Obrabiarki przenośnikowe wyposażone w sterowanie CNC firmy FANUC

Produkcja seryjna przy użyciu elastycznych urządzeń

Centra transferowe ANGER to połączenie korzyści centrum obróbczego z linią transferową 

Firma ANGER MACHINING zyskała rozgłos jako pionier seryjnej technologii systemów obróbki skrawaniem ze sterownikami CNC. Tak zwane centra transferowe, które są połączeniem centrum obróbki skrawaniem i linii transferowej, są imponujące ze względu na możliwości niezwykle wydajnej, ale jednocześnie elastycznej, produkcji seryjnej. Przykładem mogą być dwa urządzenia HCXchange 2000, sterowane przez system CNC z serii 31i firmy FANUC, dostarczone do dostawcy urządzeń motoryzacyjnych firmy Magna.

Firma ANGER MACHINING GmbH, z siedzibą w Traun, w Austrii, jest producentem systemów do obróbki skrawaniem z dużą prędkością. Koncepcja serii powstała w 1984 roku. Firma ustanowiła nowe standardy w zakresie produktywności i z sukcesem zaistniała na światowych rynkach. Roland Haas (inż.), szef działu inżynierii w firmie ANGER, wyjaśnia w skrócie, na czym polega wyjątkowość tej technologii: „Opracowaliśmy koncepcję linii transferowej w pojedynczym urządzeniu”. Obrabiana część jest ładowana do zacisku i szybko przenoszona z jednego stacjonarnego wrzeciona do drugiego. Czasy między cięciami są niezwykle krótkie, w idealnym scenariuszu wynoszą tylko 0,3 sekundy. Elementy mogą być przemieszczane liniowo i obrotowo wzdłuż wszystkich osi przestrzennych, a tym samym obrabiane z sześciu stron.

W polu uwagi: ograniczanie czasów przestojów

Wszystkie narzędzia są podnoszone przez specjalne wrzeciona tokarskie i głowice wielowrzecionowe montowane z czterech stron obszaru obrabiania. W tych maszynach o wysokiej produktywności przestoje powodowane przez zmianę narzędzi to przeszłość. Elastyczne maszyny firmy ANGER umożliwiają zmianę narzędzi równolegle w czasie obróbki. Rezultatem są krótsze czasy cykli i większa wydajność przy mniejszym zajęciu przestrzeni – w porównaniu do tradycyjnych centrów obróbki skrawaniem.

Przy mniej więcej 20-40 stacjach urządzenie obsługuje wszystkie wymagane zadania związane z obróbką skrawaniem – zachowując największą precyzję, ponieważ narzędzie pozostaje dokładnie w tej samej pozycji w specjalnie przygotowanym dla niego uchwycie. Ponieważ zaciskanie jest wykonywane tylko raz, zmniejsza się liczba błędów związanych z dociskiem i ręcznym pozycjonowaniem. W efekcie centra transferowe ANGER osiągają tolerancję niezawodności pozycjonowania 0,015 mm, tolerancję średnicy IT 5 i wartości kulistości do 0,001 mm.

Niewielkie przenoszone wagi pomagają ograniczyć zużycie elementów systemu oraz umożliwiają zastosowanie niezwykle dynamicznych charakterystyk przemieszczania. Szybkość obróbki skrawaniem dochodzi do 90 m/min przy przyspieszeniu 1 g. Podstawy maszyny zapewniają najwyższy poziom sztywności. Są one wzmocnione redukującym wibracje betonem zbrojonym stalą. W zależności od specyfikacji maszyny podstawy mogą ważyć do 25 ton metrycznych.

Od okularów do branży motoryzacyjnej

Centra transferowe ANGER są idealnym wyborem szczególnie w przypadkach, gdy liczba produkowanych takich samych lub podobnych elementów wynosi od 150 000 do 500 000 rocznie. Na początku swojego istnienia firma ANGER dostarczała urządzenia o wysokiej wydajności producentom okularów. Byli w stanie ograniczyć czasy przestojów dzięki obróbce skrawaniem przy użyciu kilku narzędzi. Była to efektywna metoda w pełni automatycznego frezowania ramek okularów z bloków plastiku.

