Конвейерная машинная обработка с ЧПУ FANUC

Серийное производство на гибких станках

Конвейерные обрабатывающие центры ANGER сочетают преимущества обрабатывающих центров и конвейерных линий 

Компания ANGER MACHINING стала пионером обрабатывающих систем с ЧПУ для серийного производства. Так называемые конвейерные обрабатывающие центры сочетают функции обрабатывающего центра и конвейерной линии и отличаются высочайшей производительностью и эксплуатационной гибкостью. Примером таких центров являются станки HCXchange 2000 с ЧПУ FANUC серии 31i, которые используются компанией Magna, поставщиком автомобильной промышленности.

Компания ANGER MACHINING GmbH (г .Траун, Австрия) является производителем высокоскоростных обрабатывающих систем. Идея создания станков для серийного производства возникла в 1984 году. Компания установила новые стандарты производства и завоевала высокие позиции на мировом рынке. Роланд Хаас, дипломированный главный инженер компании ANGER, объясняет суть этой технологии: «Мы реализовали концепцию конвейерной линии в одном станке». Изделие загружается в захватное устройство и быстро перемещается от одного неподвижного шпинделя к другому. Время от реза до реза в идеале составляет всего 0,3 секунды. Движение изделия может быть линейным или с поворотом по всем пространственным осям, что обеспечивает обработку с шести сторон.

Цель: сокращение простоев

Все инструменты захватываются специальными обрабатывающими шпинделями и многошпиндельными головками, установленными по четырем сторонам области обработки. При использовании высокопроизводительных станков уходят в прошлое простои, связанные со сменой инструментов. На гибких станках ANGER смена инструментов выполняется параллельно процессу обработки. Результат — сокращение продолжительности циклов и повышение объемов производства по сравнению с традиционными обрабатывающими центрами при экономии пространства.

На 20–40 установках станок выполняет все необходимые задачи высокоточной обработки. При этом точно сохраняется положение инструмента в держателе. Поскольку захват детали выполняется всего один раз, ошибки, связанные с захватом и позиционированием детали вручную, исключаются. В результате конвейерные центры ANGER обеспечивают допуск на точность позиционирования 0,015 мм с начальным допуском диаметра 5 и значением скругленности до 0,001 мм.

Работа с малыми весами обеспечивает устойчивость компонентов системы к износу и разрывам, а также отличные характеристики динамического перемещения со скоростью машинной обработки до 90 м/мин при ускорении 1 g. Станина станка с виброподавляющей сталежелезобетонной конструкцией обеспечивает высочайшую надежность. Вес конструкции зависит от характеристик станка и может достигать 25 метрических тонн.

От очков до автомобилей

Конвейерные центры ANGER идеально подходят для предприятий с объемом производства от 150 000 до 500 000 идентичных или аналогичных единиц продукции в год. На заре своего существования компания ANGER в основном поставляла свои высокопроизводительные станки производителям очковой оптики. Благодаря станкам с несколькими инструментами эти компании могли сократить простои и получить эффективный метод автоматизации фрезеровки оправ из пластиковых блоков.

После того как качественные технологии литья под давлением вытеснили машинную обработку из этого сегмента рынка, компания ANGER начала поставлять свои станки на развивающийся рынок мобильных телефонов. В частности, станки ANGER использовались для производства корпусов мобильных телефонов Ericsson путем фрезеровки магниевых блоков. Довольно быстро компания ANGER переключила внимание на автомобильную промышленность, производящую одинаковые партии деталей одного уровня качества. Изначально станки использовались для производства валов и кубических компонентов из алюминия. С появлением моделей ANGER HCS и HCP сфера применения станков расширилась: теперь они стали использоваться для производства цилиндров антиблокировочных тормозных систем и других мелких, но сложных компонентов.

Станки HCX: более длинная траектория перемещения и высокая надежность конструкции

Компания ANGER продолжала совершенствовать свои станки. На основе серии HCP были созданы станки модели HCX с тем же проверенным принципом работы — встроенные шпиндели и перемещение изделий. Однако сама технология была полностью обновлена. Самым заметным усовершенствованием была рама фланца, на которую свободно монтируются обрабатывающие шпиндели, порядок которых можно изменять.

