Prelucrare prin transfer cu sistemele FANUC CNC

Producţia de serie cu utilaje flexibile

Centrele de transfer ANGER combină avantajele centrelor de prelucrare şi ale liniilor de transfer 

ANGER MACHINING şi-a construit un nume ca pionier al tehnologiei de serie pentru sistemele de prelucrare în serie, controlate prin CNC. Aşa-numitele centre de transfer, considerate ca fiind o combinaţie între un centru de prelucrare şi o linie de transfer, sunt impresionante datorită producţiei de serie cu randament ridicat, dar flexibilă. Exemplele includ două utilaje HCXchange 2000, controlate printr-un sistem CNC FANUC din seria 31i, livrate furnizorului auto Magna.

ANGER MACHINING GmbH, cu sediul în Traun, Austria, este un producător de sisteme de prelucrare de mare viteză. Cu conceptul său de serie realizat în 1984, compania a stabilit noi standarde de productivitate şi a câştigat o poziţie de succes pe piaţa mondială. Roland Haas (Dipl.-Ing.), Inginer Şef la ANGER, explică în câteva cuvinte de ce această tehnologie este specială: „Am implementat conceptul unei linii de transfer într-un singur utilaj.” Piesa de prelucrat este încărcată într-un dispozitiv de prindere şi apoi deplasată ultrarapid de la un arbore staţionar la următorul. Timpii de prelucrare din şpan în şpan sunt extrem de scurţi, în mod ideal, de numai 0,3 secunde. Piesele de prelucrat ce urmează să fie uzinate pot fi deplasate în mod liniar şi rotativ pe toate axele spaţiale şi pot fi, astfel, prelucrate de pe şase părţi.

În centrul atenţiei: Reducerea perioadelor de nefuncţionare

Toate uneltele sunt preluate de arbori speciali de prelucrare şi de capete de arbori multiple, montate pe până la patru laturi ale zonei de prelucrare ale centrului. La aceste maşini de înaltă productivitate, timpii de nefuncţionare creaţi la schimbarea uneltelor sunt de domeniul trecutului. La maşinile ANGER flexibile, schimbările de scule sunt efectuate în paralel, în timpul perioadei de prelucrare. Aceasta are ca rezultat timpi de ciclu mai scurţi şi o producţie mai mare pe o suprafaţă ocupată mult mai redusă – comparativ cu centrele de prelucrare tradiţionale.

În aproximativ 20 - 40 de staţii, maşina execută toate sarcinile de prelucrare necesare – şi le execută cu maximum de precizie, iar scula rămâne în exact aceeaşi poziţie în port-scula. Deoarece prinderea trebuie efectuată o singură dată, aceasta reduce erorile de prindere şi de poziţionare manuală. Ca rezultat, centrele de transfer ANGER pot obţine toleranţe de poziţie de proces fiabile de 0,015 mm, cu toleranţe de diametru de IT 5 şi abateri de la circularitate de până la 0,001 mm.

Greutăţile reduse deplasate contribuie la reducerea uzurii la componentele sistemului şi permit caracteristici de traversare extrem de dinamice, cu viteze de prelucrare de până la 90 m/min şi acceleraţie de 1 g. Nivelul cel mai ridicat de rigiditate este asigurat de batiurile maşinii, consolidate cu beton armat pentru reducerea vibraţiilor, care, în funcţie de specificaţiile maşinii, pot cântări până la 25 de tone metrice.

De la ochelari la industria auto

Centrele de transfer ANGER reprezintă opţiunea ideală mai ales acolo unde este necesar un număr de unităţi cuprins între 150.000 şi 500.000 pe an din aceeaşi piesă sau din piese cu o structură similară. În perioada de început a companiei, ANGER îşi livra utilajele de înaltă performanţă industriei optice. Reducerea timpilor de inactivitate era posibilă datorită prelucrării cu mai multe unelte, oferind astfel o metodă eficientă pentru frezarea complet automată a ramelor de ochelari din blocuri de plastic.