Gdy w tym segmencie rynku obróbkę skrawaniem wyparła coraz dokładniejsza technologia formowania wtryskowego, firma ANGER rozpoczęła dostarczanie swoich urządzeń na rosnący rynek telefonii komórkowej, gdzie na przykład stosowano je do obróbki magnezowych obudów telefonów firmy Ericsson. Następnie obszar koncentracji szybko przeszedł z przemysłu telefonów komórkowych na przemysł motoryzacyjny, w którym wymagane są podobne ilości jednostkowe tych samych części. Na początku były to przede wszystkim wałki i prostopadłościenne elementy wykonane z aluminium. W międzyczasie, w związku z wprowadzeniem modelu ANGER HCS i HCP, zakres zastosowań został rozszerzony do cylindrów ABS i wielu innych małych, skomplikowanych komponentów.

Urządzenia HCX: Nawet większe ścieżki przekazywania mają wyższą sztywność

Urządzenia ANGER także są rozwijane. Z serii HCP wyrósł model HCX, który zachował sprawdzoną zasadę pracy ze stacjonarnymi wrzecionami i poruszającym się obrabianym przedmiotem. Samą technologię znacznie usprawniono. Najbardziej oczywista innowacja to rama kołnierza, na której w sposób dowolny montuje się wrzeciona do obróbki skrawaniem. Ich kolejność można łatwo zmienić.

Roland Haas mówi: „W przypadku urządzenia HCX wykonaliśmy kompletny projekt mechatroniczny i posłużyliśmy się pełnym spektrum wirtualnych symulacji”. Po pierwsze projektanci obliczyli i porównali różne rozwiązania ruchomych kolumn z rozwiązaniami montażowymi typu skrzynka w skrzynce. Wybrali to drugie rozwiązanie. Koncepcja była dalej rozwijana przy współpracy z różnymi partnerami. Za pomocą systemu symulacji mechatronicznej zoptymalizowano różne komponenty w kilku iteracjach. Roland Haas szczegółowo wyjaśnia: „Poprawiliśmy sztywność w najważniejszych obszarach, ograniczając również ilość materiału w miejscach, w których masa jest przenoszona. Zasymulowaliśmy i zoptymalizowaliśmy kontrolę wszystkich trzech osi. Dopiero po tym, gdy z sukcesem zakończyliśmy wszystkie symulacje, utworzyliśmy prototyp HCX”. Do produkcji seryjnej firma ANGER zoptymalizowała nowe maszyny pod względem okresów międzyserwisowych, łatwości montażu i konserwacji.

Ponadto inżynierowie wprowadzili system CAM, dzięki któremu natychmiast po otrzymaniu zamówienia można symulować kolejny proces obróbki skrawaniem. „Umożliwiło nam to projektowanie wrzecion w sposób bezkolizyjny”, wyjaśnia Roland Haas. Poza wszystkim firma ANGER pełniła funkcję generalnego wykonawcy. Oznacza to, że nie tylko dostarczała urządzenia, ale także cały proces obróbki z określonymi czasami cykli. Projekt jest realizowany pod klucz i przekazywany klientowi z programem CNC, certyfikatem jakości statystycznej i automatyzacją.

Rok 2014 to kolejny kamień milowy w historii firmy, czyli wprowadzenie na rynek urządzenia ANGER FLXBL. To elastyczne, standaryzowane i modularne centrum transferowe, zaprojektowane do obróbki skrawaniem precyzyjnych części w średniej i dużej wielkości produkcjach. Urządzenie ANGER FLXBL można łatwo i szybko przekonfigurować, a tym samym istnieje możliwość obrabiania wielu różnych detali w różnych ilościach, w kilku kolejnych etapach cyklu życia produktu. Dzięki tej elastyczności operator systemu uzyskuje największą ochronę inwestycji razem z wszystkimi zaletami sprawdzonej technologii centrum transferowego.

