Почему ЧПУ многошпиндельный центр MetalQuest повышает точность и эффективность

С открытия в 1996 году MetalQuest фокусировалась на внедрении мультизадачных технологий. Её последнее дополнение — этот восьмишпиндельный многошпиндельный станок, который сейчас запускает семейство из пяти деталей.

Когда Скотт Хармс начал свой контрактный машиностроительный бизнес MetalQuest в 1996 году, президент компании настроил его иначе, чем другие. Первый станок компании в Хеброне (Небраска) был трехосевым ЧПУ токарным станком с приводным инструментом. Цель — сделать мультизадачность своей нишей, обрабатывая детали полностью, а не гоняя их по токарному и фрезерному станкам, как это обычно делали другие цехи в то время. Сегодня все её станки, кроме одного в инструментальной комнате, имеют некоторую комбинацию контршпинделя и приводного инструмента. Компания также имеет 13 роботов FANUC в своём ныне 51 000 кв. футов объекте, покупая их напрямую у FANUC и интегрируя самостоятельно.

MetalQuest фокусируется на средне- и высокообъемной работе для ряда отраслей, используя комплексную внутреннюю систему управления цехом, разработанную вице-президентом и COO Скоттом Волком, отслеживающую все операционные метрики. Одна работа, которую они запускают с начала 2000-х — семейство из пяти деталей с похожими цилиндрическими геометриями с гексагональными и полированными элементами. Цех изначально запускал эти детали на трех Y-осевых токарных центрах с приводным инструментом, но эта работа была лишь маргинально прибыльной на этом оборудовании. Кроме того, цех ранее использовал гексагональный пруток (сталь 12L14) для этой работы, потому что детали имели гексагональный элемент и было меньше всего материала для удаления по сравнению с традиционным круглым прутком. Однако гексагональный пруток тенденциозно был изогнутым, поэтому цех переключился на круглый пруток. Это еще больше удлинило время цикла из-за дополнительного материала, который нужно было обработать.

Хармс не хотел отбрасывать эту работу, потому что применение не было для нефтегазового рынка, рынок, который, по его ощущениям, цех слишком сильно нацеливал. Вместо этого было больше смысла найти более продуктивный способ обработки этого конкретного семейства деталей, чтобы оставаться более диверсифицированным в плане отраслей, которые цех обслуживал.

Ответ пришел в виде восьмишпиндельного многошпиндельного станка Index MS40-8, первого многошпиндельного станка цеха. «Учитывая наш фокус с первого дня на внедрении оборудования, технологий и процессов, которых у других цехов нет, этот тип мультизадачного станка был следующим логическим шагом для нашего цеха», — говорит Хармс.

«Решение о покупке этого многошпиндельного станка свелось к удовлетворению трех потребностей», — добавляет Волк. «Мы хотели более прибыльные детали, мы хотели диверсифицироваться от нефти и газа, и мы хотели добавить технологию, которая дальше отличает нас от других цехов. Этот станок отмечает все эти пункты». (См. видео дня въезда станка на gbm.media/movein.)

Сердце этого станка — его компактный шпиндельный барабан, который, как говорит Index, использует трехчастное соединение Хирта для обеспечения точной обработки в каждой позиции. Шпиндели в барабане жидкостно охлаждаемые и предлагают бесконечно регулируемое управление скоростью. Станок MetalQuest также был оснащен двумя качающимися синхронными головками (пикап-шпинделями) для операций обратной обработки.

«В зависимости от детали, обратная обработка может быть ограничением платформы многошпиндельного станка», — объясняет Хармс. «Если у вас только один обратный шпиндель и деталь требует значительной обратной обработки, то самый длинный процесс обратной обработки диктует время цикла детали. Мы специфицировали второй шпиндель, чтобы гарантировать, что длительные операции обратной обработки не станут узким местом для будущих деталей, которые мы, вероятно, запустим на этом станке помимо текущего семейства из пяти».

Для этого семейства деталей многошпиндельный станок обрабатывает 30 000 деталей в месяц / 450 000 деталей в год. Хармс говорит, что это составляет примерно 45% мощности этого станка. Время цикла сократилось с почти двух минут на Y-осевых токарных центрах до 15 секунд на многошпиндельном станке. Плюс, перевод этой работы на новый многошпиндельный станок освободил мощность на тех других трех токарных центрах для запуска других заказов.

