Системи ЧПК FANUC для обробки деталей в автоматичній лінії

Верстати для гнучкого серійного виробництва

Центри автоматичної обробки деталей ANGER об’єднують переваги обробних центрів і ліній автоматичної обробки 

Компанія ANGER MACHINING зажила слави як автор перших технологій для поточного виробництва за допомогою обробних систем із ЧПК. Ці так звані центри автоматичної обробки, які поєднують функції обробних центрів і ліній автоматичної обробки, вражають високою продуктивністю й можливостями гнучкого серійного виробництва. Як приклад можна навести два верстати HCXchange 2000 під керуванням контролерів ЧПК FANUC серії 31i, придбані компанією Magna, що постачає автомобільні комплектуючі.

Компанія ANGER MACHINING GmbH, розташована в австрійському Трауні, виготовляє високошвидкісні обробні системи. Завдяки розробленій у 1984 р. концепції серійної обробки компанія встановила нові стандарти продуктивності та зайняла міцні позиції на світовому ринку. Роланд Хаас, головний інженер ANGER, коротко пояснив, що робить цю технологію унікальною: "Ми реалізували концепцію обробної лінії в одному верстаті". Заготовка завантажується в затискний пристрій, а потім блискавично передається від одного нерухомого шпинделя до наступного. Час від стружки до стружки дуже короткий – в ідеалі близько 0,3 с. Оброблювані заготовки переміщуються поступально та обертально за всіма осями просторової системи координат і в такий спосіб обробляються із шести сторін.

Скорочення простоїв пріоритетне завдання

Усі інструменти виймаються спеціальними обробними шпинделями та багатошпиндельними головками, які встановлені з чотирьох сторін робочої зони центру. Наші високопродуктивні верстати більше не зупиняються для заміни інструменту – ця операція виконується в процесі обробки. Таким чином, скорочуються цикли, підвищується продуктивність і суттєво заощаджується простір порівняно з традиційними обробними центрами.

Верстат виконує всі необхідні завдання обробки з граничною точністю, використовуючи приблизно від 20 до 40 станцій. При цьому інструмент фіксується в тримачі та не змінює свого положення. Крім того, затиснення здійснюється лише один раз, що зменшує похибки фіксації та ручного позиціонування. У результаті центри автоматичної обробки ANGER виконують обробку з допуском на точність позиціонування 0,015 мм, допуском діаметра IT 5 і відхиленнями від круглості в межах 0,001 мм.

Мала переміщувана вага зменшує знос деталей верстата та забезпечує найвищу динамічність подачі зі швидкістю обробки до 90 м/хв і прискоренням 1 g. Високий рівень жорсткості забезпечує станина, посилена вібропоглинаючою залізобетонною конструкцією. Залежно від технічних характеристик верстата ця конструкція може важити до 25 тонн.

Від окулярів до автомобільних деталей

Центри автоматичної обробки деталей ANGER ідеально підходять для виробництва однакових або схожих за конструкцією деталей обсягом від 150 000 до 500 000 штук на рік. Перший час після створення високопродуктивних верстатів компанія ANGER постачала їх переважно виробникам окулярів. Вони скорочували простої завдяки обробці кількома інструментами і отримували повністю автоматичне фрезерування дужок окулярів із пластмасових заготовок.

Пізніше механічна обробка була витіснена якіснішим литтям під тиском, і компанія ANGER переорієнтувалася на зростаючий ринок мобільних телефонів – почала постачати Ericsson обладнання для фрезерування магнієвих корпусів. Потім акцент швидко змістився з виробництва мобільних телефонів на автомобільну промисловість, де потрібно було обробляти аналогічні заготовки в таких самих обсягах. Перші моделі призначалися для обробки різноманітних валів і кубовидних деталей з алюмінію. Після випуску моделей ANGER HCS і HCP сфера застосування знову розширилася – до неї увійшли циліндри систем ABS і багато інших дрібних складних деталей.

Верстати HCX: довгий хід і підвищена жорсткість

Компанія ANGER продовжувала вдосконалювати свої верстати. Із серії HCP виросли моделі НСХ, які зберегли перевірений основний принцип – нерухомі шпинделі та рухома заготовка, але отримали повністю перероблену конструкцію. Найочевиднішим нововведенням стала рама з фланцями, на якій вільно встановлюються та легко переналаштовуються обробні шпиндельні головки.