Magna: seryjna produkcja precyzyjnych części

Dwa urządzenia ANGER HCXchange 2000 (prekursorzy ANGER FLXBL) zostały dostarczone w 2011 do jednego z największych dostawców przemysłu motoryzacyjnego, austriacko-kanadyjskiej firmy Magna Group, która ma swoją europejską centralę w Oberwaltersdorf, ok. 2,5 godziny jazdy od Traun. W fabryce w Lannach w austriackim regionie Styria produkowane są obudowy wałków balansujących dla silników benzynowych. Za pomocą dwóch maszyn Anger produkowanych jest 300 000 sztuk rocznie. Każda maszyna może w ramach jednej konfiguracji wyprodukować całkowicie wykończoną część. Centralna cela zautomatyzowana z robotem między dwoma maszynami, który dostarcza półwyroby i układa kompletnie obrobione części na pasie przenośnika. To rozwiązanie zajmuje najmniej miejsca i jego jednostkowy koszt jest najmniejszy. Jest to zatem najbardziej uzasadniona ekonomicznie opcja dla Magna Powertrain Lannach. Spełnia ona także wymagania dotyczące elastyczności zmiany narzędzi do obrabiania innych elementów. Części wymagają skomplikowanej obróbki skrawaniem, konieczne jest zachowanie niezwykłej precyzji w odniesieniu do otworów na punkty łożyskowania, obrazów kołnierza, wartości płaskości oraz punktów referencyjnych. Urządzenie HCXchange wykonuje w cyklu czasowym 114,25 s na część, 35 kroków obróbki skrawaniem, w tym w pełni zautomatyzowane ładowanie. Dzięki zastosowaniu narzędzi wielogłowicowych liczba pojedynczych elementów, takich jak wywiercone otwory i gwinty, jest jeszcze większa.

Sterowniki i technologia napędowa firmy FANUC

Firma Magna zamówiła obie maszyny ANGER HCXchange ze sterownikami i napędami FANUC — to nie była nowość dla firmy ANGER, już 5 lat wcześniej wprowadziła komponenty tego światowego lidera na rynku CNC. Roland Haas wyjaśnia: „W tym okresie wykonywaliśmy dużo prac w Ameryce Północnej, w których niezbędne były sterowania FANUC. Współpraca z firmą FANUC układała się bardzo dobrze. Koszty serwisu i konserwacji były minimalne, a produkty absolutnie niezawodne. Niestety kryzys w Ameryce Północnej i w przemyśle motoryzacyjnym spowodował osłabienie współpracy z firmą FANUC. Dlatego jesteśmy bardzo zadowoleni, że Magna Group zamówiła u nas wyposażenie maszyn ANGER HCXchange w urządzenia FANUC. Teraz będziemy znowu współpracować z niezawodnym i silnym partnerem”.

Poza implementacją systemu CNC FANUC z serii 31i duży nacisk położono początkowo na system napędowy urządzeń skonfigurowany w systemie typu skrzynka w skrzynce. Przykładem specjalnej funkcji jest przechodzenie w kierunku poziomym, które zostało osiągnięte za pomocą dwóch śrub kulkowych, pracujących równolegle. W tym przypadku celem był wybór odpowiednich ustawień i niezawodne dostosowanie sterowników. Wymagana była także dokładność liczona w mikrometrach (µm).

Kolejnym wyzwaniem była integracja silników innych firm. Było to związane z tym, że firma ANGER stosuje w swoich maszynach własne rozwiązania z drążonym wałem w zakresie serwomotorów. Należało także zwrócić uwagę na cztery osie używane standardowo w urządzeniach ANGER HCX. Na życzenie klienta w urządzeniu zaciskającym została zaimplementowana piąta oś. Roland Haas mówi: „Na potrzeby zamówienia firmy Magna po raz pierwszy wprowadziliśmy podwójny moment obrotowy. Ale z regulacją napędu i optymalizacją poradziliśmy sobie z pomocą firmy FANUC”.

