Раскрытие эффективности: стратегические преимущества вертикальных обрабатывающих центров

Поставщики вертикальных обрабатывающих центров (ВОЦ) смотрят на 2022 год с оптимизмом. Они ожидают увеличенное использование автоматизации и повышенное осознание преимуществ обработки на оборудовании с более чем тремя осями.

Доступ к большим граням заготовки в одной или двух установках — лишь часть ценностного предложения ВОЦ, по словам производителей оборудования. Автоматизация с роботом перед станком или добавление вращающей оси помогает обеспечить производительность, а понимание кинематики станка — того, как станок движется во времени — является ключом к воспроизводимости.

Широкий спектр выбора, от более простых трехосевых станков до пятиосевых — как 3+2, так и, в меньшей степени, непрерывных версий — дает цехам множество возможностей применить ВОЦ к мало- и крупносерийным партиям. А возможности производства возвращенных деталей предлагают еще один стимул.

Бизнес с ВОЦ идет хорошо

Во-первых, несмотря на неопределенность и запутанную политику вокруг пандемии COVID-19, вступающей в третий год беспорядков, спрос на ВОЦ силен. Однако предложение, неожиданно, вызывает беспокойство.

«Отрасль довольно горячая», — утверждает Джефф Уоллес, генеральный менеджер, национальная инженерия для DMG Mori USA в Хоффман-Эстейтс, штат Иллинойс. «Мы продаем всё, что не прибито гвоздями. Мы продаем вещи, которые прибиты гвоздями. Хорошая проблема: мы продаем всё, что у нас есть; плохая проблема: сроки поставки четыре-шесть недель расширились до четырех-шести месяцев».

ВОЦ популярны во множестве приложений, сказал Уоллес, даже с «некоторыми центрами малосерийного производства, где мы делаем некоторые простые призматические детали. Даже вертикальные трехосевые станки пользуются высоким спросом».

Учитывая дефицит рабочей силы, который только усугубился из-за пандемии, автоматизация ВОЦ стала главной заботой.

«Часто мы видим с вертикальными, что мы можем ретрофитировать вращающую ось, чтобы получить доступ к более чем одной стороне детали. Клиенты хотят автоматизировать как можно больше — даже автоматизировать некоторые вертикальные трехосевые обрабатывающие центры. Добавление вращающей оси или даже двойной вращающей оси, чтобы перевернуть деталь и получить доступ к другой стороне, так чтобы не приходилось вынимать её из тисков и переносить в другие тиски — будь то в этом станке или в другом — очень популярно сейчас. Клиенты смотрят, как они могут оптимизировать эти ВОЦ и получить от них больше продуктивности.

«Хорошее в ВОЦ то, что они относительно недороги и их легко устанавливать. Вы ставите их на пол, и у большинства есть трехточечная система nivelировки. Для клиента начать работу с ВОЦ, особенно для малосерийного производства, очень эффективно по затратам. Спрос высок во всем диапазоне почти по всем нашим продуктам — и это хорошо для отрасли. Мы не единственные; все остальные производители видят похожие условия. Пирог довольно большой, и я рад, что отрасль здорова».

Используя свой калькулятор ROI, DMG Mori помогает проиллюстрировать, как их ВОЦ могут помочь цехам улучшить их итоговую прибыль — особенно «со всем возвращением производства, которое идет. Мы видим много продукции, возвращающейся в США — дешевые призматические детали, которые мы аутсорсили за море за последние 20 лет. Малые и средние цехи стали очень эффективны в изготовлении этих товарных компонентов — вещей, для которых ВОЦ очень хорошо подходит.

«Оговорка там в рабочей силе и хотите ли вы автоматизировать: это установка простого робота перед станком или установка вращающей оси? У нас есть внутренняя группа автоматизации в DMG Mori, и коботы начинают взлетать на этих платформах ВОЦ. Нам даже не нужно добавлять что-то настолько простое, как пневмоцилиндр к двери; мы позволим роботу открыть дверь». Делая эти шаги, сказал Уоллес, клиенты видят прирост производства на пять-шесть процентов.

