technologies добавила Edge BarLift, расширенную систему загрузки магазина, которая имеет дополнительные 28 дюймов запаса для дольше работает без необходимости вручную загружать устройство подачи оператору.

FMB Turbo 5-65 12 футов магазинные устройства подачи прутка имеют заполненные маслом каналы, которые создают гидродинамический эффект Беринга вокруг вращающихся прутков для плавного хода.

«Возможно, в прошлом у нас были один или два токарных станка с разгрузчиком, но это, безусловно, самый большой шаг к наиболее распространенному продукту, который мы сделали (разгрузчику)», — говорит г-н Новорацки. «Мы не можем уронить эту деталь, потому что это повредит шлицы. Готовая деталь имеет требования к чистоте поверхности».

Ячейки 1 и 2 были установлены в 2017 году и оснащены устройствами Edge Technologies FleXsys LE (Load/Extract) для процесса разгрузки деталей. Это устройство предназначено для автоматизации крупных деталей, особенно при работе с длинными валами. Он предназначен для подачи и отвода прутка, нарезанного на детали — диаметром до 2,5 дюймов и длиной 37 дюймов — для производства на одношпиндельных токарных станках с ЧПУ. Заготовка 12-футовых труб подается на главный шпиндель Okuma с помощью FMB Turbo 5-65.

Система загрузки расширенного магазина Edge BarLift оснащена дополнительные 28 дюймов запаса для более длительной работы без вмешательства оператора.

Франкенлате 3:рост автоматизации

Третья ячейка прибыла в конце 2019 года с новым серворазгрузчиком Rebel 80, самой последней разработанной компанией Edge Technologies системой автоматического удаления деталей диаметром от 8 до 80 мм. Это более универсальный модуль, чем предыдущая версия, работающая на первой и второй ячейках. У старых устройств не было системы управления, которая взаимодействовала бы с токарным станком, как это делают устройства подачи прутка FMB. Требовалось дополнительное программирование FleXsys LE. Несмотря на то, что после настройки устройства работали хорошо, Mercury Marine попросила Edge Technologies предоставить обновленную конфигурацию разгрузчика, которая устранила бы этот недостаток. Ответом стала разработка Rebel 80 Servo Unloader. Эдж работал над новым разгрузчиком и сделал проблему связи главным приоритетом при установке Mercury. Теперь, в третьей ячейке, Okuma LT3000 EX, устройство подачи прутка FMB и разгрузчик Edge обмениваются данными и работают как одна машина с оптимизацией типа Industry 4.0.

В то время как первые два токарных станка были оснащены FleXsysLE разгрузчики, предназначенные для автоматизации крупных деталей, третья Okuma оснащена серворазгрузчиком Rebel 80, который предназначен для извлечения деталей диаметром от 8 до 80 мм и имеет оптимизированные возможности связи с устройством подачи прутка и станком.

Серворазгрузчик Rebel 80 предлагает несколько способов удаления деталей с различными способами крепления экстрактора к детали для ее вытягивания из противошпинделя. Эти устройства известны как концевые эффекторы. Доступные концевые исполнительные механизмы включают стержневые цанги для захвата по внешнему диаметру, захваты для расширения внутреннего диаметра, трехточечные захваты для наружного диаметра, подающие пальцы, угловые захваты, электромагниты для ферромагнитных материалов и специальные инженерные решения для профилированных и нестандартных заготовок.

Для защиты отделки деталей, в случае шлицов на рулевом валу, V-образный лоток для извлечения мягко укладывает валы на поверхность магазина, покрытую неметаллическим материалом. Наклон стола регулируется, что позволяет разгрузчику «легко выгружать» детали большого диаметра.

Серворазгрузчик Rebel 80 имеет направляющую для осевого смещения, которая позволяет устройству легко отходить от токарного станка для замены вкладышей шпинделя и доступа для обслуживания к задней части токарного станка. Он оснащен подвесным пультом дистанционного управления и диалоговым пультом управления с сенсорным экраном и программированием на основе меню. Система управления также хранит неограниченное количество программ обработки деталей.

В третьей ячейке также были использованы усовершенствования в технологии подачи прутка. FMB Turbo 5-65 был оснащен моделью A с новой системой направляющих каналов с автоматической регулировкой. Полиуретановые направляющие каналы автоматически подстраиваются под нужный диаметр, что позволяет использовать один направляющий канал для стержней диаметром от 5 мм до 65 мм. Эта функция позволяет компании Mercury Marine быстро переходить на другой диаметр вала без изменения набора направляющих каналов. Такая конструкция помогает быстро настроить производство точно в срок.

Наряду с повышением качества деталей эти ячейки дают преимущество в снижении трудозатрат и более эффективном использовании площади. В идеале у г-на Новорацки должен быть чистый лист, чтобы переконфигурировать свой производственный цех по своему желанию. Он объясняет, что его командой движут две вещи:совмещение операций и попытка разделить труд.

В будущем г-н Новорацки считает, что добавление средств автоматизации, таких как устройства подачи и разгрузки прутка, которые использовались на этих токарных станках, станет нормой. «Я не предвижу появления новых ячеек, не имеющих какой-либо автоматизации. Будь то робот FANUC, портальная система, устройство подачи прутка или разгрузочное устройство». Он предсказывает, что это будет что-то, что сведет к минимуму количество труда, необходимого для выполнения работы. «Труд — это награда», — заключает г-н Новорацки.

Из-за более высоких технических знаний, необходимых для работы с такими ячейками, Mercury Marine предлагает курсы для сотрудников, чтобы повысить их навыки. «Это требует от вас более высокого уровня оператора», — говорит г-н Новорацки. Для этого Mercury отправляет своих операторов в местный колледж, где они записываются на курсы механической обработки уровня 1 и уровня 2. После завершения они могут пройти тестирование для получения сертификата NIMS.

Меркурий Марин | https://www.mercurymarine.com

Пограничные технологии | 314-692-8388 | Edgetechnologies.com

Об авторе

Кевин Шульц

Кевин Шульц — профессионал в области рекламы и дизайна. Он имеет 24-летний опыт работы в станкостроении, последние 20 из которых он занимал должность директора по маркетингу OEM-производителя в отрасли точной обработки. Свяжитесь с г-ном Шульцем по адресу [email protected].