德国某大型航空领域公司承接了一个大订单,负责极其复杂的涡轮轮毂外壳组件生产,其将用于近期生产的客运用及民用飞机中。意大利公司MCM已经与该德国公司建立了长期合作关系,目前已联手开发和使用了两套灵活的制造系统,完全满足买方要求,同时也对工艺过程进行了重大创新。
MCM自动化解决方案针对每个生产单元配备了较高数量的托盘
涡轮轮毂,技术术语为HSC(轮毂支柱箱),是电动机的基本部件,其内包含一根推进器轴承,主要发挥空气动力功能,形成通道,确保热气流能够从高压涡轮机流入低压涡轮机。该元件结构复杂,由三个镍基合金制成的部分组成-外壳、轮毂和12根支柱,具有极高的耐热性,在运用到机器以及工具等领域极具挑战。
机器加工过程分为磨削、车削、磨削、钻孔和组装,需切除相当于原部件重量66%的材料,主要材料切除点包括法兰、轮毂和支柱上钻600多个孔以及外壳去角处理。车削过程中,需要保证严格的同心度公差,从轮毂到外壳仅0.025mm,成品轮廓壁厚偏差不得超过0.25mm。部件离开FMS生产线时的最终价值为5位数,是机械加工前的2倍以上。
MCM是灵活制造系统设计和制造方面的专家,主要优势在于四轴和五轴水平机械加工中心。其提供的技术解决方案能够不折不扣的达到最高性能。完整产品包括机械加工中心、灵活系统化、系统集成、管理软件和工艺技术。MCM总部设于意大利皮亚琴察省的Vigolzone,针对该德国公司情况,MCM推荐其采用高度自动化的FMS装置进行HSC生产。
但是如今,需要制造的组件尺寸更大。为解决这一难题而提出的解决方案包括两个FMS单元,安装在多个生产现场。第一个单元包含3个TANK 1800G 多任务自动化机械加工中心,短程往复式运行输送不同直径(1250 mm、1400 mm和1800 mm)的托盘,同时还搭载了两个高精度工件装载/卸载工作站。一共提供14个托盘。第二个生产单元包含4个TANK 1800G多任务自动化机械加工中心,也支持短程往复式运行输送托盘(一共18个,直径为1400和1800mm),还搭载了两个高精度工件装载/卸载工作站。两个装置目前均处于安装阶段,预计在2019年投入运行。
在MCM提供的多任务机械加工中心,工件(本案例中为HSC)将经历所有加工阶段——钻孔、铣削、车削和磨削。一般情况下,完成这些过程需要用到不同的机器。但是,通过MCM的多任务机械加工中心,不仅缩短了工件的产出时间,设备成本,还能够一次设置完成所有高进度机械加工操作。
机械加工这类部件要求机械加工中心同时配备所有设备和装置,并支持磨削功能。磨削轮搭配Capto C6 锥形体,采用标准方式固定在心轴上,管理起来就像普通工具一样方便。最大直径为300mm,排列成圆盘状,机械加工区域的内部设置了动力执行功能。四阶段工艺将在软件的监督下进行磨损评估和补偿:磨削轮对工件进行预磨削,探头测量磨削结果,然后是进行工具直径纠正修改,最后磨削完成。
旋转台由力矩马达直接驱动,无需用到任何齿轮,且可以达到较高的运行速度和加速度,一体化测量系统保证最高的定位精度。托盘通过5个液压装置固定在旋转台上。此外,还配备了外侧液压盘式制动器,锁定B轴,提高机械加工的刚度。
MCM自动化解决方案针对每个生产单元配备了较高数量的托盘。托盘通过短程往复式运行进行输送,只需两名操作人员将托盘放在输送带上,系统便会自动将托盘运往储存区域和机械加工中心。在装载和卸载站,通过一台定中心装置监督各个圆柱形零件是否准确夹固,同心精度达到20 μm。FMS系统的刀具库可同时管理海量工具。以前文所述正处于开发阶段的两台新装置中的一台为例,该装置配备了3个工具库,整体库存能力为每台机器配480个Capto C6工具。两套装置的配置完全相同,也就是说,两台机器共享了960个工具的工具库。
整个系统由MCM的计算机部门MCE研发的jFMX 装置监督软件管理。软件在内网(内联网)结构上运行,采用Java技术。可以对灵活制造系统进行完整管理:执行生产操作,协调自动化过程,管理托盘、工件装载/卸载操作以及工具,并监督工具的使用状态。此外,还能够组织编程,计算机械加工型,生成装置的效率、生产能力和可用性报告,完全符合工业4.0原则。最后,为了能够充分利用安装现场的泉水,还设计了一套空气——水热交换器系统,用于冷却机械加工中心内部的所有发热单元,能效方面优势卓然。
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