Один пятиосевой процесс, 10 элементов автоматизации

Автоматизация очевидна даже для неопытного глаза, когда наблюдаешь за новой пятиосевой машиной Phoenix Proto с набором поддонов из шести станций и системой загрузки поддонов (то же самое касается одной из ее трехосных машин с аналогичным оборудованием). Тем не менее, есть и другие, возможно, более тонкие элементы автоматизации, которые составляют пятиосевой процесс цеха. На самом деле, именно эти элементы позволяют процессу неоднократно обеспечивать допуски и чистоту поверхности, требуемые для компонентов алюминиевых форм в цехе, при минимальном вмешательстве человека, если таковое вообще имеется, корректируя неотъемлемые переменные, которые могут неблагоприятно повлиять на точность обработки и производительность.

Этот момент, касающийся пропускной способности, важен, поскольку цель цеха в Сентервилле, штат Мичиган, — предоставить клиентам собранные алюминиевые формы в течение трех недель, поэтому крайне важно быстрое получение качественных, обработанных компонентов оснастки.

Боб Ламмон, президент компании, говорит, что алюминий по-прежнему широко используется для изготовления прототипов и «мостовой» оснастки (формы, временно используемые для того, чтобы позволить компании начать литье под давлением пластиковых деталей для новых продуктов, ожидая завершения изготовления оснастки для производства стали). Однако он отмечает повышенный интерес к алюминиевым формам, используемым для производства вместо традиционных стальных.

«В зависимости от геометрии и состава отлитой под давлением детали можно получить 50 000 выстрелов из алюминиевой формы без покрытия», — объясняет г-н Ламмон. «В некоторых случаях этого может быть достаточно для поддержки производственных нужд. Однако при закалке алюминиевых форм до твердости 54 HRC с помощью такой технологии, как используемый нами процесс покрытия твердым никелем Nibore, можно получить 1 миллион или более выстрелов для неабразивной смолы и, возможно, 250 000 для абразивной смолы, наполненной стекловолокном. .”

Пресс-формы, которые производит цех, используются в самых разных областях, включая детали для бытовой техники, автомобилей, бытовой техники, медицины и производства огнестрельного оружия. Это приводит к большому количеству размеров пресс-форм, функций и геометрий, которые зона обработки должна быстро обрабатывать. Г-н Ламмон говорит, что естественным решением казалась автоматизация высокоскоростного пятиосевого процесса обработки, позволяющая сократить длительные периоды автоматического производства самых сложных компонентов пресс-формы. Это он понимает, как я узнал во время недавнего посещения магазина в Мичигане.

Дополнения к автоматизации

Phoenix Proto имеет три высокоскоростных станка и три обычных станка с ЧПУ. Первым автоматизированным обрабатывающим центром, который был добавлен в цех, был трехосевой станок Roeders RXP500, приобретенный в 2012 году. Этот станок с линейным двигателем со скоростью вращения 42 000 об/мин оснащен системой смены поддонов RCE 1 с набором поддонов из шести станций. В настоящее время он используется в основном для обработки компонентов, таких как основания пресс-форм и блоки полостей.

Сегодня почти вся обработка полостей и стержней пресс-форм выполняется на новом пятиосевом станке Roeders RXP601DSH с более крупной системой смены поддонов RCE 2. Этот первый и (по крайней мере пока) единственный пятиосевой станок в цехе был установлен в начале 2016 года. Как и высокоскоростные трехосевые Roeders, он также оснащен шпинделем со скоростью вращения 42 000 об/мин и приводами с линейным двигателем. с разрешением 1 нм. Линейные двигатели являются ключом к быстрому перемещению, обеспечивая скорость быстрого перемещения 2362 дюймов в минуту. Кроме того, они обеспечивают меньшее трение, чем шарико-винтовые пары, что снижает энергопотребление.