Многоосевые ВОЦ забирают большую долю на рынке США, заключил он — взрывообразно, на самом деле, с десятикратным увеличением продаж за последние пару лет у DMG Mori. Европа изначально имела преимущество в внедрении, сказал он, но «в типично американском стиле, как только мы просыпаемся, это как: "Хорошо, уходите с дороги". Америка проснулась, снова в основном из-за проблем с рабочей силой. Поскольку люди не хотят делать работу или мы не можем найти таланты, как минимизировать взаимодействие со станком, чтобы сделать деталь? Там сияет многоосевая обработка. Если я правильно подготовлю свою заготовку, мне, возможно, никогда не придется касаться этой детали снова, пока она не будет завершена».

Облегчение автоматизации — это человеко-машинный интерфейс управления Celos компании, который позволяет операторам станков быстро манипулировать рядом роботов для выполнения различных задач. «Мы разработали приложения, которые, если вы поставите робота перед станком, оператору не нужно быть программистом роботов. Есть графический интерфейс с перетаскиванием, помогающий операторам программировать. Наша цель — довести эту технологию до рук людей, чтобы они не так опасались автоматизацию, а чувствовали себя с ней комфортно».

Преимущество ВОЦ

Обычно более легкие в установке, ВОЦ «обычно запускаются и работают за более короткий период времени и предлагают меньше прерываний в повседневном бизнесе», — объяснил Билл Маланче, COO Mitsui Seiki. «Они также обычно меньше по размеру, чем многие горизонтальные, уменьшая общее использование ценного заводского пространства. Дизайн наших станков дает цехам и большим заводам больше возможностей на меньшей платформе. В нашей линейке ВОЦ Vertex ось Y предлагает больший ход, чем ось X, делая общую ширину станка меньше. Большинство ВОЦ обычно шире, чем глубоки».

За свою карьеру Маланче вспомнил, он устанавливал десятки вертикальных станков в компаниях по всей США и за рубежом. «До сегодняшнего дня я все еще иногда встречаю клиента на выставке, который помнит, как я устанавливал их станок, и говорит, что у них он все еще есть, и он все еще держит пару десятых».

Mitsui Seiki делает акцент на станках типа сверлильно-сверлильных с ультравысокой точностью в тесном рабочем конверте, отметил он, делая их идеальными для высокодоходного, малосерийного производства.

«У нас есть один клиент, который производит сложные авиакосмические компоненты, требующие экстремально тесных допусков», — объяснил Маланче. «Вертикальные станки, которые они используют, производят семейство деталей, предназначенных не только для производства, но и для текущей полевой поддержки. Эта среда означает, что станки могут использоваться для производственных целей один день, но могут неожиданно быть вынуждены переключиться на смещение требований полевой поддержки.

«У этого клиента есть квалифицированные становики, производящие детали, но уровень работы не подходит для простого нажатия "пуск цикла"; заготовки имеют многочисленные интегрированные отверстия и процессные проверки, которые нужно делать по мере производства деталей». Этот клиент начал с пяти ВОЦ Mitsui Seiki и теперь имеет 16 в своей операции.

В случаях, когда детали должны сниматься со станков для «впроцессного» контроля КИМ для перехода от операции к операции, Маланче сказал: «мы помогли клиенту полуавтоматизировать процессы, где они могли расставить станки с плитами базовых приспособлений "нулевой точки", чтобы позволить тем же деталям переноситься со станка на станок и на КИМ с минимальной настройкой и верификацией».

Иногда довольно небольшие опциональные улучшения могут быть сделаны к базовым ВОЦ для помощи в автоматизации. Элементы вроде зондов инструмента и шпиндельных зондов могут использоваться для ускорения смен, а включение высокоповторяемых базовых плит нулевой точки может добавить универсальности.

«Но я думаю, что наибольшее преимущество приходит от наличия станков, оснащенных для пятиосевой обработки», — утверждал Маланче. «Хотя добавление пятой оси к большинству ВОЦ обычно дорого впереди, инвестиция того стоит и иногда быстро окупается в критических приложениях. Появление оснащения высокоточными вращающими пятиосевыми столами, встроенными в структуру станка, позволяет производителям преимущество еще большей универсальности в потоке процесса».

Mitsui Seiki спроектировало свои платформы ВОЦ для решения многих уникальных производственных вызовов, продолжил он. Базовая пятиосевая серия Vertex компании предлагается в трех размерах для обработки деталей от 500 мм до 1200 мм в диаметре. «Мы построили их с адаптациями, направленными на решение многих производственных вызовов и новых методологий. Наши станки не построены на общей платформе просто с удлиненными шарнирно-винтовыми парами для больших ходов; они построены на индивидуальных чугунных литьях, спроектированных на годы службы и жизни. Наша самая маленькая версия, Vertex 550-5X с 400-мм вращательным столом, весит 20 000 фунтов, а Vertex 100X в три раза больше. Это не "одноразовые" станки ВОЦ».

