Оптимизация проектирования деталей и компонентов повышает эффективность и ценность

Milltronics Manufacturing Company, производитель ЧПУ-станков (компьютерных числовых систем управления), расположенная в Ваконии, Миннесота, является крупным производителем и поставщиком высококачественных, экономически эффективных machining-центров, токарных и фрезерных станков мастерских и мостообразных фрезерных станков, продаваемых как в США, так и за рубежом.

В течение своего почти 25-летнего история Milltronics несколько раз меняла свою маркетинговую философию, чтобы выжить в очень конкурентном бизнесе. Изначально они производили и продавали ЧПУ-системы (компьютер, запрограммированный размерной информацией, который управляет движениями фрезерных станков) отечественным производителям станков. По мере того как на рынок выходило всё больше импорта, американские производители выбывали, убежденные, что больше не могут конкурировать.

С уменьшением числа отечественных производителей Milltronics начала продавать готовые решения, устанавливая свои ЧПУ на импортные станки. Дополнительные государственные санкции практически истощили их источник станков, а также источник чугуна для немногих оставшихся клиентов. В этот момент их единственным оставшимся выбором было строить станки самим. Это был путь, который многие пробовали раньше и потерпели неудачу. Разница была в том, как они это сделали. Milltronics приписывает большую часть своего успеха минимизации количества деталей в своих станках и проектированию компонентов, решающих несколько задач.

Они назвали свою новую линейку продуктов «Partner» (Партнер), что определяет общее отношение компании. Milltronics разработала «партнерство» со своими сотрудниками, поставщиками и клиентами. Эта стратегия, в свою очередь, повлияла на технические возможности, конкурентные цены и переопределение целого сегмента станков.

Именно через это партнерство компания/поставщик Milltronics решила тревожную инженерную проблему, угрожавшую качеству и будущему дизайну одной из самых популярных линеек продуктов — ЧПУ machining-центров. Компания устанавливала на станках коллекторные DC-серводвигатели, которые не могли предложить техническое и производительное превосходство бесколлекторных AC-серводвигателей.

Когда производитель станков решил установить бесколлекторные двигатели на machining-центр серии VM17, Роберт Пейдж, электроинженер, отвечающий за сервоприводы и двигатели, стал неотъемлемой частью этого инженерного изменения. «Мы определили в начале этого проекта, что рынок требует бесколлекторные системы», — говорит г-н Пейдж, — «в основном из-за их скорости и надежности». На рынке были некоторые быстрые коллекторные DC-двигатели, но по сравнению с более новой бесколлекторной технологией они считались устаревшими. «В целом», — отмечает г-н Пейдж, — «бесколлекторные двигатели быстрее, и необходимость менять щетки или беспокоиться о пределах коллекции устраняется».

Компания экспериментировала с различными комбинациями сервоприводов и двигателей от разных производителей в течение 18-месячного периода. В некоторых случаях они тестировали продукты одного производителя; в других — смешивали и подбирали. «Наши результаты не были слишком хороши», — заявляет г-н Пейдж. «У нас всё еще были проблемы, и мы продолжали исследовать варианты, которые были бы проще в использовании и более надежны».

Компания начала рассматривать сигма-сервосистему от Yaskawa Electric (Нортбрук, Иллинойс), компактную высокопроизводительную комбинацию бесколлекторных серводвигателей, согласованных с гибкими полностью цифровыми усилителями. Семейство продуктов Sigma обеспечивало более высокое соотношение момента к инерции, более высокий момент на единицу длины и более высокий момент на доллар, чем другие системы, которые они анализировали.

Питер Дженнузо, региональный менеджер по продажам группы продаж станков Yaskawa, организовал поставку бесколлекторных серводвигателей, приводов и кабелей в Milltronics для установки на machining-центр, запланированный к отгрузке на выставку IMTS в сентябре 1996 года. «Я был очень впечатлен скоростью и общей производительностью этого прототипа», — заявляет г-н Пейдж. «Он вызвал огромный интерес у клиентов на выставке, которые в то время становились более проницательными в технологии и производительности бесколлекторных AC-цифровых двигателей».

