Автоматизация выводит производство деталей для ракет на орбиту

Появление частных компаний по разработке космических аппаратов изменило среду производства компонентов ракет и спутников. Ранее правительственные организации, в том числе НАСА и Министерство обороны США, спонсировали большую часть производства, связанного с космосом. Теперь состоятельные предприниматели, стоящие за Blue Origin, SpaceX и Virgin Galactic, продвигают космические технологии следующего поколения.

Растущий частный космический бизнес представляет собой новую отрасль с новыми отношениями, новыми требованиями и новыми возможностями для производителей.

Grey Manufacturing Technologies — один из поставщиков, выигравший от этого. Мастерская в Денвере, Северная Каролина, воспользовалась этими возможностями, применив передовые технологии обработки и, что наиболее важно, технологии автоматизации для удовлетворения растущих потребностей космической отрасли.

Ассортимент продукции Gray высок, а объемы отдельных деталей невелики. «Подавляющее большинство нашего бизнеса — это либо аэрокосмические [самолеты], либо космические и спутниковые компоненты», — сказал Гэри Холкомб, президент и главный исполнительный директор Compass Precision, материнской компании Грея. «Большинство работ состоит из пяти-десяти деталей, и большинство из них отличается от предыдущих работ. Это не совсем прототипы, а сложные детали в очень небольших объемах, и мы отправляем до 100 заказов в месяц».

Поскольку компании-производители космических аппаратов постоянно модифицируют и совершенствуют свои технологии, часто происходят технические изменения. «Мы можем изготовить пять деталей для клиента, затем он может заказать еще пять деталей, но с другими размерами», — пояснил Холкомб. «Есть частые уведомления об изменениях и множество изменений в производственных графиках. Мы можем получить шесть заказов через три месяца, но через неделю им понадобятся два заказа раньше, а два других будут перенесены из производственного графика».

Автоматизация оказалась ключевым компонентом подхода Грея к услугам по механической обработке космических и спутниковых изделий. «Когда мы впервые заговорили об автоматизации, мы смотрели на нее с точки зрения производственных мощностей, — сказал Эван Гроуз, руководитель производственного отдела Gray Manufacturing. «У нас не было места, чтобы снова и снова загружать одну и ту же деталь на один и тот же поддон».

Чтобы увеличить время безотказной работы шпинделя и гибкость производства, цех приобрел два пятиосевых обрабатывающих центра MILL E 700 U от GF Machining Solutions LLC, Линкольншир, Иллинойс, расположенных в ячейке, которая включает в себя модульный робот System 3R Transformer вместе с 12- Станция загрузки поддонов. Робот едет по рельсу, чтобы переставлять поддоны в машины и из них, а также загружать и выгружать поддоны в автономном режиме на станции загрузки. Эти объединенные возможности обеспечивают расширенные операции отключения света в Грей.

Автоматизация GF Machining Solutions позволяет Грею эффективно справляться с малообъемными и разнообразными рабочими нагрузками. «Гибкость оборудования очень важна, — сказал Холкомб. «В течение дня мы сосредотачиваем наши ресурсы на выполнении одно-, двух- или пятикомпонентных заданий для космических заказчиков. Затем, перед тем как пойти домой, мы беремся за некосмическую работу — по сути, более объемные аэрокосмические задания, которые уже запрограммированы, — и выполняем ее ночью. Мы используем то, что предлагает MILL E 700 с точки зрения программируемости, для сложных, очень маленьких партий в течение дня, а затем используем возможности автоматизации для несколько более объемных, не связанных с космосом работ, которые мы выполняем без промедления».

В отличие от типичных систем с несколькими поддонами, которые могут ограничивать объем необслуживаемой продукции тем, что загружено на поддоны до выключения света, роботизированная система Transformer удаляет поддоны с завершенной работой из машины и заменяет их загруженными поддонами. Затем он выгружает и снова загружает детали на простаивающие поддоны, в то время как обработка продолжается непрерывно. «Мы называем это автоматизацией для автоматизации, — сказал Холкомб.

Для автоматической работы в программе обработки устанавливается обнаружение поломки инструмента. Если инструмент ломается, машина останавливается и меняет инструмент. Станки MILL E 700 U имеют более чем достаточно места для хранения инструментов, чтобы поддерживать длительную необслуживаемую работу Грея, с компенсацией износа инструмента и заменой избыточного инструмента, вызванного в программе по мере необходимости.

