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航天零部件的熄燈加工
【機(jī)床商務(wù)網(wǎng)欄目 名企在線】商業(yè)航天的出現(xiàn)改變了航天器和衛(wèi)星部件的制造。此前，包括美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)和美國(guó)國(guó)防部(U.S. Department of Defense)在內(nèi)的政府機(jī)構(gòu)資助了大部分與太空相關(guān)的制造。現(xiàn)在，Blue Origin、SpaceX和維珍銀河(Virgin Galactic)背后富有的企業(yè)家正在推動(dòng)下一代航天技術(shù)的進(jìn)步。
GF加工解決方案的System 3R Transformer模塊化機(jī)器人為兩臺(tái)MILL E700U加工中心運(yùn)送托盤，以及在裝載站離線裝卸托盤。(所有圖片均由GF加工解決方案提供)
不斷增長(zhǎng)的商業(yè)航天業(yè)務(wù)為制造商帶來(lái)了新的要求和新的機(jī)遇。
Gray制造技術(shù)公司是受益的供應(yīng)商之一。這家位于美國(guó)北卡羅來(lái)納州丹佛市的工廠正利用這些機(jī)會(huì)，將先進(jìn)的機(jī)械加工技術(shù)——最重要的是自動(dòng)化技術(shù)——應(yīng)用到制造環(huán)節(jié)中。
Gray公司的產(chǎn)品組合很多，但單個(gè)零件的數(shù)量卻很低。Gray公司的母公司Compass Precision總裁兼首席執(zhí)行官Gary Holcomb說(shuō)：“我們的絕大多數(shù)業(yè)務(wù)要么是航空飛機(jī)，要么是航空器和衛(wèi)星部件。大多數(shù)訂單都是5-10件，而且大多數(shù)都與以前的工作不同。它們不完全是原型，而是體積很小的復(fù)雜零件，我們每月制造超過(guò)100種零件。”
由于航天器公司不斷修改和改進(jìn)他們的設(shè)計(jì)，因此工程變更頻繁。“我們可能會(huì)為客戶制造五個(gè)零件，然后他們可能會(huì)再訂購(gòu)五個(gè)，但尺寸不同，”Holcomb說(shuō)道，“同時(shí)，生產(chǎn)計(jì)劃也不斷更改。比如，我們可能會(huì)收到6個(gè)需要我們?cè)?個(gè)月內(nèi)交貨訂單，但一周后其中2個(gè)訂單的交貨時(shí)間提前，另外2個(gè)訂單則被取消。”
自動(dòng)化已被證明是Gray公司機(jī)械加工車間的關(guān)鍵組成部分。“當(dāng)我們第一次談到自動(dòng)化時(shí)，我們是從產(chǎn)能問(wèn)題來(lái)看的，”Gray公司制造運(yùn)營(yíng)經(jīng)理Evan Grose說(shuō)， “我們沒(méi)有足夠的空間在同一個(gè)托盤上一遍又一遍地裝載相同的零件。”
為了保證主軸正常運(yùn)行時(shí)間和生產(chǎn)靈活性，該車間從伊利諾伊州林肯郡GF加工解決方案那里購(gòu)買了2臺(tái)五軸MILL E 700 U加工中心，同時(shí)還有1個(gè)System 3R Transformer模塊化機(jī)器人和1個(gè)12托盤裝載站。機(jī)器人將托盤送入或取出機(jī)床，以及在裝載站離線裝卸托盤。這些組合功能為Gray公司實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間的熄燈加工。
為了增加主軸的正常運(yùn)行時(shí)間和生產(chǎn)靈活性，Gray公司從GF加工解決方案購(gòu)買了兩臺(tái)五軸MILL E 700 U加工中心，這些加工中心位于一個(gè)自動(dòng)化單元中，其中包括一個(gè)System 3R Transformer模塊化機(jī)器人和一個(gè)12托盤裝載站。
GF的自動(dòng)化單元使Gray公司能夠有效地處理其小批量/高混合訂單。“設(shè)備的靈活性非常重要，”Holcomb說(shuō)，“白天，我們將資源集中在為航天客戶制作1件、2件或5件的工作上。然后，在我們下班之前，我們會(huì)安排非航天零部件的加工工作——基本上是已經(jīng)編程好的大批量零件，適合在晚上加工。”
與傳統(tǒng)的多托盤系統(tǒng)可能會(huì)在熄燈之前限制無(wú)人看管的托盤的裝載量不同，Transformer機(jī)器人系統(tǒng)完全不受裝載物品的限制，它可以不間斷地從機(jī)床中取出已完成工作的托盤，送入新的托盤，保持機(jī)床不停工。