Технические представители Yaskawa также были очень поддерживающими. «Каждый раз, когда мы просили о помощи, они немедленно приезжали к нам работать с нашими людьми. Я знаю, что один техник провел два дня на нашем объекте, чтобы убедиться, что приводы полностью согласованы соответствующим образом», — сказал г-н Пейдж. «Поддержка всегда была очень хорошей — одна из вещей, которая нам понравилась с самого начала. Они вышли из своего пути, чтобы предоставить нам разные модели Yaskawa Sigma серво для тестирования в наших прототипах, и не колебались забирать те, которые мы не выбрали. Yaskawa дала нам инструменты, необходимые для первоначального открытия и запуска процессов. Кривая обучения была быстрой благодаря их инженерным усилиям и техническим знаниям, предоставленным на заводе».

«Наши инженерные тесты с использованием бесколлекторных серводвигателей и приводов показали отличные результаты», — добавил г-н Пейдж. «Они работали точно так же каждый раз, когда их включали — от станка к станку. Это сделало мою жизнь намного легче, потому что теперь мне не нужно тонко настраивать серводвигатели и приводы. Они абсолютно единообразны и всегда работают».

В последнее время Milltronics проводит гораздо более строгое тестирование, чтобы гарантировать точность своих станков. Одним из самых строгих является тест Renishaw с шаровым баром. Станок запрограммирован вырезать круг, который измеряется на круглость, чтобы увидеть, насколько близко он к теоретически идеальному. Это сложная операция для двигателей и систем управления станков. Она комплексная, так как измеряет все аспекты станка. По словам г-на Пейджа, бесколлекторные серводвигатели выдают круглые, гладкие круги — каждый раз.

Настройка системы, установка параметров, автонастройка, мониторинг производительности и устранение неисправностей делаются намного легче с SVMON, программным пакетом системы Sigma. «Очень легко в использовании», — отметил г-н Пейдж. «SVMON позволяет подключить кабель RS-232 к передней панели привода и загрузить параметры примерно за 15 секунд. Файл параметров поддерживается для каждой оси этих станков, поэтому мы просто включаем приводы, загружаем параметры, и они готовы к работе».

Тим Рашлегер, главный операционный директор, думал на ранней стадии тестирования, что бесколлекторные серводвигатели и приводы Sigma Servo и, соответственно, более высокий технологический уровень, который они предоставляют, будут слишком дорогими — что это будет стоить слишком дорого, и кривая обучения может быть слишком длинной, чтобы запустить продукт. Но это оказалось совсем иначе. «Стоимость перехода на Yaskawa Sigma Servo на самом деле была меньше, чем предыдущие усилия», — сказал он. «Я думаю, это впадает в четыре категории. Во-первых, кривая вывода продукта на скорость и готовность была очень быстрой. Во-вторых, цена была лучше, чем мы думали. Когда цена была учтена в наших объемных цифрах, их было легко оправдать. В-третьих, технически на цехе, двигатели и приводы Sigma Servo собираются быстрее и тестируются быстрее. Устранение неисправностей минимально, потому что они работают. И в-четвертых, когда они выходят в поле, у нас нет затрат на замену и сервис и, следовательно, недовольных клиентов. Так что общая стоимость использования Yaskawa Sigma Servo оказывается выгодной по сравнению с тем, что может быть более низкой технологией.

Линейка продуктов Milltronics разделена на machining-центры и станки мастерских. Две трети бизнеса идут от линейки machining-центров, а одна треть генерируется от продуктов мастерских. Существует шесть моделей machining-центров Milltronics, от 25 на 16 дюймов до 100 на 30 дюймов перемещения стола, и до 20 л.с. для тяжелой обработки. Все они, за исключением начальной модели, изготавливаются с двигателями и приводами Sigma Servo. «С производственной точки зрения, было очень продуктивно строить несколько моделей с теми же серводвигателями», — говорит г-н Рашлегер. «Раньше нам приходилось покупать несколько разных размеров DC в больших количествах для получения лучших цен, а затем держать большой склад. Благодаря ценности Yaskawa в диапазоне 40 и 50 дюймов, мы можем покрыть несколько моделей станков одним сервопродуктом».