După ce prelucrarea de pe această piaţă a fost înlocuită cu calitatea mereu în creştere a tehnologiei de turnare prin injecţie, ANGER şi-a livrat utilajele către piaţa în creştere de telefoane mobile, unde, de exemplu, frezau cadrele de magneziu pentru telefoanele mobile Ericsson. Apoi, atenţia s-a îndreptat foarte rapid de la industria telefoniei mobile in direcţia industriei automobilelor, unde erau necesare cantităţi similare din aceleaşi piese de prelucrat. La început, acestea cuprindeau, mai presus de toate, arbori şi componente în formă de cub, realizate din aluminiu. Între timp, prin introducerea modelelor de utilaje ANGER HCS şi HCP, gama de aplicaţii a fost extinsă la cilindrii ABS şi la numeroase alte componente mici, complexe.

Utilaje HCX: Trasee traversate şi mai mari şi o rigiditate sporită

De asemenea, utilajele ANGER au continuat să evolueze. Din seria HCP s-a dezvoltat modelul HCX, care a păstrat principiul de bază, de valoare demonstrată, cu arbori staţionari şi piesă de prelucrat mobilă, dar tehnologia a fost complet reproiectată. Inovaţia cea mai evidentă constă din cadrul flanşei, pe care unităţile arborilor de prelucrare sunt montate liber şi unde pot fi rearanjate cu uşurinţă.

Roland Haas relatează: „Pentru HCX am creat un proiect mecatronic complet şi am utilizat spectrul complet al simulării virtuale.” În primul rând, dezvoltatorii au calculat şi au comparat diferitele coloane de deplasare cu structurile de grup de tip cutie în cutie, optând pentru a doua soluţie. Cu ajutorul diferiţilor parteneri, conceptul a fost dezvoltat în continuare. Sprijiniţi de un sistem mecatronic de simulare, ei au optimizat diferitele componente prin mai multe iteraţii de dezvoltare. Roland Haas explică mai detaliat: „Am îmbunătăţit rigiditatea în zonele decisive, reducând materialul în zonele unde se producea mişcare de masă. De asemenea, am simulat şi am optimizat comportarea de control a tuturor axelor. Prototipul HCX a fost construit numai după reuşita tuturor simulărilor.” Pentru producţia de serie, ANGER şi-a optimizat noile utilaje sub aspectul duratei de service, precum şi al uşurinţei la asamblare şi întreţinere.

De asemenea, proiectantul utilajului a introdus un sistem CAM cu ajutorul căruia, imediat după primirea unei comenzi, se poate simula procesul de prelucrare ulterior. „Aceasta ne permite să proiectăm arborii într-un mod care să garanteze absenţa coliziunilor”, explică Roland Haas. La urma urmelor, ANGER lucrează ca şi contractor general. Aceasta înseamnă că livrează nu numai utilajul, dar şi întregul proces de prelucrare, cu un timp de ciclu predeterminat. Proiectul este livrat clientului „la cheie”, cu ajutorul programului CNC, certificat statistic de calitate şi sistemul de automatizare.

În 2014, a fost creat următorul punct de referinţă în istoricul companiei, prin lansarea pe piaţă a ANGER FLXBL. Aceste utilaje sunt centre de transfer modular flexibile, standardizate, proiectate pentru prelucrarea pieselor de precizie în cadrul unor producţii de volume medii spre mari. ANGER FLXBL poate fi reconfigurat rapid şi uşor, permiţând astfel prelucrarea unei mari diversităţi de piese, de diferite volume, în numeroase cicluri succesive de viaţă a produsului. Datorită flexibilităţii sale, pentru operatorul de sistem aceasta înseamnă maximum de protecţie posibilă a investiţiei, asociat cu avantajele tehnologiei cu valoare demonstrată a centrului de transfer.

