Firma ANGER MACHINING staví moderní transferová centra na bázi pokročilých CNC systémů

Zadání:
Zvýšit plynulost velkosériového obrábění prostřednictvím integrace transferových linek řízených špičkovými CNC systémy FANUC.

Řešení:
Zavedením transferové linky do jednotného obráběcího centra došlo k výraznému zkrácení času výroby. Obrobek je naložen na upínací zařízení, které je pevně spojeno s transferovou linkou. Poté je neuvěřitelně rychle a přesně přesouván mezi čtyřmi vícevřetenovými nožovými hlavami. Díky souběhu s procesem obrábění jsou prostoje od výměny nástrojů minulostí. Takto komplexní proces vyžaduje špičkovou CNC technologii, a proto byla řada FANUC 31i jasnou volbou.

Výsledek:
Průkopnické systémy obrábění Anger Machining, které podstatně zvyšují produktivitu v nejrůznějších odvětvích.

 


Sériová výroba na flexibilních strojích

Transferová centra ANGER v sobě spojují výhody obráběcích center a transferových linek. 

Společnost ANGER Machining se proslavila jako průkopník sériové technologie u sériových obráběcích strojů s CNC řízením. Tato takzvaná transferová centra považovaná za kombinaci obráběcího centra a průběžné linky vynikají sériovou výrobou, která je schopna velkých výstupů a přitom zůstává flexibilní. Dokládají to například dva stroje HCXchange 2000 ovládané systémem CNC FANUC řady 31i a dodané výrobci automobilových dílů Magna.

Společnost ANGER Machining GmbH z rakouského Traunu je výrobcem vysokorychlostních obráběcích systémů. Se svou koncepcí sériové činnosti z roku 1984 stanovila nové standardy produktivity a uspěla na světovém trhu. Roland Haas (Dipl.-Ing.), hlavní inženýr ve firmě ANGER, stručně vysvětluje, čím tato technologie vyniká: „Realizovali jsme myšlenku průběžné linky v jediném stroji.“ Obrobek je upnut do upínacího zařízení a poté se bleskově přesouvá od jednoho statického vřetene k dalšímu. Tyto přesuny jsou extrémně rychlé, ideálně trvají pouhé 0,3 sekundy. Zpracovávané obrobky lze přesouvat lineárně i rotačně ve všech prostorových osách, lze je tedy obrábět ze šesti stran.

Zaostřeno na zkracování doby cyklu

Všechny nástroje jsou uchopeny speciálními obráběcími vřeteny a vícevřetenovými hlavami upevněnými až na čtyřech stranách obráběcího prostoru stroje. Na těchto vysokoprodukčních strojích jsou prostoje způsobené výměnou nástrojů minulostí. Na flexibilních strojích Anger jsou změny nástrojů prováděny paralelně během obrábění. To vede ke zkrácení doby cyklu a zvětšení výkonu na mnohem menší ploše ve srovnání s tradičními obráběcími centry.

Ve zhruba 20 až 40 stanicích stroj vykonává všechny potřebné obráběcí úlohy – a to s maximální přesností, neboť nástroj zůstává v držáku v naprosto stejné pozici. Upnutí je třeba provést jen jednou, což omezuje riziko chyb při upínání a manuálním polohování. Proto dokážou transferová centra ANGER spolehlivě dosáhnout polohové tolerance 0,015 mm při toleranci průměru IT 5 a hodnotě kruhovosti až 0,001 mm.

Díky tomu, že je manipulováno pouze s malými hmotnostmi, dochází k menšímu opotřebení systémových součástí a je možno dosáhnout extrémně dynamických pohybových charakteristik s rychlostí obrábění až 90 m/min a zrychlením 1 g. Maximální tuhost zajišťuje lože stroje zesílené antivibračním železobetonem, které může – podle parametrů stroje – vážit až 25 tun.