Пятиосевой станок с рабочим диапазоном 21,3 на 25 на 15,7 дюймов и максимальным весом заготовки 440 фунтов имеет конструкцию в виде цапфы с поворотом оси А в диапазоне ±115 градусов. Другое вращательное движение обеспечивается диском оси С на цапфе. По словам Мэтта Байерса, президента Roeders of America, конструкция цапфы, в которой шпиндель не обеспечивает движения оси вращения, имеет тенденцию быть более жесткой, чем альтернативные пятиосевые платформы станка, что позволяет выполнять тяжелые резы. Кроме того, низкий центр тяжести заготовки снижает силу инерции, что снижает любые эффекты опрокидывания или наклона при высокоскоростном движении.

Г-н Байерс также считает, что запатентованная технология управления машиной дает преимущества для высокоскоростного фрезерования, которое выполняет Phoenix Proto. Двумя важными параметрами для эффективного высокоскоростного фрезерования являются упреждающий просмотр и скорость обработки блоков. ЧПУ RMS6 на базе ПК обеспечивает просмотр вперед на 10 000 блоков и скорость обработки блоков 0,1 миллисекунды.

Высокая производительность, ставшая возможной благодаря малому времени цикла станка с использованием высокоскоростной техники обработки, дополняется всеми элементами автоматизации, включенными в этот процесс. Вот 10 элементов автоматизации, которые я заметил во время своего визита:

1. Система загрузки и пул поддонов

Автоматическая система смены поддонов RCE 2 пятиосного станка имеет набор поддонов с шестью станциями, хотя в цеху иногда приходится закреплять более одной детали на поддоне. Каждый поддон имеет размеры 23,6 на 15,7 дюйма.

По запросу Phoenix Proto был изменен захват системы загрузки. Изначально никакие детали не могли выступать за края поддона. Изменив захват так, чтобы он поднимал снизу поддона, система теперь может загружать более крупные заготовки. Теперь размер детали ограничен только мощностью машины, а не загрузчиком.

Магазин использует программное обеспечение для управления заданиями Roeders для планирования и управления заданиями. Он пытается планировать длительные работы на ночь и в выходные дни, в настоящее время работая в одну 12-часовую смену пять дней в неделю. С другой стороны, он пытается убедиться, что настроено достаточно краткосрочных заданий, чтобы компьютер мог оставаться занятым сам по себе.

2. Машина

Пятиосевая обработка сама по себе является формой автоматизации. Существует два типа пятиосевых процессов:оконтуривание и позиционирование (также известное как «3+2»). Phoenix Proto выполняет позиционирование 3+2 на этой машине в 75% случаев. Для этого станок использует свои две дополнительные оси вращения только для углового наклона заготовки, а затем фиксирует ее в этом положении. После этого он выполняет операцию по трем осям в этой ориентации. Одним из преимуществ является то, что это дает инструменту доступ к пяти сторонам детали в одном креплении. Это сводит к минимуму количество наладок, количество станков, на которых в противном случае могла бы пройти деталь, и, таким образом, количество «прикосновений» к детали во время производства (т. е. это «автоматизация»).

Возможность наклона деталей с помощью 3+2 также позволяет инструментам глубоко проникать в детали для создания сложных элементов пресс-формы, таких как глубокие ребра. В некоторых случаях это устранило вторичные электроэрозионные операции с грузилами и связанную с этим необходимость механической обработки электродов. Кроме того, используемые державки с термозажимом имеют меньший диаметр, чем цанговые конструкции, что обеспечивает дополнительный зазор.

С 3+2 магазин также может использовать более короткие и жесткие фрезы. Более быстрые и агрессивные резы можно выполнять с помощью более коротких инструментов без такого большого риска вибрации или дребезга, как при использовании более длинных инструментов. Вибрация и вибрация могут привести к ухудшению качества поверхности, что, в случае с Phoenix Proto, потребует больше ручного труда для компонентов пресс-формы или даже вторичной электроэрозионной обработки для достижения качественной отделки, что продлит общее время производства. Цех также может увеличить срок службы инструмента для концевых фрез со сферическими наконечниками, поскольку, когда детали наклонены под разными углами, можно использовать больший радиус инструмента, а не только его вершину. Обработка других участков радиуса, а не вершины (точки, где скорость вращения равна нулю) также приводит к улучшению качества поверхности.

