Революция в обработке: инновационный центр, балансирующий точность и гибкость

Как знает каждый, связанный с металлообрабатывающим производством, битва между выделенной технологией обработки и гибкой технологией продолжается в машиностроительных цехах по всему миру. Нападение высокого микса и низких объемов в металлообработке неоспоримо и, скорее всего, неостановимо. Кажется, это проникает во все аспекты обработки.

Эти общие термины — высокий микс, низкие объемы — относительны. Для формовочного цеха, например, партия в 5 штук может считаться «большим объемом». У поставщика уровня II большой объем может быть 500 000 штук и более. И относительно говоря, тот же поставщик уровня II с 500 000 штук мог скорректировать производство по сравнению с предыдущими 1 000 000 на основе общих тенденций производства последних десятилетий. Сегодня тот же «большой объем» может быть больше похож на 5000 штук. Это относительно.

В поиске капитального оборудования, позволяющего цеху оптимизировать производство под реалии современных требований, существует множество конфигураций станков. Одна из таких конструкций представлена здесь. Она называется Multicenter (Мультицентр) и разработана как своего рода мост между высокосмешанным, гибким производством и высокообъемной, выделенной обработкой.

Морфинг ротационно-переносный

Чтобы узнать больше о концепции Multicenter, мы говорили с Маурицио Порта, вторым поколением владельца Porta Solutions, г. Брешиа (Италия). Североамериканский офис в Ньюингтоне (Коннектикут). Основанная в 1958 году его отцом Оскаром, компания начинала со спецстанков для разных применений и видела изменения в требованиях выделенного и гибкого производства.

«Изначально мы производили ротационно-переносные станки», — говорит г-н Порта. «Эти станки отражали время, когда станок строили под деталь. Деталь была королем, и создание выделенных инструментов, оптимизирующих её производство, было правилом игры».

Традиционно в ротационно-переносной технологии цех получал заказ, а затем проектировал производственную систему вокруг детали. Некоторые заказы могли работать практически без изменений годами. Поскольку жизненные циклы продуктов сократились, выделенные производственные станки стали менее оправданными во многих приложениях, прежде всего потому что их переоснастка под новый заказ сложна, дорога и обычно просто не стоит усилий.

В 2005 году Porta представила свое решение противостояния выделенному станку против гибкого — Multicenter. Идея была в том, чтобы соединить выделенную технологию обработки, спроектированную под конкретную деталь, с платформой обработки, которая могла бы легко переоснащаться при смене микса деталей.

Центрированный на четырехстанционном каруселе, станок в самой популярной конфигурации имеет три модуля горизонтальных фрезерных центров (HMC). Четвертая станция на столе — загрузочно-разгрузочная, может быть облугованной или автоматизированной.

Каждый из модулей HMC способен на 3- или истинную 4-осевую обработку на каждой станции. Модули работают последовательно, но управляются независимо. Станок может производить одну деталь, одну деталь в нескольких операциях или несколько разных деталей одновременно. Все четыре разные детали будут обработаны всеми тремя шпинделями перед возвратом на загрузочно-разгрузочную станцию готовыми.

С тремя шпинделями операции обработки могут варьироваться по необходимости, добавляя гибкости станку. Один оборот четырехстанционной паллетной карусели может произвести готовую деталь, четыре готовые детали или их вариацию. Однако г-н Порта говорит, что большинство применений используют последовательную последовательность обработки.

Г-н Порта рассказывает об одном применении, где клиент производил три разные детали за один цикл Multicenter. «Эти детали шли в сборку, так что каждый цикл станка производил полный комплект деталей», — говорит г-н Порта. «После обработки детали собирали и отправляли клиенту. Очень эффективное применение».

Multicenter по сравнению с ГЦС

ГЦС начинают получать больше инвестиций в цехах, работающих с высоким миксом и малым объемом. У них инhérентная гибкость и они легко адаптируются к автоматизации с помощью паллетных челноковых систем для ввода-вывода работы. Плюс инструментоемкость горизонтального дизайна превосходит главного конкурента — ВЦС.

Опросы, проведенные внутренним исследовательским бизнесом Production Machining — Gardner Intelligence, показывают значительный рост прогнозов покупок ГЦС: на 85% больше, чем цифры за 2017 год.

Однако г-н Порта отмечает: если объемы и сложность деталей требуют больше одного ГЦС, Multicenter находит свою нишу. «Это мост между очень высоким производством спецстанка и меньшим объемом с гибкостью ГЦС», — говорит он. «Multicenter находится между этими двумя классами станков, и это стандартный станок, а не спецстанок, что делает сроки поставки намного короче».

Станок спроектирован для рабочего куба 10 дюймов (254 мм), хотя дизайн масштабируем для более крупных деталей. Каждый из трех фрезерных центров обслуживается собственным менялкой инструментов, 12 позиций стандарт на каждом. Большая емкость до 40 инструментов на каждом доступна при необходимости. У каждого шпинделя три оси на конце инструмента и четвертая поворотная ось на каждом рабочем столе. Все оси управляются ЧПУ Fanuc или Siemens.