Станки Vertex построены с опциями, такими как приводы прямого вращения осевых моторов, необходимые для улучшенного контурного управления на рынке лопаток, добавил он. «У нас есть комбинированные платформенные станки, спроектированные для многопроцессной способности, такой как аддитивное/вычитательное металлическое наложение, фрезерование и шлифование и процесс высокоскоростного электроэрозийного разрушения под названием Blue Arc, который лицензируется через General Electric». С этими опциями пользователи обрабатывают материалы, включая керамику, графит, алюминий, титан, инконел и многое другое.

Такой вид гибкости помогает ВОЦ вернуть свое место на рынке, где за годы требования более высокого производства, в сочетании с уменьшенной рабочей способностью, уступили место ГОЦ с большими сменщиками инструментов, паллетными ченджерами и полноценными гибкими производственными системами. «За то, что казалось относительно коротким периодом времени, потребность в ВОЦ уступила место ГОЦ с большими сменщиками инструментов, паллетными ченджерами и полноценными гибкими производственными системами», сказал Маланче. «Тридцать лет назад большинство средних и полувысокосерийных цехов сильно опирались на ВОЦ по многочисленным причинам, включая время настройки, легкость доступа, легкость обслуживания, доступность квалифицированных рабочих и ассортимент продукции. ВОЦ обрели новую жизнь на рынке высокоточного изготовления деталей».

Станки в движении

Критическая концепция кинематики, или того, как движется станок — это то, на чем YCM Technology USA в Карсоне, штат Калифорния, делает акцент со своим встроенным калиброванием кинематики для североамериканского рынка. Эти пакеты — с такими зондами, измерением длины инструмента и инструментальными шарами — будут стандартными на 3+2 или непрерывных пятиосевых станках YCM, сказал Брайан Хафф, менеджер по бизнес-развитию для Среднего Запада.

По мере того как станок выполняет свои функции, точность может меняться, отметил Хафф, и «обычно оператор подумает, что станок неточен или захват был неточен». Решение этого требует определения центров вращения для четвертой и пятой оси и возможности их калибровки. Исторически производители могли устанавливать центр вращения как часть установки станка, сказал он. «Если клиент борется с точностью, это потребовало бы сервисного вызова, и они возвращались бы, чтобы переопределить эти центры вращения — что может быть дорого. Вещи случаются, станки двигаются, вес заготовки меняется — и другие динамики в игре. Некоторые производители легче приняли важность калибровки кинематики. Поэтому наш интерес — сделать это легким для наших пользователей и операторов; это не потребует сервисного вызова, и у вас будет станок на высшем уровне точности».

Как часто ВОЦ должны калиброваться? Это может быть раз в неделю, раз в месяц или даже ежедневно в зависимости от приложения, советовал Хафф.

«Мы говорим нашим клиентам, что если у вас работа более критическая и вы замечаете большее отклонение, запускайте программу кинематики. Если вы запускаете работу с тесными допусками, запускайте кинематику; запускайте перед работой, запускайте ежедневно, чтобы быть уверенным. Если вы видите отклонение 0,0005" за неделю, возможно, запускайте еженедельно». Это переводится на 0,0127 мм.

Идеально Хафф хотел бы «сделать кинематику нормальным разговором» и попытаться помочь перебросить мост между компаниями, определяющими центры вращения при установке, и теми, кто думает, что калибровка кинематики должна быть легко доступной и быстро выполняемой. «Это становится образом жизни для всех производителей».

Другой способ, которым YCM решает точность — через партнерство с Kessler, чьи шпиндели и головы появляются на вертикальных станках YCM для решения силы зажима для осей A и C или B и C и поддержания жесткости на кончике режущего инструмента. «Наш стандартный шпиндель на нашем пятиосевом станке двойной колонки для штампов пикует на 54 л.с.», — сказал Хафф, или 40,2 кВт. «Это HSK 100, с 16 000 об/мин, который производит полную мощность на 2500 об/мин. Высокая жесткость, крутящий момент, об/мин и л.с. делают действительно универсальную конфигурацию шпинделя и головы. Наша авиакосмическая версия идет до 18 000 об/мин, с шпинделем HSK 63, производящим 94 л.с. [70 кВт], нацеленная на обработку алюминия». Кроме того, партнерство с Kessler дает YCM ресурс на Среднем Западе для ремонта шпинделей.