Быстрые перемещения VM16 с DC-сервоприводами составляют 400 дюйм/мин (ipm). Большинство других machining-центров в линейке, использующих Yaskawa, значительно выше — около 800 ipm типично. «Когда вы продаете станок с 400 ipm против станка с функцией 800 ipm, это разница, которую делают Yaskawa AC-сервы по сравнению с коллекторными DC», — объясняет г-н Рашлегер. «Мы не давим ни одну технологию за разумные пределы, и надежность обеих технологий, честно говоря, очень хороша. Однако клиенту, которому нужно производство на станке или выполняющему высокоскоростное фрезерование углов, будет смотреть на функцию 800 ipm благоприятно.

«Также скорость подачи при угловой обработке при реальном резании металла расширена на AC-цифровых сервах. Это было бы очень требовательно для DC. С другой стороны, AC-сервы, благодаря своей низкой инерции и очень высокой производительности, отлично подходят для проектов, требующих высокоскоростную обработку и трехмерное фрезерование.

«У нас Yaskawa Sigma сервы в поле уже более шести месяцев, поэтому их значительное количество в использовании», — отмечает г-н Рашлегер, — «и у меня никогда не было ни одного сообщения о том, что какой-то из них оказался недостаточным по размеру. Что бы они ни публиковали, спецификация склонна быть очень консервативной. Иногда ранее были вопросы о толкаче станка, когда использовались DC того же размера, но это не было проблемой с бесколлекторными Sigma сервами и приводами. И это значительно.

«Надежность этих продуктов была исключительной — выше любых, которые мы когда-либо использовали в терминах эксплуатации. Наш сервисный отдел не сообщал ни об одном полевом отказе в первые шесть месяцев отгрузок, что, честно говоря, феноменально.

«Мы заметили, что некоторые наши конкуренты начали производить некоторые свои сервы», — сказал г-н Рашлегер. «Мы рассмотрели этот вариант, и он просто не имеет смысла. Освоить эту технологию — овладеть и максимизировать её — просто не является экспертизой, на которую мы чувствуем, что должны тратить свои ресурсы. Продукты очень конкурентоспособны. Yaskawa гораздо более компетентна в производстве этого продукта технически правильно, чем любая частная компания-производитель станков. С нашей точки зрения, нецелесообразно проектировать и делать это самим, и мы продолжим закупать эту часть станка. Чтобы сделать сердце наших machining-центров лучшим возможным, мы выбрали Yaskawa сервы.

«Мы уже определили, что переход на бесколлекторные Sigma сервы был очень хорошим решением для компании», — заявил г-н Рашлегер. «Мы очень взволнованы тем, что это сделало для нас. Мы просто жалеем, что не сделали изменение шесть месяцев раньше, потому что мы платим цены за другие решения. Тот факт, что 100% нашего использования AC-цифровых приводов — это Yaskawa, действительно говорит об уверенности, которую мы имеем в продукте и деловых отношениях».

Станки мастерских невероятно конкурентоспособны, поэтому каждый доллар считается в этой линейке продуктов. Требования к этим станкам обычно находятся в области DC-технологии.

Milltronics производит свои собственные ЧПУ-системы, поэтому технические достижения в продуктах Yaskawa действительно ценятся», — говорит г-н Рашлегер. Milltronics недавно представила высокоскоростное управление Centurion с передовой технологией, включая такие функции как 3D цветная графика и высокоскоростное контурирование. Но оно всё равно не будет выполнять свою максимальную производительность, если не будет согласовано с сервоприводом с таким же улучшенным технологическим уровнем. Внедрение двух технологий дало Milltronics передовой превосходство в производительности. Machining-центры с этим уровнем производительности обычно стоят в два раза дороже.

«Что вдохновляет в нашей компании, это то, что там происходит настоящее производство», — сказал г-н Рашлегер. «Мы доказываем, что технология существует в Америке для того, чтобы «голубая фишка» компания могла успешно производить качественные, ценностно-ориентированные продукты и продавать их во всем мире. Мы считаем, что производственная база — это самое вдохновляющее, что происходит». MMS