Роланд Хаас говорит: «Мы полностью перепроектировали электронно-механические узлы станков HCX и использовали все методы виртуальной симуляции». Во-первых, разработчики провели расчеты и сравнили различные конвейерные колонны с группами установок типа «коробка в коробке», выбрав таким образом оптимальное решение. Опираясь на помощь различных партнеров, компания еще больше усовершенствовала свою концепцию. С помощью системы симуляции электронно-механических узлов специалистам удалось оптимизировать различные компоненты в ходе нескольких циклов разработки. Роланд Хаас раскрывает подробности: «Мы улучшили жесткость конструкций на важных участках и смогли сократить расход материалов на участках перемещения массы. Симуляция движения осей позволила оптимизировать контроль за их поведением. Только после того как все симуляции доказали исправность механизма, мы построили прототип станка HCX». Компания ANGER полностью оптимизировала эту серию станков в плане срока службы, простоты сборки и технического обслуживания.

Кроме того, проектировщики станка разработали систему ТПП, которая позволяет симулировать процесс машинной обработки сразу после получения заказа. «Это позволяет нам проектировать шпиндели так, чтобы полностью исключить столкновение компонентов», — объясняет Роланд Хаас. Теперь компания ANGER выступает в качестве генерального подрядчика. Это означает, что компания не только поставляет готовые станки, но и обслуживает весь процесс машинной обработки с предопределенной продолжительностью цикла. Проект «под ключ» передается заказчику с готовой программой ЧПУ, сертификатом статистического контроля качества и средствами автоматизации.

Следующим важным этапом для компании стал 2014 год: на рынок были выведены станки ANGER FLXBL. Эти станки представляют собой гибкие стандартизированные конвейерные центры с модульной конструкцией. Они предназначены для среднего и крупного производства прецизионных деталей. Станки ANGER FLXBL можно быстро и легко перенастроить. Таким образом, эти станки позволяют обрабатывать различные изделия в ходе нескольких последовательных циклов. Гибкость работы для системных операторов обеспечивает надежную защиту инвестиций. Операторы также получают преимущества надежного конвейерного центра.

Magna: высокопрецизионное производство серийных деталей

В 2011 году один из крупнейших в мире поставщиков автомобильной промышленности — Magna Group (Австрия — Канада) — получил два станка ANGER HCXchange 2000 (предшественники ANGER FLXBL). Европейская штаб-квартира группы компаний находится в г. Обервальтерсдорф в двух с половиной часах езды от г. Траун. Оба станка Anger установлены в производственном цехе, расположенном в коммуне Ланнах (земля Штирия, Австрия), и используются для обработки корпусов балансирных валов для двигателей внутреннего сгорания. Объем производства составляет 300 000 единиц в год. Каждый станок выпускает полностью готовую деталь за один цикл. Центральный автоматизированный модуль с роботами расположен между станками. Роботы выполняют манипуляции с заготовками и укладывают обработанные детали на конвейерную ленту. Это компактное решение, обеспечивающее низкую стоимость обработки детали, является самым экономичным обрабатывающим решением подразделения Magna Powertrain Lannach. Функция гибкого переоборудования станков для работы с различными компонентами также реализована. Изделия требуют комплексной машинной обработки с высочайшей точностью, особенно в плане отверстий для точек опоры, прижимных планок, значений кривизны и базовых точек. Машинная обработка на станке HCXchange выполняется в 35 этапов, продолжительность цикла обработки одной детали с автоматической загрузкой составляет 114,25 секунды. Благодаря использованию приспособлений с набором головок количество отдельных элементов при обработке отверстий и нарезании резьбы возрастает.

Контроллеры и приводы FANUC

Компания Magna заказала два станка ANGER HCXchange с контроллерами и приводами FANUC. Это не первый опыт сотрудничества ANGER и Fanuc: основные компоненты от ведущего поставщика ЧПУ используются на этих станках уже около пяти лет. Роланд Хаас объясняет: «В то время нам поступало много заказов от североамериканских заказчиков, которым нужны были контроллеры FANUC. Сотрудничество с FANUCбыло очень плодотворным для нас. Издержки на услуги и техническое обслуживание были минимальны, а продукция — по-настоящему надежна. К сожалению, финансовый кризис в Северной Америке и в автомобильной промышленности заставил нас сократить объем сотрудничества с FANUC. Именно поэтому компания ANGER была рада получить заказ от Magna Group на поставку станков ANGER HCXchange с контроллерами FANUC. Таким образом, мы снова работаем с надежным и сильным партнером».

Помимо внедрения системы ЧПУ FANUC серии 31i, изначально большое внимание уделялось интегрированной приводной системе станков с различными функциями. Одна из специальных функций — горизонтальное перемещение за счет двух шариковых винтов с параллельной кинематикой. Основной задачей было выбрать подходящие параметры и провести соответствующую настройку контроллера. Наконец, требовалось определить точность положения до микрометра.