YCM Technology делает особый акцент на своих пятиосевых станках. Хотя конфигурации 3+2 более популярны, спрос на полную пятиосевую обработку растет, отметил Хафф. Он также видит растущие запросы на автоматизацию.

«Мы последовательно видим запросы на автоматизацию как часть пакета станка. Это не просто паллетизация; мы видим больше принятия и интереса к пик-энд-плейс автоматизации. Это естественное соответствие с пятиосевой обработкой, потому что во многих случаях вы можете, в одной или двух установках, обработать всю заготовку полностью. Закрепление деталей в этом случае критично и то, что у вас нет интерференции приспособлений или зажимов на пути резака. Если вы можете держать заготовку с нижней стороны и позволить пяти граням быть доступными, это идеально. Для закрепления с нижней стороны есть производители, которые спроектировали системы, делающие отличную работу; мы сейчас работаем с компаниями, предлагающими такие типы решений. Также мы предлагаем паллетизированные пакеты автоматизации со станками YCM и дальше развиваем коллаборативные и пик-энд-плейс пакеты автоматизации».

Нацеливание на высокое производство

За последние два-три года большинство запусков ВОЦ Chiron были надежными платформами высокого объема производства, спроектированными для удовлетворения требований обработки крупных авиакосмических и автомобильных компонентов, сказал менеджер по бизнес-развитию Саймон Кнехт из Chiron America в Шарлотте, штат Северная Каролина.

«С этими обрабатывающими центрами, успешно установленными и широко доступными для наших североамериканских клиентов, мы дальше укрепляем наш продуктовый портфель на противоположном конце производственного спектра: высокоточные, микромеханические компоненты», — сказал Кнехт.

В этом году Chiron запускает свой обрабатывающий центр Micro5, разработанный в Швейцарии и спроектированный для малых заготовок — в области 50×50×50 мм, сказал он. «Скорость и динамика этой концепции обработки спроектированы для поддержки клиентов с повышенной производительностью. Наряду с бенчмарками высокой скорости и минимальной движущейся массой, станок является модульной платформой и может быть оснащен интегрированной автоматизацией. Кроме того, Micro5 был спроектирован для гибкого масштабирования, что дает производителям возможность создавать бесшовные производственные линии с множественными станками».

ВОЦ вообще основаны на модульной концепции, объяснил он; обычной практикой является смена от четвертой к пятой оси компоновки. «Многие наши клиенты меняли конфигурацию станка на другую настройку стола, используя четвертую или пятую ось на столе».

Как и другие поставщики, Chiron America решает проблему разрыва навыков операторов. Умная автоматизация «является одной частью решения, обеспечивающей пропускную способность во время запланированных производственных часов», сказал Кнехт. «Технологии автоматизации, особенно роботы, обычно имеют высокую техническую доступность и работают с высокой надежностью. С процессами и ячейками, спроектированными для малых партий, наши решения автоматизации даже способны менять приспособления в станке. В отличие от ручной настройки, которая часто может занимать более часа для смены приспособлений, автоматизация ВОЦ с системой нулевого зажима улучшает пропускную способность и возвращает станок к тому, для чего он предназначен: Обработка. Конфигурации осей обрабатывающего стола Chiron спроектированы для размещения этих методов зажима».

Тренды вроде сдвига к электромобильности и пандемически-напряженным цепочкам поставок требуют больше гибкости от оборудования — делая ВОЦ, уменьшающие настройку, критическим инструментом. «Способность быстро сменить заготовку на станке движет подход к уменьшению количества установок и завершению максимального количества операций в том же станке», сказал Кнехт. Интегрированная смена заготовок Chiron позволяла погрузку и выгрузку деталей пока их пятиосевые ВОЦ работают.

Использование этой гибкости и применение ВОЦ для многих разных заготовок «приведет к осязаемым выгодам в терминах ROI», заключил Кнехт. «Слишком много раз я видел выделенное оборудование, которое стоит без дела после потери заказа или проекта, пока производитель не может использовать станок в полной мере».