3. Сенсорное зондирование

После того, как новая деталь загружена в станок, автоматическая процедура измерения с помощью контактного щупа определяет положение нескольких точек на детали или удерживающем устройстве, чтобы установить точное положение детали на станке. Затем ЧПУ станка автоматически настраивает собственную рабочую систему координат, чтобы она соответствовала ей. Это устраняет ручное выравнивание деталей, подталкивание деталей и другие трудоемкие операции, которые в противном случае потребовались бы для выравнивания и выравнивания детали в соответствии с системой координат станка.

4. Цикл автоматической калибровки

Пятиосный станок имеет различные охлаждающие каналы в основании, рельсах, каретках и так далее, поэтому эти компоненты не будут расширяться из-за внутренних источников тепла. Однако, чтобы адаптироваться к колебаниям температуры окружающей среды внутри магазина (скажем, с начала дня до конца дня), можно выполнить цикл автоматической калибровки с помощью сенсорного датчика.

По словам г-на Байерса, цикл калибровки Roeders осуществляется иначе, чем у большинства других производителей станков. Он говорит, что эти циклы обычно требуют, чтобы поддон, загруженный в данный момент в машину, был удален и заменен другим поддоном с инструментальным шаром. Затем этот шар исследуют, чтобы определить, насколько сильное смещение его местоположения произошло из-за изменений температуры окружающей среды в магазине. И наоборот, цикл Редерса не требует удаления существующего поддона с заготовкой. Станок оснащен прецизионно отшлифованными призмами на литой оси цапфы и литой оси двигателя, которые измеряются для определения любых изменений положения и, при необходимости, автоматически компенсируют эти изменения. Phoenix Proto выполняет эту процедуру калибровки один раз в месяц, если не замечена проблема, и иногда выполняет ее перед критическим чистовым проходом.

5. Компенсация роста шпинделя

Г-н Байерс говорит, что некоторые производители станков создают алгоритмы для каждого станка перед отправкой покупателю, чтобы примерно определить, насколько его шпиндель будет расширяться при разных скоростях и времени работы. Однако он отмечает, что практически невозможно учесть все различные способы, которыми клиент может использовать машину в течение дня. Пятиосевой станок Phoenix Proto имеет дополнительную автоматическую систему компенсации шпинделя, которая адаптируется к расширению (или сжатию) шпинделя в режиме реального времени. В системе используется бесконтактный датчик, прикрепленный к L-образному рычагу, расположенному рядом с торцом шпинделя (см. фото в слайд-шоу выше). Датчик с нанометровым разрешением определяет, насколько шпиндель расширяется или сжимается во время работы, и передает эту информацию обратно в ЧПУ для регулировки оси Z вверх или вниз для компенсации. Это особенно важно для операций с пятью осями, поскольку при наклоне детали рост шпинделя может повлиять на расположение наконечника инструмента по всем трем линейным осям, а не только по оси Z. Автоматическая компенсация помогает обеспечить хорошее, стабильное качество поверхности и переходы.

6. Настройка лазерного инструмента на станке

После каждой смены инструмента длина и диаметр нового инструмента автоматически измеряются с помощью встроенного в станок лазерного щупа Blum для наладки инструмента. (Лазерный щуп, а также калибровочный шарик контактного щупа расположены за пределами зоны обработки в устройстве смены инструмента, поэтому они защищены от стружки и охлаждающей жидкости.) Магазин определяет диапазон допусков для каждого диаметра инструмента. Если датчик обнаружит, что диаметр инструмента выходит за пределы допуска, он не позволит выполнять обработку с использованием этого инструмента. Например, если 0,250-дюймовая шаровая концевая фреза имеет размеры ±0,0002 больше или меньше, она не будет использоваться. Это относится и к длине резака.