Интеграция двигателей сторонних производителей представляла еще одну трудность, поскольку компания ANGER предполагала использование собственных серводвигателей с пустотелым валом. Другая сложность — станки ANGER HCX в стандартной комплектации оснащены четырьмя осями. По запросу заказчика захватное устройство оснащается пятой осью. Роланд Хаас говорит: «Для выполнения заказа, поступившего от компании Magna, нам впервые пришлось использовать привод с двумя моментами. Такая настройка и оптимизация привода стали возможны благодаря сотрудничеству с FANUC».

Производитель контроллеров предлагает услуги квалифицированных специалистов

Для решения проблем, связанных с приводом и контроллером, требовались специальные знания. Компания FANUC предоставила в распоряжение ANGER специалистов из Германии, а также оказывала удаленную поддержку из Японии. Роланд Хаас положительно отзывается о предоставленных услугах: «На помощь пришли специалисты FANUC, которые уже работали с нами раньше и были хорошо знакомы с продукцией. Они оказали нам поддержку на высочайшем уровне».

С точки зрения управления, характеристики единовременных или специальных циклов ограничены. Компания ANGER сделала все возможное, чтобы все операции обработки и перемещения могли программироваться с помощью простых команд и стандартных функций, что обеспечило сокращение продолжительности циклов. Функция опережающего просмотра, которой оснащен контроллер, и сокращение продолжительности циклов ПЛК стали решающими факторами в борьбе ANGER за скорость работы.

Заказчик также предъявлял очень высокие требования к программированию ПЛК, в частности желал видеть по два устройства смены инструментов на каждом станке. Компания FANUC взялась за выполнение задач программирования. По словам Роланда Хааса, для ANGER было очень важно получить специализированную поддержку непосредственно от специалистов FANUC. С его точки зрения, самое ценное преимущество FANUC для производителей серийных деталей — надежность технологий приводов и контроллеров FANUC. Роланд Хаас также отметил, что после реализации и тестирования проекта все компоненты продолжали работать слаженно в течение долгого времени. В случае необходимости замены компонентов все соответствующие операции будут выполнены быстро и без нарушения работы.

Удобство использования: активные интерфейсы

В том, что касается удобства использования, компания ANGER также может рассчитывать на FANUC.  Отрасль машиностроения сделала огромный вклад в развитие человеко-машинных интерфейсов, обеспечивающих удобство работы и предлагающих пользователю широкие возможности визуализации. Например, встроенные функции обработки изображений позволяют увидеть точное местонахождение сбоя и определить способ его устранения. Надо признать, что раньше такие пользовательские интерфейсы не были сильной стороной контроллеров FANUC, однако ситуация изменилась. Роланд Хаас подтверждает это: «Возможности визуализации, которые сегодня предлагает FANUC, чрезвычайно полезны не только нам, но, в первую очередь, операторам станков». Компания ANGER разработала рекомендации относительно того, как должны выглядеть экраны. Эти рекомендации были реализованы компанией FANUC.

ANGER MACHINING GmbH: станки для гибкого серийного производства

Международная машиностроительная компания со штаб-квартирой в г. Траун (Австрия) специализируется на проектировании и производстве конвейерных центров. Эти скоростные обрабатывающие системы используются в автомобилестроении для высокопрецизионной обработки серийных деталей. Основные сферы применения: производство деталей для двигателей, коробок передач и деталей ходовой части из алюминия и стали. С момента основания в 1982 году компания открыла три филиала (в Германии, США и Японии), обзавелась многочисленными торговыми и сервисными партнерами и завоевала стабильные позиции на мировом рынке.

Среди задач, решаемых с помощью конвейерных центров ANGER, — машинная обработка корпусов клапанов для автоматических систем передач и систем передач с двойным сцеплением, корпусов автомобильных коробок передач, станин, корпусов уравнительных и распределительных валов, а также других призматических прецизионных компонентов, компонентов двигателей и зубчатых валов.

В круг заказчиков компании входят международные производители автомобилей, включая концерны Daimler и Volkswagen, ведущие поставщики автомобильной промышленности, в частности ZF Friedrichshafen, Magna, Mahle, ThyssenKruppPresta, INA Schaeffler, Bosch, Linamar Group, а также различные предприятия, специализирующиеся на литье под давлением.