Od brýlí až po automobilové součásti

Transferová centra ANGER jsou ideální volbou zejména tam, kde se velikost výrobní série pohybuje mezi 150 000 a 500 000 kusy stejných či podobných obrobků ročně. Na počátku své existence dodávala společnost ANGER své vysokovýkonné stroje zejména výrobcům brýlí. Tehdejší stroje dokázaly díky obrábění s několika nástroji zkrátit prostoje, takže představovaly efektivní způsob plně automatického frézování okulárů z plastových bloků.

Poté, co obrábění v tomto oboru nahradila stále kvalitnější technologie vstřikování, začala firma ANGER své stroje nabízet rozvíjejícímu se trhu výrobců mobilních telefonů. Byly na nich například frézovány hořčíkové rámy telefonů Ericsson. Poté se velmi rychle přeorientovala z průmyslu mobilních telefonů na průmysl automobilový, kde byla požadována výroba obrobků v podobných množstvích. Na počátku šlo především o veškeré hřídele a hliníkové součásti krychlového tvaru. Mezitím spolu s příchodem obráběcích strojů ANGER HCS a HCP se řada aplikací rozšířila na cylindry pro ABS systémy a mnoho dalších malých a složitých součástí.

Stroje HCX: ještě delší manipulační dráhy a vyšší tuhost

Stroje ANGER se neustále vyvíjely. Z řady HCP se vyvinul model HCX, který si zachoval osvědčený základní přístup stacionárních vřeten a pohyblivého obrobku, nicméně obsahoval zcela přepracovanou technologii. Nejpatrnější inovací je přírubový rám, na němž jsou jednotky obráběcích vřeten volně upevněny, takže je lze snadno přeskupit.

Roland Haas k tomu říká: „U stroje HCX jsme provedli kompletní mechanicko-elektronický vývoj, při němž jsme využili všemožných virtuálních simulací.“ Vývojáři především propočítali a porovnali různé metody pohyblivých sloupců s krabicovými skupinovými upevněními a nakonec zvolili druhou možnost. Spolu s různými partnery pak myšlenku dále rozvíjeli. Za pomoci mechatronického simulačního systému provedli několik vývojových cyklů, v nichž optimalizovali různé součásti. Roland Haas to popisuje podrobněji: „Zlepšili jsme tuhost v rozhodujících oblastech a přitom omezili množství materiálu v místech, kde dochází k jeho pohybu. A simulovali a optimalizovali jsme chování všech os při jejich ovládání. Teprve po úspěšném provedení všech simulací jsme postavili prototyp stroje HCX.“ Nakonec firma ANGER své optimalizovala životnost, jednoduchost montáže a snadnost údržby nového stroje.

Kromě toho vývojáři přišli se systémem CAM, který je schopen okamžitě po obdržení příkazu nasimulovat následný obráběcí proces. „Díky tomu můžeme vytvářet zaručeně bezkolizní vřetena,“ vysvětlil Roland Haas. Firma Anger koneckonců funguje jako generální dodavatel. To znamená, že dodává nejenom samotný stroj, ale také obráběcí proces s předem určenou dobou cyklu. Projekt je zákazníkovi předán jako řešení na klíč včetně programu CNC, automatizace a statistického certifikátu kvality.

V roce 2014 dosáhla firma dalšího významného bodu své historie, když na trh uvedla stroj ANGER FLXBL. Jde o flexibilní, standardizovaná modulární transferová centra určená k obrábění přesných součástí ve středních až velkých výrobních sériích. Konfiguraci stroje ANGER FLXBL lze snadno a rychle změnit, takže lze vyrábět značně odlišné obrobky v různě velkých po sobě jdoucích výrobních sériích. Taková flexibilita systému pro jeho provozovatele znamená maximální možnou ochranu investic spojenou s výhodou osvědčené technologie transferových center.

„Když jsme potřebovali instalovat systémy CNC na stroje HCXchange, specialisté na řízení z firmy FANUC nás navštívili a nabídli skutečně prvotřídní podporu.“
(Roland Haas (Dipl.-Ing.))