Magna: Producţia de mare precizie a pieselor de serie

Două utilaje ANGER HCXchange 2000 (de fapt, precursorii modelului ANGER FLXBL) au fost livrate în 2011 unuia dintre cei mai mari furnizori din sectorul auto, grupul austriaco-canadian Magna, cu sediul în Europa, la Oberwaltersdorf, la numai 2 ore şi jumătate distanţă de Traun. În unitatea de producţie din locaţia Lannach, în regiunea Styria din Austria, carcasele arborilor de echilibrare pentru motoare pe benzină sunt prelucraţi pe ambele utilaje Anger, cu o producţie de 300.000 de unităţi per an. Fiecare utilaj poate produce piesa finită completă într-o singură configurare. O celulă centrală de automatizare, cu robotul între cele două utilaje, le alimentează cu blocuri şi aşează piesele finite prelucrate pe o bandă transportoare. Această soluţie cu suprafaţă minimă de instalare şi cele mai mici costuri pe unitate reprezintă cea mai economică soluţie de prelucrare pentru Magna Powertrain Lannach. Se respectă, de asemenea, cerinţa de reechipare flexibilă a utilajului cu unelte pentru altă componentă. Piesele de prelucrat necesită o prelucrare complexă şi impun specificaţii de înaltă precizie în ceea ce priveşte alezajele pentru punctele de sprijin, până la imaginea flanşelor, valorile de planeitate şi punctele de referinţă. Cele 35 de etape de prelucrare sunt realizate cu un utilaj HCXchange cu un timp de ciclu de 114,25 secunde per piesă, inclusiv încărcarea complet automată. Prin utilizarea uneltelor cu mai multe capete, cantitatea de elemente individuale este şi mai mare din punct de vedere al alezajelor şi filetelor.

Tehnologii pentru sisteme de transmisie şi de control de la FANUC

Magna a comandat ambele utilaje ANGER HCXchange cu tehnologii de sisteme de transmisie şi de control de la FANUC - acesta nu era un parteneriat nou pentru ANGER, deoarece, iniţial, componentele liderului CNC pe piaţa mondială fuseseră utilizate în urmă cu aprox. 5 ani. Roland Haas explică: „La momentul respectiv, lucram foarte mult pentru piaţa din America de Nord, care solicita, în special, sisteme de control FANUC. Cooperarea cu FANUC a fost foarte bună pentru noi. Cheltuielile de exploatare în domeniul lucrărilor de service şi întreţinere erau minime, iar produsele erau perfect fiabile. Din păcate, recesiunea din America de Nord şi din industria auto de acolo au cauzat diminuarea cooperării cu FANUC. Prin urmare, la ANGER, suntem foarte mulţumiţi de comanda de la Magna Group pentru echiparea utilajelor ANGER HCXchange cu sisteme FANUC. Deoarece, acum, vom avea din nou acest partener fiabil, puternic alături de noi.”

Pe lângă implementarea sistemului CNC FANUC din seria 31i CNC, s-a acordat iniţial o atenţie deosebită sistemului de transmisie al utilajelor, configurat ca sistem cu structură „cutie în cutie”. O funcţie specială, spre exemplu, este traversarea în direcţie orizontală, care se obţine cu ajutorul a două şuruburi cu bile ce funcţionează în paralel. Aici, obiectivul a constat în alegerea setărilor corespunzătoare şi în asigurarea unui reglaj fiabil al sistemului de control. În sfârşit, este necesară precizia de poziţionare în intervalul µm.

O altă provocare a fost integrarea motoarelor de la terţi. Deoarece ANGER implementează servomotoare patentate cu ax tubular în conceptul său de utilaje. O altă problemă a fost faptul că cele patru axe sunt utilizate ca dotare standard la utilajele ANGER HCX. La cererea clientului, se implementează cea de-a cincea axă în dispozitivul de prindere. Roland Haas relatează: „Pentru comanda Magna, a trebuit să utilizăm pentru prima dată un sistem de transmisie dublu cu cuplu constant. Însă, această reglare şi optimizare a sistemului de transmisie a fost o chestiune pe care am putut s-o gestionăm împreună cu FANUC.”

Producătorul de sisteme de control oferă informaţii de specialitate în cadrul serviciilor furnizate

Pentru a rezolva toate problemele legate de sistemul de transmisie şi de control, erau necesare informaţii de specialitate, pe care FANUC le-a furnizat de la sucursala sa din Germania, alături de asistenţă suplimentară din Japonia. Roland Haas este mulţumit: „Ne-au vizitat aceiaşi specialişti FANUC în domeniul sistemelor de control, care erau deja familiarizaţi dinainte cu produsul. Aceştia ne-au oferit într-adevăr o asistenţă de primă clasă.”