Роланд Хаас підкреслює: "Для лінійки HCX ми розробили повністю новий мехатронний механізм, використавши всі засоби віртуального моделювання". Перш за все, проектанти розраховували та порівнювали різні рухливі колони з коробчастими конструкціями та врешті-решт зупинили свій вибір на останньому рішенні. Потім концепцію було вдосконалено за підтримки партнерів. За допомогою моделювання мехатронних систем вони оптимізували різні вузли за кілька ітерацій. Роланд Хаас пояснює докладніше: "Ми збільшили жорсткість у важливих місцях і одночасно зменшили переміщувану масу. Крім того, змоделювали й оптимізували режим керування всіма осями. Лише після успішного моделювання ми створили дослідний зразок НСХ". У цій серії розробники ANGER нарешті оптимізували термін служби верстатів, а також спростили монтаж і підвищили зручність технічного обслуговування.

Крім того, інженери представили CAM-систему, за допомогою якої можна змоделювати процес обробки одразу ж після отримання замовлення. "Вона виключає зіткнення шпинделя ще на етапі проектування", – пояснює Роланд Хаас. Врешті-решт, компанія ANGER – генеральний підрядник. Це означає, що вона не лише поставляє верстати, а й забезпечує весь процес обробки із заданою тривалістю циклів. Проект був виконаний під ключ і зданий замовнику з програмою ЧПК, сертифікатом статистичного аналізу якості та засобами автоматизації.

У 2014 році наступною віхою в історії компанії став випуск верстатів ANGER FLXBL. Ці гнучкі уніфіковані модульні центри автоматичної обробки призначені для виготовлення прецизійних деталей у середньо- та великосерійному виробництві. Верстати ANGER FLXBL можна легко та швидко переналагоджувати, а отже, випускати широкий асортимент деталей партіями довільного обсягу протягом усього терміну служби верстата. Висока гнучкість системи гарантує оператору максимальний захист інвестицій поряд з усіма перевагами перевіреної технології автоматичної обробки.

Magna – серійне виробництво високоточних деталей

У 2011 році два верстати ANGER HCXchange 2000 – попередники ANGER FLXBL – були поставлені одному з найбільших у світі постачальників автомобільних деталей, австрійсько-канадській Magna Group. Європейська штаб-квартира компанії розташована в Обервальтерсдорфі, лише у двох із половиною годинах їзди від Трауна. На виробництві в Ланнасі (Штирія, Австрія) обидва верстати щорічно виготовляють близько 300 000 корпусів зрівноважувальних валів для бензинових двигунів в повністю автоматичному режимі. Центральний роботизований модуль між двома верстатами подає заготовки та складає готові деталі на конвеєр. Ця ділянка з найменшою площею та витратами на одиницю продукції є найбільш економною в Magna Powertrain Lannach. Крім того, кожен верстат можна швидко переоснастити для виготовлення інших деталей. Заготовки вимагають складної обробки з підвищеними вимогами до розсвердлювання отворів в опорних точках, включно з формою фланців, значенням площинності та вихідними точками. Цикл обробки однієї деталі триває лише 114,25 секунд. За цей час верстат HCXchange виконує 35 технологічних переходів разом з автоматичним завантаженням. Завдяки використанню багатошпиндельних головок він може робити ще більше розточених отворів і ниток різьби.

Контролери ЧПК і приводи FANUC

Обидва верстати ANGER HCXchange, які замовила Magna, оснащувалися системою керування та приводами FANUC. Для ANGER це була не перша спільна поставка – близько 5 років тому вони вже обладнували свою техніку компонентами від лідера світового ринку систем ЧПК. Роланд Хаас пояснює: "Тоді ми виконували багато замовлень для північноамериканського ринку, на якому переважно замовляли контролери FANUC. Співпраця з FANUC була дуже плідною: накладні витрати на технічне обслуговування та ремонт були мінімальними, а обладнання – абсолютно надійним. На жаль, економічний спад у Північній Америці загалом і в автомобільній промисловості зокрема призвели до згортання співробітництва з FANUC. Тому ми в ANGER були дуже раді отримати замовлення від Magna Group на верстати ANGER HCXchange, оснащені компонентами FANUC, адже в нас знову з’явився сильний надійний партнер".