Magna: vysoce přesná výroba sériových součástí

Dva stroje ANGER HCXchange 2000 (v podstatě předchůdci stroje ANGER FLXBL) byly v roce 2011 dodány jednomu z největších automobilových dodavatelů na světě, rakousko-kanadské společnosti Magna Group. Její evropské sídlo se nachází v Oberwaltersdorfu, tedy pouhé 2,5 hodiny od Traunu. Ve výrobním závodě v Lannachu v rakouském Štýrsku jsou na obou strojích Anger vyráběny vyvažovací hřídele pro benzínové motory v celkovém počtu 300 000 kusů ročně. Každý stroj dokáže vyrobit kompletní dokončenou součást v jediné operaci. Ústřední automatizační buňka s robotem mezi oběma stroji jim dodává materiál a ukládá dokončené součásti na dopravník. Toto řešení využívá nejmenší možnou plochu a má nejnižší náklady na kus. Pro firmu Magna Powertrain Lannach to představuje nejekonomičtější obráběcí řešení. Byla zajištěna i požadovaná možnost flexibilně stroj vybavit jinými nástroji pro výrobu jiné součásti. Vyráběné součásti vyžadují komplexní obrábění a je u nich požadována velmi vysoká přesnost vrtaných otvorů pro ložiska, ale i přírub, hodnot rovinnosti a referenčních bodů. 35 obráběcích kroků zvládne stroj HCXchange provést s dobou cyklu 114,25 sekundy na jednu součást, a to včetně plně automatického plnění materiálem. Díky použití vícehlavých nástrojů je počet jednotlivých vrtaných otvorů a závitů ještě vyšší.

Technologie řízení a pohonů od firmy FANUC

Společnost Magna si oba stroje ANGER HCXchange objednala s řídicími jednotkami a pohony značky FANUC – pro společnost ANGER ovšem nebyla tato spolupráce nová, protože primární komponenty od této světové jedničky v oboru CNC tehdy používala již asi 5 let. Roland Haas vysvětluje: „Tehdy jsme hodně vyráběli pro severoamerický trh, který požadoval převážně řídicí jednotky FANUC. Spolupráce se společností FANUC pro nás byla velmi prospěšná. Náklady na servis a údržbu byly minimální a jejich produkty byly naprosto spolehlivé. Recese v Severní Americe a tamějším automobilovém průmyslu bohužel způsobila omezení spolupráce s firmou FANUC. Ve firmě ANGER nás tedy velmi potěšilo, když společnost Magna Group objednala stroje ANGER HCXchange vybavené ovládáním FANUC. Díky tomu jsme totiž znovu začali s tímto spolehlivým partnerem spolupracovat.“

Kromě implementace systému CNC FANUC řady 31i se většina pozornosti z počátku soustředila na pohonný systém strojů konfigurovaný krabicovým systémem. Jednou ze zvláštních funkcí například byl horizontální pohyb dosažený pomocí dvou paralelně pracujících kuličkových šroubů. V tomto případě bylo cílem najít správné uspořádání a zajistit spolehlivé nastavení ovládání. Posledním požadavkem je přesnost polohování v mikrometrech.

Dalším náročným úkolem byla potřeba integrovat motory od třetí strany. Firma ANGER totiž ve svých strojích používá patentované servomotory s dutou hřídelí. Dalším problémem bylo to, že stroje ANGER HCX standardně používají čtyři osy. Pátá osa je realizována v úchopovém zařízení na přání zákazníka. Roland Haas k tomu říká: „V případě objednávky od společnosti Magna jsme poprvé museli instalovat dvojitý momentový motor. Společně s firmou FANUC jsme však tuto úpravu a optimalizaci pohonu dokázali zvládnout.“