Перед этим лазер определяет, не сломался ли заменяемый инструмент. Если инструмент сломан, но его планируется использовать для последующих заданий, поставленных в очередь в пуле поддонов, он не остановит производство этих заданий. «Например, если обнаружится, что инструмент в пятой позиции ATC сломан, станок удалит часть, в которой этот инструмент сломался, загрузит следующее запланированное задание и будет выполнять это задание, пока не достигнет этапа, когда инструмент в позиции пять будет использоваться», — объясняет сын г-на Ламмона Скотт, операционный директор компании и один из двух, кто программирует и настраивает пятикоординатный станок. «Затем машина удаляла эту деталь и переходила к следующему заданию в очереди. Этот процесс будет продолжаться для каждого загруженного задания».

7. Регулировка сопла охлаждающей жидкости

Вместо того, чтобы использовать только обычные гибкие сопла подачи СОЖ, которые необходимо позиционировать вручную, пятикоординатный станок имеет систему подачи СОЖ, которая автоматически регулирует направление потока СОЖ к точке резания, независимо от длины инструмента. Направление сопла регулируется с помощью М-кода на основе известной длины следующего инструмента, установленного в шпинделе.

8. Функция программирования автоматического наклона

Крис Клаар — технический менеджер Phoenix Proto, который также программирует и настраивает пятиосевой станок. Он говорит, что в 2010 году мастерская провела исследование времени, сравнив свое предыдущее программное обеспечение CAD/CAM с программным обеспечением Cimatron. «Мы перешли на Cimatron после того, как наше исследование показало 30-процентную экономию времени программирования по сравнению с другим программным обеспечением», — объясняет г-н Клаар. «Одна функция, позволяющая сэкономить время, — это функция автоматического наклона по пяти осям. Поскольку у нас есть все компоненты станка, а также заготовка, приспособление и инструменты, смоделированные в программном обеспечении в 3D, функция автоматического наклона может определить, на какой глубине фреза или оправка ударит по детали, а затем автоматически наклонить деталь, чтобы предотвратить сбой и разрешить продолжение операции». Программное обеспечение также использует эти 3D-модели, чтобы программисты могли выполнять автономное моделирование операций обработки для обнаружения потенциальных сбоев.

9. Проверка синтаксиса

В дополнение к тому, что программисты запускают автономное моделирование в Cimatron для каждой программы, они также используют функцию проверки синтаксиса в элементе управления Roeders, которая автоматически проверяет программу и постпроцессор для выявления любых ошибок до того, как это задание будет запланировано.

10. Перезапуск программы

Если есть необходимость остановить машину в середине программы, программисту не нужно вручную заходить в размещенную программу, искать номер строки, на которой машина была остановлена, а затем стирать весь код выше этого. поэтому он перезапускается в правильном положении, в котором он остановился. С управлением Roeders оператор просто вводит номер строки в командный файл, и он автоматически считывает программу и перезапускается оттуда.

Автоматизация для спокойствия

Несмотря на то, что Phoenix Proto много думал о стратегии автоматической обработки, он понимает, что может произойти непредвиденное. Вот почему как трех-, так и пятиосевые станки Roeders настроены на отправку текстовых или электронных предупреждений с сообщениями об ошибках. Также можно удаленно входить в систему управления машинами с помощью онлайн-программы Team Viewer, так же, как специалисты по обслуживанию Roeders могут выполнять удаленную диагностику машины, чтобы понять, нужно ли заменить компонент или привод. быть настроены и так далее. (На самом деле, с помощью этого программного обеспечения можно выполнять настройку привода удаленно, говорит г-н Байерс.)

Тем не менее, у магазина есть еще один вариант. Между двумя машинами Roeders к потолку была подвешена камера, к которой ее программисты могут получить доступ через свои телефоны, чтобы посмотреть, что происходит (см. фото в слайд-шоу в верхней части этой страницы). Они могут поворачивать камеру и увеличивать масштаб станка или его экрана ЧПУ, чтобы увидеть (и услышать) состояние текущих заданий. «Как бы мы сейчас ни были заняты, я буду проверять свой телефон в определенное время в течение ночи, потому что отключенная машина действительно может внести морщины в наш график», — говорит г-н Клаар. «Как будто я стою у станка».