Меньшая площадь, меньше энергии

Конструкторское преимущество Multicenter, говорит г-н Порта, в том, что типичный клиент, которому нужно три-четыре ГЦС для достижения производственных цифр, получает их в одной платформе. Станок легче управлять, потребляет меньше энергии и занимает меньше пола.

Площадь под ГЦС с его зонами загрузки/разгрузки немал. «Теперь умножьте эту площадь на три и вещи становятся довольно крупными», — говорит г-н Порта. «Потому что Multicenter — это по сути три ГЦС на одной платформе, он занимает всего 87 кв.м. Мы считаем, что три типичных ГЦС с сопутствующей автоматизацией займут 240 кв.м».

Multicenter по сравнению с тремя автономными ГЦС потребляет на 50% меньше энергии, по словам г-н Порты. Он приводит цифры: 51 кВт·ч для Multicenter против 120 кВт·ч для трех фрезерных центров при эквивалентном производстве.

Эти показатели обоснованы сокращением избыточных аксессуаров, говорит он. Например, три фрезерных центра приводят три системы автоматизации, три стружкоудавителя и три паллетных менялки. Кроме того, обслуживание трех платформ требует больше затрат, чем одной.

Две целевые группы клиентов

По словам г-н Порты, у Multicenter две целевые группы. Поскольку компания строилась на высокообъемных спецстанках, Multicenter спроектирован как центр объемного производства.

«Некоторые клиенты дедицируют Multicenter под одну деталь, как спецстанок», — говорит г-н Порта. «Эти цеха производят автомобильные объемы в диапазоне 700 000–1 000 000 деталей в год в некоторых случаях. Врожденные преимущества трех фрезерных центров на одной платформе — снижение затрат за счет меньшего пола, меньше энергии и меньшего труда — всё еще работают в этих применениях».

Где Multicenter отличается от своего спецстаночного прошлого — в способности быть стоимостно конкурентоспособным в малобъемных приложениях. «Некоторые клиенты используют Multicenter для выполнения производственных заказов, которые не высокого объема, а высокого микса», — говорит г-н Порта.

Для этой второй целевой группы типичны партии от 500 до 5000. Эти цеха обычно не делают детали для склада, а выполняют «спотовые» заказы.

Эти цеха склонны использовать мощность Multicenter для реакции на заказы по мере поступления. Станки в таких заказных цехах оснащены для гибкого производства, а не выделенного.

Быстросменная зажимная система

Структура Multicenter довольно отличается от ГЦС. Основа станка — сварная коробчатая структура. Внутри коробки четырехстанционный ротационный стол несет паллеты обработки. Коробка имеет три стены с модулем фрезерного центра на каждой со своими направляющими. Четвертая стена открыта для доступа загрузочно-разгрузочной станции к рабочей зоне.

Разрабатывая Multicenter, Porta спроектировал систему зажима гибкой. На каждой из трех паллет станка установлен приемник, который может индексироваться для позиционирования или непрерывно для контурирования по оси B паллетом. Приемники стандартизированы и остаются на паллете.

Зажимы для конкретных заготовок монтируются на приемнике и открываются/закрываются под ЧПУ, гидравлика постоянно контролируется системой управления. Переустановка выполняется простой заменой зажимов на приемнике. Это дает время переустановки 30 секунд.

Для доступа к пятой грани заготовки приспособление спроектировано для индексации на 90 градусов, чтобы открыть эту грань шпинделю. Обычно это делается на шпинделе три, но может быть на всех, если нужно. Приспособления также способны на опцию U-оси, если требуется точечное точирование для завершения детали.

Запуск программы

Программирование для трехшпиндельного Multicenter относительно просто. У каждого модуля фрезерного центра своя страница в управлении Fanuc или Siemens, так что программирование по сути — один трехосевой станок с осью B за раз. Программирование идет последовательно от шпинделя один к двум к трем.

Хотя эффективно работают три отдельные программы одновременно, не нужен отдельный контроллер синхронизации. Оба бренда ЧПУ, которые использует Porta, обеспечивают синхронизацию программ в фоне управления.

Поскольку станок имеет три шпинделя и обычно выполняет последовательные операции, балансировка циклического времени для исключения простоя важна. Porta разработала программный пакет с Microsoft под названием Energy Characterization (Энергетическая характеристика).

Считывая потребление мощности от двигателей шпинделей, ПО эффективно снижает мощность для легких резов и передает её, через рекуперативное торможение, шпинделю, использующему больше мощности. Чистый результат — оптимизированное потребление энергии.

Porta совместима с возможностями подключения Industry 4.0. Некоторые программы развития довольно продвинуты. Доступная информация, будь то производство 1 000 000 деталей или 500 деталей, ценна для любого производителя. Данные присоединяются к стружке как валюта металлообрабатывающего производства.