În ceea ce priveşte sistemul de control, specificaţiile pentru cicluri unice sau speciale sunt limitate. În schimb, ANGER asigură faptul că, ori de câte ori este posibil, toate operaţiile de prelucrare şi mişcările de traversare pot fi programate prin comenzi simple şi funcţii standard, pentru a obţine cicluri rapide. De aceea, funcţia de anticipare a sistemului de control şi un timp de ciclu foarte rapid pentru PLC se numără printre factorii decisivi pentru ANGER în bătălia purtată pentru zecimile de secundă.

Au existat, de asemenea, cerinţe foarte solicitante pentru programarea unităţii PLC, în principal din cauza celor două schimbătoare duble de unelte pentru fiecare utilaj. FANUC şi-a asumat aceste operaţii de programare. Potrivit lui Roland Haas, a fost foarte important pentru ANGER să poată procura aceste informaţii speciale sub forma unui serviciu direct oferit de FANUC. În opinia sa, producătorii de serie au cel mai mult de câştigat de pe urma fiabilităţii tehnologiilor FANUC pentru sisteme de transmisie şi de control. El a adăugat, că după ce totul a fost implementat şi testat, a continuat să funcţioneze o perioadă îndelungată. În cazul în care ar fi vreodată necesară înlocuirea componentelor, acest lucru este gestionat într-o manieră foarte practică.

Uşurinţă de utilizare datorită interfeţelor active

Şi în privinţa uşurinţei de utilizare, ANGER se poate baza pe FANUC.  Producătorul de utilaje a făcut o investiţie majoră într-o interfaţă HMI (interfaţă om-maşină), care este cât mai comodă cu putinţă, oferind utilizatorului o varietate de vizualizări. Fotografiile integrate, spre exemplu, indică exact locul în care s-au produs defecţiuni şi cum trebuie remediate. Evident, interfeţele specifice clientului, cum ar fi acestea, nu au reprezentat un punct forte al sistemelor de control FANUC în trecut, însă acest lucru s-a schimbat acum total. Roland Haas confirmă: „Între timp, FANUC oferă opţiuni de vizualizare care sunt foarte utile pentru noi şi, mai ales, pentru operatorii de utilaje.” ANGER a furnizat specificaţiile privind aspectul ecranelor. Implementarea ecranelor a fost, în schimb, un serviciu oferit de FANUC.

ANGER MACHINING GmbH: utilaje pentru producţia flexibilă de serie

Compania internaţională de proiectare de utilaje, cu sediul în Traun, Austria, s-a specializat în elaborarea şi producţia centrelor de transfer. Aceste sisteme de prelucrare de mare viteză sunt utilizate, mai ales, în industria auto, pentru prelucrarea pieselor de serie cu specificaţii de foarte mare precizie. În prim plan se află aplicaţiile pentru piese de motoare, cutii de viteze şi şasiuri, realizate din aluminiu sau oţel. Având trei sucursale în Germania, Statele Unite şi Japonia, precum şi numeroşi parteneri de vânzări şi service, compania şi-a consolidat o poziţie de succes pe piaţa mondială încă de la înfiinţarea sa în 1982.

Printre alte aplicaţii, centrele de transfer ANGER sunt utilizate la prelucrarea corpurilor de supape pentru sisteme de transmisie automate şi cu ambreiaj dublu, carcase pentru cutii de viteze automate, plăci de fundaţie, carcase pentru arbori de echilibrare şi arbori cu came şi ale componente de precizie cu formă prismatică sau arbori motor şi arbori pinion.

Printre clienţii săi se numără producători auto internaţionali, cum ar fi Daimler şi VW, precum şi furnizori lider în industria auto, precum ZF, Magna, Mahle, ThyssenKruppPresta, INA Schaeffler, Bosch sau Linamar Group, alături de multe companii producătoare de piese turnate sub presiune.