對(duì)于熄燈加工，刀具破損檢測(cè)也至關(guān)重要。如果刀具損壞，機(jī)床會(huì)停止并更換刀具。MILL E 700U機(jī)床有足夠的刀具存儲(chǔ)空間，并且可根據(jù)需要在程序中調(diào)用刀具磨損補(bǔ)償和冗余刀具替換功能。
為了在MILL E 700 U機(jī)床上進(jìn)行五軸銑削，Gray公司在原始工件上加工出0.005"- 0.010"厚的凸舌，并將工件夾在燕尾槽夾具中。
“我們走上了自動(dòng)化的道路，因?yàn)槲覀兊墓ぷ髟絹?lái)越復(fù)雜，而且很難找到擁有合適技術(shù)技能的員工，”Holcomb說(shuō)，“我們選擇了Transformer機(jī)器人而不是關(guān)節(jié)式機(jī)器人，因?yàn)榧庸ぶ行哪軌蜻M(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，因此無(wú)需使用全關(guān)節(jié)式機(jī)器人。”
隨著航天器業(yè)務(wù)的發(fā)展和成熟，自動(dòng)化將變得更加重要。根據(jù)Holcomb的說(shuō)法，越來(lái)越多的零件將是已編程過(guò)的。這意味著GF自動(dòng)化單元提供的編程需求減少，而對(duì)延長(zhǎng)機(jī)床運(yùn)行時(shí)間的需求增加。
Holcomb繼續(xù)說(shuō)，除了自動(dòng)化之外，加工速度對(duì)于航天器零部件生產(chǎn)至關(guān)重要——其中大部分需要以高轉(zhuǎn)速加工復(fù)雜的鋁制零件。
除了自動(dòng)化單元中的兩臺(tái)機(jī)器外，Gray公司還有1臺(tái)配備7托盤傳送帶的Mikron MILL E 500 U和1臺(tái)MILL S 600。一臺(tái)機(jī)器的主軸轉(zhuǎn)速為 36,000rpm，另一臺(tái)機(jī)器的主軸轉(zhuǎn)速為20,000rpm。
Gray公司前總裁兼總經(jīng)理、現(xiàn)任顧問(wèn)Jerry Soots表示，為了提高車間的響應(yīng)能力和效率，Gray公司致力于采用“單一設(shè)置”的加工方法。Soots解釋說(shuō)，為了在五軸銑床上實(shí)現(xiàn)這一生產(chǎn)目標(biāo)，Gray公司在原始工件上加工出0.005"-0.010"厚的凸舌，并將工件夾在燕尾形夾具中。
夾具保證了零件底部與機(jī)床之間的距離。正因?yàn)槿绱耍毒呖梢杂|及零件下方并從各個(gè)角度進(jìn)行加工。零件完成后，將在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上進(jìn)行測(cè)量；當(dāng)它符合要求時(shí)，操作人員會(huì)用機(jī)器切掉多余的凸舌。
GF加工解決方案使Gray公司能夠有效地處理其小批量/高混合工作量。
蓬勃發(fā)展的私人航天制造業(yè)正在航天器公司與其供應(yīng)商之間建立新的關(guān)系。三十年前，供應(yīng)商不得不向航空航天公司推銷他們的能力，而這些公司通常不會(huì)積極尋找供應(yīng)商。除非某個(gè)部件是新飛機(jī)計(jì)劃的一部分，否則很少有部件設(shè)計(jì)更改。
“今天，商業(yè)航天公司的心態(tài)發(fā)生了徹底的改變，”Holcomb說(shuō)，“他們正在積極尋找能夠?qū)λ麄冊(cè)丛床粩嗟男庐a(chǎn)品和持續(xù)的設(shè)計(jì)變更做出響應(yīng)的合格供應(yīng)商。”
“ISO認(rèn)證和AS 9100D是最低要求。你必須非常有技術(shù)能力。你必須能夠以相對(duì)較小的占地面積制造這些要求嚴(yán)苛的零件，它們有時(shí)使用鋁材，有時(shí)使用更難的材料。你必須足夠敏捷，以適應(yīng)他們?cè)谏a(chǎn)調(diào)度中所需的靈活性。對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，來(lái)自GF加工解決方案的的五軸銑床和自動(dòng)化在實(shí)現(xiàn)所有這些需求方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。”Holcomb說(shuō)。
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