Автоматизация выводит производство ракетных деталей на новую высоту

Появление частных компаний по разработке космических аппаратов трансформировало производственную среду для ракетных и спутниковых компонентов. Ранее государственные организации, включая NASA и Министерство обороны США, спонсировали большинство космического производства. Теперь обеспеченные предприниматели за Blue Origin, SpaceX и Virgin Galactic движут прогрессом следующего поколения космических технологий.

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

Gray Manufacturing Technologies — один из поставщиков, получающих выгоду. Денверский, штат Северная Каролина, цех воспользовался этими возможностями с применением передовых технологий обработки и, что наиболее важно, технологий автоматизации для удовлетворения растущих потребностей космической промышленности.

Продуктовый микс Gray высок, а индивидуальные объемы деталей низки. «Подавляющее большинство нашего бизнеса — это либо авиакосмическая [авиация], либо космические и спутниковые компоненты», — сказал Гэри Холкомб, президент и CEO Compass Precision, материнской компании Gray. «Большинство заказов — от 5 до 10 штук, и большинство отличаются от предыдущих заказов. Это не совсем прототипы, а сложные детали в очень малых объемах, и мы отправляем более 100 заказов в месяц».

Поскольку космические компании постоянно модифицируют и улучшают свои технологии, инженерные изменения часты. «Мы можем сделать 5 деталей для клиента, потом они могут заказать еще 5, но с другими размерами», — объяснил Холкомб. «Есть частые уведомления об изменениях и много перемещений в и из производственных графиков. Мы можем получить 6 заказов, срок которых через 3 месяца, но через неделю им нужно два заказа раньше, а два других выходят из производственного графика».

Автоматизация оказалась ключевым компонентом подхода Gray к услугам обработки космических и спутниковых продуктов. «Когда мы впервые говорили об автоматизации, мы смотрели на это с точки зрения проблемы мощности», — сказал Эван Гроус, менеджер по операциям Gray Manufacturing. «У нас не было места, чтобы продолжать загружать одну и ту же деталь снова и снова на одну и ту же паллету».

Для увеличения времени работы шпинделя и производственной гибкости цех приобрел два пятиосевых обрабатывающих центра MILL E 700 U от GF Machining Solutions LLC, Линкольншир, штат Иллинойс, расположенных в ячейке, включающей модульный робот System 3R Transformer вместе с 12-паллетной загрузочной станцией. Робот ездит на рельсах для переключения паллет в и из станков, а также для загрузки и выгрузки паллет офлайн на загрузочной станции. Эти комбинированные возможности обеспечивают расширенные бесфонарные операции в Gray.

Автоматизация GF Machining Solutions позволяет Gray эффективно обрабатывать свою нагрузку с малым объемом/высоким смешением. «Гибкость оборудования очень важна», — сказал Холкомб. «Днем мы фокусируем свои ресурсы на изготовлении 1-, 2- или 5-детальных заказов для космических клиентов. Затем, перед уходом домой, мы берем не-космическую работу — в основном более крупносерийные авиакосмические заказы, которые уже запрограммированы — и запускаем их ночью. Мы используем то, что MILL E 700 предлагают в плане программируемости для сложных, очень малых партий днем, затем используем возможности автоматизации для несколько более высокого объема не-космической работы, которую мы запускаем бесфонарно».

В отличие от типичных много-паллетных систем, которые могут ограничивать количество беспилотного производства тем, что загружено на паллеты до выключения света, роботизированная система Transformer удаляет паллеты с завершенной работой из станка и заменяет их загруженными паллетами. Затем она выгружает и перезагружает детали на простаивающих паллетах, пока обработка продолжается без перебоев. «Мы называем это автоматизацией для автоматизации», — сказал Холкомб.

Для беспилотной операции обнаружение поломки инструмента задано в программе обработки. Если инструмент ломается, станок останавливается и меняет инструмент. Станки MILL E 700 U имеют более чем достаточное хранилище инструментов для поддержки расширенных беспилотных операций Gray, с компенсацией износа инструмента и замещением резервного инструмента, вызванных в программе по необходимости.

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

Альтернатива роботизированной системе автоматизации — больше станков, сказал Холкомб, «и в зависимости от того, сколько станков используется, больше людей тоже, потому что мы не можем ожидать, что оператор будет управлять семью или восемью станками. Исходя из наших текущих уровней заказов и без робототехники, нам нужно было бы минимум три станка больше, всего пять, и еще два человека. И в данный момент нашего бизнеса труднее найти людей, чем приобрести станки».

Пока объемы деталей сейчас низки, более высокие объемы ожидаются, что позволит цеху полностью эксплуатировать возможности пятиосевых станков Mikron MILL и роботизированной паллетной системы. «Более высокие объемы в этом случае не означают миллионы штук», — сказал Холкомб, «Нам нужно несколько десятков штук вместо 5-10».

Автоматизация станет еще важнее, по мере роста и зрелости коммерческого космического бизнеса. По словам Холкомба, цех испытывает миграцию к более высоким объемам деталей, которые уже запрограммированы. Это означает меньший спрос на программирование и больший спрос на расширенное время станка, которое обеспечивает автоматизированная ячейка GF Machining Solutions.

Холкомб продолжил, что скорость обработки, помимо автоматизации, критична для успешного производства авиакосмических и космических компонентов — большинство из которых требует обработки сложных алюминиевых деталей на высоких оборотах.

Помимо двух станков в автоматизированной ячейке, у Gray есть Mikron MILL E 500 U и MILL S 600 с 7-паллетными каруселями. У одного станка шпиндель 36 000 об/мин, у другого 20 000 об/мин.

Внося вклад в отзывчивость и эффективность цеха, Gray привержен подходу «одна установка» к обработке, согласно Джерри Суту, бывшему генеральному менеджеру Gray Manufacturing и президенту, а теперь консультанту. Для достижения этой производственной цели на пятиосевом фрезерном станке, Суутс объяснил, Gray оставляет стратегически размещенные вкладки толщиной 0,005"-0,010" на сырых заготовках и зажимает работу в ласточكينном хвосте приспособлении, позволяющем обрабатывать все элементы детали.

Приспособление обеспечивает достаточное расстояние между нижней частью детали и станком. Благодаря этому цех может достичь элементов снизу и обрабатывать под любым углом. Как только деталь готова, она измеряется на КИМ; когда она соответствует, они снимают вкладки обработкой.

Растущая частная космическая производственная индустрия создает новые отношения между космическими компаниями и их поставщиками. Тридцать лет назад поставщикам нужно было предлагать свои возможности авиакосмическим компаниям, которые обычно не активно искали поставщиков. Если компонент не был частью новой авиационной программы, изменения дизайна детали были редки.

«Сегодня коммерческие космические компании делают всё на лету», — сказал Холкомб, «Это совершенно другая ментальность. Они агрессивно ищут квалифицированных поставщиков, которые могут быть отзывчивы к их постоянному потоку новых продуктов и текущим изменениям дизайна.

«Последние ISO сертификации и AS 9100D — минимальные квалификации. Вы должны быть очень технически компетентны. Вы должны уметь делать эти требовательные детали в сравнительно низком объеме, иногда в алюминии, иногда в более сложных материалах. Вы должны быть достаточно гибкими, чтобы вместить текучесть, которую они требуют в производственном планировании. Наши пятиосевые фрезерные станки и автоматизация от GF Machining Solutions играют ключевую роль в достижении всех этих требований».

Для информации о Gray Manufacturing Technologies посетите gray-mfg.com или звоните 704-489-2206. Для информации о GF Machining Solutions посетите www.gfms.com или звоните 800-282-1336.