На додаток до впровадження системи ЧПК FANUC серії 31i основна увага приділялася блочному компонуванню приводної системи. Наприклад, одним з особливих конструкторських рішень стало переміщення в горизонтальній площині, за яке відповідають дві паралельні кулько-гвинтові передачі. Головним завданням було підібрати правильні налаштування та забезпечити надійне регулювання контролерів. На довершення до всього потрібна була точність позиціонування в мікронному діапазоні.

Ще одним викликом стала інтеграція сторонніх двигунів, оскільки ANGER використовує для приводів верстатів власні серводвигуни з порожнистим валом. Крім того, у стандартній конфігурації верстати ANGER HCX мають чотири осі, а п’ята встановлюється в затискному пристрої за бажанням замовника. Роланд Хаас підкреслює: "Виконуючи замовлення компанії Magna, нам вперше довелося впроваджувати електродвигуни з регульованим крутним моментом. Проте спільно з фахівцями FANUC ми успішно скоригували та оптимізували привід".

Експертні консультації як послуга від виробника контролерів

Щоб вирішити всі завдання з керування й інтеграції приводу, знадобилися фахівці, яких надав німецький офіс FANUC, і додаткова підтримка від японських колег. Роланд Хаас задоволений: "З нами працювали ті ж фахівці FANUC, що й минулого разу. Вони досконало знали обладнання й надали нам дійсно висококласну допомогу".

Якщо говорити про керування, то технічні умови передбачають мінімум разових або технологічних циклів. Натомість, щоб скоротити цикли, ANGER робить максимум операцій з обробки та осьових переміщень настроюваними за допомогою простих команд і стандартних функцій. Ось чому в битві за десяті частки секунди одними з вирішальних факторів для ANGER є випереджаюче керування та дуже короткі цикли ПЛК.

Крім того, дуже високі вимоги висувалися до програмування ПЛК, здебільшого через використання на кожному верстаті двох подвійних пристроїв для зміни інструментів. Компанія FANUC узяла програмування на себе. За словами Роланда Хааса, для ANGER було важливо отримати предметну консультацію безпосередньо від FANUC. На його думку, надійність приводів і систем керування FANUC забезпечує серійним виробникам максимальний зиск. Також він відзначив тривалу безперебійну роботу верстатів після впровадження та тестування й можливість легко замінити вузли в разі необхідності.

Зручність завдяки активним інтерфейсам

Коли мова заходить про зручність, ANGER завжди може покластися на FANUC.  Цей виробник верстатів вклав значні кошти в розробку максимально зручного людино-машинного інтерфейсу, який пропонує користувачам широкий спектр візуалізацій. Наприклад, вбудовані фотографії дають змогу виявити, де виникла проблема та як її усунути. Раніше компанія FANUC не приділяла стільки уваги спеціалізованим інтерфейсам користувача, але зараз усе змінилося. Роланд Хаас підтверджує це: "Сьогодні FANUC пропонує функції візуалізації, що дуже зручні та корисні для нас і, насамперед, для операторів верстатів". Інженери ANGER розробили вимоги до зовнішнього вигляду екранів, а програмісти FANUC втілили їх у життя.

ANGER MACHINING GmbH: верстати для гнучкого серійного виробництва

Міжнародна машинобудівна компанія з головним офісом в австрійському Трауні спеціалізується на конструюванні та виробництві обробних центрів. Високошвидкісні обробні системи насамперед використовуються в автомобільній промисловості для серійного виробництва деталей з особливо високою точністю допусків, зокрема двигунів, коробок передач і деталей ходової з алюмінію або сталі. З моменту свого заснування в 1982 році компанія встигла зробити собі ім’я на світовому ринку. Вона має три дочірні компанії (в Німеччині, США та Японії) та численні центри продажів і обслуговування по всьому світу.

Центри ANGER зокрема обробляють корпуси клапанів для автоматичних і преселективних коробок передач, корпуси коробок передач, станини, картери зрівноважувального й розподільного вала та інші точні призмоподібні компоненти, а також колінчаті та передатні вали.

Серед клієнтів компанії багато міжнародних виробників автомобілів (зокрема, Daimler і Volkswagen) і автомобільних комплектуючих (зокрема ZF, Magna, Mahle, ThyssenKruppPresta, INA Schaeffler, Bosch і Linamar Group), а також інших заводів, на яких використовується лиття під тиском.