Переустановка на новую деталь в семействе быстра, потому что цех использует тот же диаметр стального прутка для всех деталей, устраняя необходимость менять коллеты пруткового загрузчика. Смена нескольких режущих инструментов может быть всем, что нужно.

Выделенный предустановщик

Первый день производства многошпиндельного станка был 15 января (я случайно посещал цех в тот день.) MetalQuest также приобрела предустановщик инструментов Zoller Hyperion (свой третий предустановщик) специально для использования с многошпиндельным станком. У этого предустановчика инструментальные блоки установлены на индексируемом столе, позволяя устанавливать инструменты в той же ориентации, в какой они были бы в станке. Он также предлагает автоматическое измерение инструментов и имеет движение по оси Y для возможности корректировки высоты центра сверлильных стержней, например.

Цех также делает этот предустановщик, конкретно его возможности ПО Pilot, более интегральной частью своих процессов управления цехом. Волк говорит, что ПО «заполняет пробелы того, что ERP не делает». Он мигрирует листы наладки заказов из своей комплексной, самописной системы управления цехом в ПО Zoller, к которому можно получить доступ офлайн на ПК. Это имеет смысл, считает он, потому что он чувствует, что предустановка инструментов центральна для обеспечения точности обработки.

Преимущества виртуальной среды

С моего визита, хотя, MetalQuest выиграла очень значительный новый заказ для многошпиндельного станка, который одновременно использует 59 из 62 доступных осей станка. Хармс называет это «безумной наладкой», но виртуализационное ПО Index Virtual Machine было ключевым в его реализации.

Он говорит, что Virtual Machine — это программная платформа, которую предлагает Index, являющаяся цифровым клоном конкретного станка, настолько, что она привязана к реальному серийному номеру станка. ПО позволяет цеху безопасно «запускать и настраивать» станок офлайн.

«Ты оснащаешь всю программную среду ничем не иначе, как ты бы сделал с реальным станком», — объясняет он. «Каждая держава инструментов, которую предлагает Index, имеет доступный .stl файл, и мы можем смонтировать их в точных локациях, как в реальном станке. Оттуда мы строим наш список режущих инструментов, пишем код, устанавливаем любые применимые параметры станка и затем смотрим, как станок виртуально режет деталь точно так же, как реальный станок бы сделал».

Хармс говорит, что это помогает цеху проверить, что коллизий не будет, и даже возможно виртуально измерять детали по мере их виртуальной обработки. Это делается офлайн, чтобы не прерывать производство.

«Из-за сложности этой новой детали мы потратили около двух недель на программирование и наладку станка в Virtual Machine, пока реальный всё еще работал на другом заказе», — объясняет Хармс. «К тому моменту, когда мы сняли станок с линии для наладки под новый заказ, у нас были все державы организованы и готовы к установке, а также полностью проверенный обработки код, так что мы могли быстро переустановиться».

Есть ли у вас робот, бросающий конфеты?

Операция MetalQuest обладает высокоавтоматизированным объектом 51 000 кв. футов с 13 роботами FANUC. Она покупает роботов напрямую у FANUC и выполняет всю интеграцию сама. Фактически, в цеху есть четыре робота, бросающих конфеты. Точнее, четыре, которые могут быть адаптированы для выполнения бросания конфет, когда не обслуживают станки на полу цеха.

MetalQuest интегрировала функцию бросания конфет в эти роботы, чтобы везти их на местные ярмарки карьеры или показывать на своих открытых дверях. (Она выбирает, какой из четырех использовать, основываясь на их производственных нагрузках.)

Эти компактные единицы позволяют компании демонстрировать и начинать разговор о том, как современные машиностроительные и производственные компании — высокотехнологичные операции. Пользователи выбирают из двух вариантов конфет (Nerds или шоколад Hershey) с помощью кнопок на контрольной панели. Робот использует свою способность к зрению, чтобы найти выбранную конфету, подобрать вакуумным зажимом и затем бросить её кому-то или в корзину, как показано ниже. «Как вы можете представить, это помогает нам выделяться из толпы на ярмарках карьеры и подобных событиях», — говорит Скотт Волк.