Producent sterownika oferuje specjalistyczną wiedzę w ramach serwisu

W celu rozwiązania wszystkich problemów związanych z napędem i sterownikami niezbędna była specjalistyczna wiedza, którą firma FANUC uzyskała za pomocą swojej filii w Niemczech oraz przy wsparciu z Japonii. Roland Haas jest zadowolony: „Odwiedzili nas specjaliści w dziedzinie sterowań firmy FANUC, którzy mieli już dużą wiedzę na temat produktu. Zapewnili doskonałe wsparcie”.

Po stronie sterowania specyfikacje dla cykli jednostkowych i specjalnych są ograniczone. Firma ANGER zapewnia w sytuacjach, w których jest to możliwe, że wszystkie operacje obróbki skrawaniem i ruchy poprzeczne można zaprogramować za pomocą prostych poleceń i standardowych funkcji. Dzięki temu można uzyskać niezwykle krótkie cykle. Dlatego właśnie ukierunkowane na przyszłość funkcje sterowania i niezwykle krótkie czasy cykli PLC są jednymi z decydujących czynników dla firmy ANGER w walce o dziesiąte części sekundy.

Także wymagania dotyczące programowania PLC były duże, głównie ze względu na dwie podwójne wymiany narzędzi na maszynę. Firma FANUC podjęła te wyzwania programistyczne. Według Rolanda Haasa dla firmy ANGER niezwykle ważna była możliwość pozyskania tej wiedzy specjalistycznej, jako usługi bezpośrednio od firmy FANUC. Z tego punktu widzenia producenci części seryjnych najbardziej korzystają z niezawodności napędów i sterowań FANUC. Dodał, że po wdrożeniu i przetestowaniu rozwiązanie sprawdzało się przez długi czas. Jeśli konieczna była wymiana jakiegokolwiek komponentu, wykonywano to w niezwykle praktyczny sposób.

Łatwość obsługi dzięki aktywnym interfejsom

Firma ANGER może liczyć na FANUC także w zakresie prostoty obsługi.  Producent maszyn poczynił znaczne inwestycje w rozwiązania HMI (human machine interface), które oferują użytkownikom wygodę i różnorodność wizualizacji. Na przykład zintegrowane zdjęcia umożliwiają dokładne wskazanie, gdzie pojawił się błąd i jak można mu zapobiec. Trzeba przyznać, że dedykowane interfejsy, takie jak te, nie były mocną stroną sterowników FANUC, ale teraz się to zmieniło. Roland Haas potwierdza: „Do tej pory firma FANUC wprowadziła opcje wizualizacji, które są bardzo korzystne dla nas i przede wszystkim dla operatorów maszyn”. Firma ANGER dostarczyła specyfikację wyglądu ekranów. Implementacja ekranów wchodziła w skład usług wykonywanych przez FANUC.

ANGER MACHINING GmbH: urządzenia do elastycznej produkcji seryjnej

Międzynarodowa firma inżynierska z siedzibą główną w Traun, w Austrii, wyspecjalizowała się w projektowaniu i produkcji centrów transferowych. Te dużej prędkości systemy obróbki skrawaniem są przede wszystkim używane w przemyśle samochodowym do obróbki skrawaniem serii części, które wymagają szczególnie dużej precyzji. Główny nacisk położony jest na aplikacje do produkcji części do silników, skrzyni biegów i podwozi z aluminium lub stali. Dzięki filiom w Niemczech, Stanach Zjednoczonych i Japonii oraz sieci partnerskiej w zakresie sprzedaży i usług, firma od momentu założenia w 1982 roku wyrobiła sobie mocną pozycję na światowym rynku.

Centra transferowe ANGER są stosowane między innymi do obróbki skrawaniem obudów zaworów automatycznych i dwusprzęgłowych systemów skrzyń biegów, obudów samochodowych skrzyń biegów, płyt, obudów wałków równoważących i wałków rozrządu oraz innych stożkowych elementów silnika i skrzyni biegów.

Wśród klientów znajdują się międzynarodowe firmy motoryzacyjne, takie jak Daimler i VW, oraz czołowi dostawcy dla sektora motoryzacyjnego, tacy jak ZF, Magna, Mahle, ThyssenKruppPresta, INA Schaeffler, Bosch czy Linamar Group, a także wiele firm zajmujących się odlewnictwem.