«Мы пошли по пути автоматизации из-за возрастающей сложности нашей работы и из-за того, что труднее найти сотрудников с нужными техническими навыками», — пояснил Холкомб. «Мы выбрали надежного робота-трансформера вместо шарнирного робота, потому что способность обрабатывающего центра выполнять сложные движения делает ненужным использование полностью шарнирного робота», — добавил он.

Холкомб сказал, что альтернативой роботизированной системе автоматизации может быть больше машин, «и в зависимости от того, сколько машин используется, больше людей, потому что мы не можем ожидать, что оператор будет управлять семью или восемью машинами. Исходя из наших текущих объемов заказов и без робототехники, нам потребуются как минимум еще три машины, в общей сложности пять и еще два человека. И на данном этапе нашего бизнеса найти людей сложнее, чем приобрести машины».

Хотя в настоящее время объемы деталей невелики, ожидается увеличение объемов, что позволит цеху в полной мере использовать возможности пятиосевых станков Mikron MILL и роботизированной паллетной системы. "Большие объемы в данном случае не означают миллионы штук, – сказал Холкомб. – Нам нужно несколько десятков штук, а не пять-десять".

Автоматизация будет приобретать все большее значение по мере роста и развития бизнеса коммерческих космических аппаратов. По словам Холкомба, в магазине происходит переход на более крупные объемы деталей, которые он уже запрограммировал. Это означает меньшую потребность в программировании и большую потребность в увеличенном машинном времени, которое обеспечивает автоматизированная ячейка GF Machining Solutions.

Далее Холкомб сказал, что скорость обработки, в дополнение к автоматизации, имеет решающее значение для успешного производства компонентов аэрокосмической и космической техники, большинство из которых требует обработки сложных алюминиевых деталей на высоких оборотах.

В дополнение к двум машинам в автоматизированной ячейке у Грея есть Mikron MILL E 500 U и MILL S 600 с каруселями на семь паллет. Один станок имеет шпиндель со скоростью вращения 36 000 об/мин, другой — 20 000 об/мин.

По словам Джерри Сутса, бывшего генерального директора и президента Gray Manufacturing, а ныне консультанта, Грей придерживается подхода к обработке «одной установки», способствуя быстрому реагированию и эффективности цеха. Чтобы достичь этой производственной цели на пятикоординатном фрезерном станке, объяснил Соотс, Грей оставляет стратегически расположенные выступы толщиной от 0,005 до 0,010 дюйма на необработанных заготовках и захватывает заготовку в приспособлении типа «ласточкин хвост», что позволяет обрабатывать все элементы детали.

Крепление обеспечивает большое расстояние между нижней частью детали и станком. Благодаря этому в мастерской можно получить доступ к элементам, находящимся под ним, и обрабатывать их под любым углом. Когда деталь готова, ее измеряют на КИМ; когда это соответствует требованиям, они удаляют вкладки.

Растущая индустрия частного космического производства создает новые отношения между космическими компаниями и их поставщиками. Тридцать лет назад поставщикам приходилось предлагать свои возможности аэрокосмическим компаниям, которые, как правило, не занимались активным поиском поставщиков. Если компонент не был частью программы создания нового самолета, изменения в конструкции компонента были редкостью.

«Сегодня коммерческие космические компании делают все на лету, — сказал Холкомб, — это совершенно другое мышление. Они настойчиво ищут квалифицированных поставщиков, способных реагировать на их постоянный поток новых продуктов и постоянные изменения конструкции.

«Последние сертификаты ISO и AS 9100D являются минимальной квалификацией. Вы должны быть очень технически компетентны. Вы должны иметь возможность изготавливать эти сложные детали в относительно небольших объемах, иногда из алюминия, иногда из более сложных материалов. Вы должны быть достаточно гибкими, чтобы приспособиться к гибкости, которую они требуют при планировании производства. Наши пятиосевые фрезерные станки и средства автоматизации от GF Machining Solutions играют ключевую роль в выполнении всех этих требований».

Для получения информации о Gray Manufacturing Technologies посетите сайт grey-mfg.com или позвоните по телефону 704-489-2206. Для получения информации о решениях GF Machining Solutions посетите сайт www.gfms.com или позвоните по телефону 800-282-1336.