Výrobce řídicích prvků nabízí jako službu specializované znalosti

K vyřešení všech záležitostí týkajících se pohonu a řízení byly potřeba specializované znalosti. Ty společnost FANUC poskytla prostřednictvím své německé pobočky a doplňkové podpory zajišťované z Japonska. Roland Haas je spokojen: „Navštívili nás stejní specialisté na řízení FANUC, kteří již tento produkt z minulosti dobře znali. Poskytli nám skutečně prvotřídní podporu.“

Pokud jde o ovládací prvky, požadavky na individuální a specializované cykly jsou omezené. Namísto toho se firma ANGER snaží zajistit, aby kdykoli je to možné, bylo možno všechny obráběcí a manipulační operace naprogramovat pomocí jednoduchých příkazů a standardních funkcí, díky čemuž lze dosáhnout krátkých dob cyklu. Proto patří dopředná funkce řídicí jednotky a velmi rychlá doba cyklu PLC mezi rozhodující faktory v boji firmy ANGER o každou desetinu sekundy.

Značné požadavky byly kladeny i na programování PLC, zejména kvůli dvěma dvojitým nástrojovým měničům v každém stroji. Tohoto programování se zhostila firma FANUC. Podle Rolanda Haase bylo pro společnost ANGER velmi důležité, že mohla využít těchto specializovaných znalosti v podobě služby přímo od firmy FANUC. Podle jeho názoru je pro sériové výrobce největším přínosem spolehlivost pohonů a řídicích technologií FANUC. Dodal, že i po realizaci a vyzkoušení všechna zařízení ještě dlouho fungovala. A v případě, že někdy budou potřeba náhradní díly, bude problém velmi profesionálně vyřešen.

Uživatelsky přátelské ovládání díky aktivním rozhraním

Firma ANGER se na společnost FANUC může spolehnout i pokud jde o uživatelsky přátelské ovládání.  Tento výrobce strojů rozsáhle investoval do co nejpohodlnějšího ovládacího rozhraní HMI (human machine interface), které uživateli nabízí řadu různých vizualizací. Například integrované fotografie jasně ukazují, kde došlo k chybám a jak je třeba je odstranit. Nutno přiznat, že v minulosti nebyla taková zakázková rozhraní právě silnou stránkou ovladačů značky FANUC, to se však již změnilo. Roland Haas to potvrzuje: „Společnost FANUC od té doby nabídla možnosti vizualizace, které velice pomáhají jak nám, tak především obsluze strojů.“ Firma ANGER si sama určila, jak mají příslušné obrazovky vypadat. Jejich realizaci pak v rámci svých služeb zajistila společnost FANUC.

ANGER MACHINING GmbH: stroje, s nimiž je i sériová výroba flexibilní

Tento mezinárodní strojařský výrobce se sídlem v rakouském městě Traun se specializuje na vývoj a výrobu transferových center. Tyto vysokorychlostní obráběcí systémy se používají především v automobilovém průmyslu k obrábění sériových součástí se zvláště vysokými požadavky na přesnost. Jde zejména o aplikace pro výrobu součástí motoru, převodovky a podvozku z hliníku nebo oceli. Firma má tři pobočky v Německu, Spojených státech a Japonsku a celou řadu prodejních a servisních partnerů. Od svého založení v roce 1982 si na světovém trhu vybudovala dobré postavení.

Mezi jinými aplikacemi jsou transferová centra ANGER používána i k obrábění těles ventilů pro automatické a dvouspojkové převodovky, převodových skříní pro automobily, základových desek, skříní pro vyvažovací a vačkové hřídele a jiných přesných součástí hranolového tvaru a hřídelí pro motory a převodovky.

Mezi zákazníky této firmy patří mezinárodní automobilky, například Daimler a VW, ale i přední dodavatelé automobilového průmyslu, jako jsou firmy ZF, Magna, Mahle, ThyssenKruppPresta, INA Schaeffler, Bosch a Linamar Group. Kromě toho také četné společnosti zabývající se vstřikováním.