图1 这9台有20年历史的Cincinnati翼板铣床对于满足华盛顿州Auburn波音工厂的生产需要具有重要的作用。据波音公司表示,在由CNC Engineering进行翻新之前,计划外停运时间给整个工厂的生产率带来了负面连锁反应
华盛顿州Auburn波音工厂对9台有着20年历史的翼板铣床进行了翻新工作,减少了机床停运时间并提升了安全性和生产率。
据波音公司网站所述,自波音737客机于1968年首次投入商业化服务以来,世界各地的航空公司已对此机型下达了超过6000份订单。当然,当今航空行业的变化已经与初始机型产生了较大的差距,但是其基本平台仍然保持不变。
这些机型的翼板也是在老旧程度相似的平台上生产的,即Cincinnati的桥式翼板铣床,其中9台布置在波音公司位于华盛顿州Auburn的生产工厂。与这些飞机本身不同,这些机床只在最近才采用最新技术进行了翻新,其中包括了新的控制装置、伺服系统、动力轨道、软件和更多部分。由翻新服务专业公司CNC Engineering(康涅狄格州Enfield)安装的这些增设装置,提升了生产率、减少了维护量并加强了操作者的安全保障。波音公司避免了在新机床上投入大量资本,并继续利用这些基本技术创造利润,使得这些拥有20年历史的铣床第一次成为了公司生产过程的宝贵组成部分(图1)。
这家公司表示,这些机床还用于生产波音777的翼板,但是这种复杂耗时的生产过程实质上对这两种机型翼板的影响是完全相同的(图2)。多年来的生产实践证明这个生产过程足以满足要求。但是随着公司开始增加这两种机型的生产量,机床停运占时就成为了阻止公司跟上需求的阻碍之一。翼板铣床的老化控制系统已经开始造成维护和可靠性方面的问题,而这些系统所用的部件也越来越难购得。更严重的是这些机床长达150ft的X轴动力轨道上的接线及其限位开关也出现了问题。
除了解决这些问题以外,公司还想要提升这些机床的生产率和增加操作者的安全保障。这样就要求进行大规模的大修工作,所以这家公司聘用了专门从事此类业务的CNC Engineering公司。为了替换掉老化的控制装置和伺服系统,这家为客户提供重新修整服务的提供商建议采用配备新型Alpha I伺服机构的Fanuc 30i-AM CNC,并更换了Allen Bradley主轴驱动系统以提升机床正常运行时间。下一步,这家公司在每台机床上安装了一条更新型、更简单的X轴动力轨道,并替换了所有相关接线和公用工程,同时替换了机床其余部分的接线以及所有老化的限位开关。
每台机床的双主轴机头共享同一个Y轴的事实,还因为存在发生碰撞的可能性导致了机床停运。为了解决这个问题,CNC Engineering开发了能够监测这两个机头位置的定制软件。如果检测到碰撞即将发生,那么这个软件就会停止机头运转并发出警报。
图2 与此类似的定制操作者显示屏上可查看到翼板生产所需的全部信息
这些步骤将大幅度地减少机床的停用时间,但波音公司还想要继续提升生产率。一个导致机床效率不能提高的因素是操作者对吊架的设计方式(图3)。尽管这个吊架可以沿整个床体移动,但其尺寸较小且功能有限。因此操作者只能在安装工件或在主轴上工作时对机床进行有限的控制。CNC Engineering通过建造大型支撑杆解决了这个问题,这种支撑杆让每个操作者作业站都可以沿整个机床床体移动。据波音公司表示,这样使得工件安装过程更快更高效。
另外,搭乘这个新型移动式工作站的操作者可以看到一系列定制屏幕,屏幕上只显示当前翼板制造过程相关的信息。据波音公司表示,将这些信息合并到几块屏幕上减少了工件安装时间,并让机床更容易使用。
对于机床X轴和Z轴的增强也提升了生产率。将它们1500-rpm的X轴伺服电机更换成Fanuc Alpha 40S型3000-rpm电机之后,轴速度提升了1倍(从300ipm至600ipm),同时仍为翼板加工保留了足够的功率。对于机床的Z轴,增加直线刻度将精确度提升了两倍。
加工这些翼板要求采用直径大至12inch的套式铣刀,而且每个铣刀上盖有一个防护罩,用于容纳附加真空吸屑装置所采集的切屑。过去这个防护罩只能在液压缸沿上下方向按照固定停止点进行位移。而用一台伺服执行器和独立的伺服电机替代这个液压缸后,这个防护罩的高度可以通过部件程序指令进行控制。因此,操作者可以通过调整这个防护罩的位置,提升切屑真空吸取效率,缩短作业周期,并尽量减少防护罩材料的磨损。
图3 重新设计的操作者吊架提供了比原来型号更多的功能,这种吊架让操作者可以在工件安装过程中控制机床并节约时间
以前,翼板生产过程中有一个特别耗时和容易出错的部件,就是需要在每一块翼板上手工贴上一个带有部件识别数据的标签。为了实现此项操作的自动化,减少错误和提升安全性,CNC Engineering公司开发了一种基于PC机的标签雕刻应用程序,使得操作者可以将条形码信息扫描输入到CNC之内。一项坐标旋转功能使得雕刻作业可以在任意角度下执行,而一项镜像功能使得雕刻作业可以在第2主轴上执行。
CNC Engineering公司为每台机床的两个主轴配备了自己的Renishaw RMP60型无线传输部件探头。这家公司还开发了定制软件,让左侧主轴机头能够在镜像配置方式下探测部件,检查孔的位置和公差。这些探头还可以用于设置作业坐标并检查龙门床的表面不平整度。
最后,加装主轴转速检测器提升了安全性,这样可以检测验证主轴何时停止转动,以便操作者可以更换刀具执行其他作业。而且,在更换了配备更大设备的新型可移动式操作者平台之后,提供了更大的安全作业空间,同时采用双行走支梁来支撑平台,防止在机床间走动时产生的振动。
在CNC Engineering完成自己的工作后之久,对第一台翻新机床的一轮测试表明,第一次作业的周期从45min缩短到了20min,改进了56%。另一项测试将一台翻新后的机床与未翻新的完全同型号机型进行了对比,结果对一组4部件套件的加工周期缩短了30%。
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