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钛加工--以自动化来应对挑战
作者:Matt Grasson    来源:Aerospace Manufacturing and Design杂志
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加工中心/FMS展厅
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MMC-R单元增加了5轴自动化和生产力,提升了奇科皮在钛加工方面的专业水平。

作为专业生产高精度航空配件的公司,加拿大安大略省基奇纳的Chicopee制造公司在加工钛金属和其他难于加工的金属方面享誉全球。该公司已开发出了用于小批量装配件生产的高效系统,包括各种高精度零部件。此外,该公司在灵活性和自动化方面也取得了同样的成功。

“几乎我们所做的一切都是基于柔性制造系统(FMS)的使用,”Chicopee公司的总裁Rick Moes表示,“我们每天要生产各种零件和装配组件,以及工作所需的小批量零配件,我们的设备必须具备灵活性以实现高产。”

最近,Chicopee通过安装一个构建在MMC-R(牧野自动控制柔性集成单元)自动夹具板分配系统基础上的牧野机器单元提升了这一灵活性。这一机器单元被设计用来为世界上某些最先进的航空器生产组件,它帮助Chicopee公司保持了其在现今市场的强势地位,同时为其将来不断取得成功奠定了基础。

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Chicopee设计的自动化单元用来为高级军用和商用飞机生产多品种、小批量的钛组件

Chicopee公司简介

作为一家综合机器工厂,Chicopee公司50多年前创立于安大略省基奇纳,邻近多伦多。Chicopee公司不久即在航空业务方面开创了一片天地,生产加拿大箭式战斗机原型的组件。箭式战斗机从未实现过成批生产,但是Chicopee公司找到了最合适的方法来实现成批生产。经过数年努力,Chicopee公司在加工钛和其他硬金属方面,以及为世界各地航空客户生产集成零件和装配件方面具备了先进的专业知识。

1998年,Chicopee公司被世界上最大的集成综合性航空业供应商之一、位于加拿大安大略省米西索加的Magellan航空公司收购,从此Chicopee公司得到了更大的机遇。如今,作为Mgellan公司全球网络的重要部门,Chicopee公司为波音公司、洛克希德马丁公司和空客公司等航空业巨头,以及电力等其他产业的客户生产高级组件。

专业知识+自动化

“航空工程在不断发展进步,”Chicopee公司的技术总监Dave Quehl在描述其公司所面临的挑战时表示,“为了保持我们在市场上的竞争力,我们必须与时俱进,包括研发加工钛等高新材料的新专业知识,以及让我们的工艺更为高效的新专业知识。在很多情况下,我们发现通过自动化很有效率,我们在利用牧野机器来开发我们所需的自动化系统方面已获得了极大的成功。”

如构建在6个牧野A55卧式加工制造中心基础上的自动机器单元,于1998年首次在Chicopee安装。

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a81M被设计用来加工坚韧、硬质的材料,非常适合材料的大直径钻孔和端面铣削,如不锈钢、钛合金等

Quehl解释道,“我们需要一个每天能精确加工出各种不同零件的真正的柔性制造系统,并通过该系统让这些零件高效地运作。有了A55单元,我们获得了所需的一切。”

最初的单元设计是为了给波音公司生产集成机翼装配组件,但是随后该单元适用于多种应用,包括发电组件。

“我们所使用原材料的高成本意味着我们无法在工厂附近存货过多。”Quehl表示,“为了机翼装配,实时系统意味着我们每天都要收到载有生产一架飞机所需的原材料的货运——34种不同的配件。这一机器单元已连续五年不分昼夜地生产这些配件。牧野机器单元控制器每周要处理200多家不同工厂的订单,通过机器设定粗加工和精加工工序,确保每台机器以最有效的方式运作。

“多年来,我们已使用该机器单元在各种工作任务上取得了相近的生产能力。实践证明,牧野机器单元是一种极为通用和高产的系统。这一成功在我们决定投资新自动控制系统上发挥了巨大作用。”

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优势

Chicopee公司最新的牧野机器单元由两个具有5轴转盘的a81M卧式加工中心和一个MMC-R自动夹具板分配系统组成,并由牧野MAS-A5单元控制器来控制。

这一单元的设计是为了满足给军事和商业高级航空器(包括波音公司787梦想飞机)生产钛结构框架组件的长期订单需求。Chicopee公司在研发航空器时始终与制造商们进行合作,现在正准备将这一组件从研发阶段转为投产。

该单元的核心是a81M 五轴加工中心,该中心提供钛零部件加工所需的柔性、动力和精确度,其旋转工件头座可以让主轴接触到零件的每个表面而无需重新装夹定位,主轴转速达到8,000转每分,扭矩则超过1,000牛米(Quehl指出这是Chicopee公司所有机器中最大的扭矩),从而具备了所需的动力和速度来加工最坚硬的金属。集成了驱动电动机转子的主轴在高速运转时减少了震动,同时提高了加减速的速度。主轴加速到最高速度只需2.4秒,极大地减少了非切割时间。工具冷却产生的高压(1,000磅/平方英尺)和大容量(20加仑/分钟),加上中心槽的设计,在快速地将大量碎片移除的同时,提高了持续加工的可靠性。当前在单元中心安装了两个a81M加工中心,并计划随着生产航空器订单的增加再添加超过三个加工中心。

MMC-R自动化

牧野自动控制柔性集成单元自动化系统为a81M加工中心提供支持。这一系统包括安装在第七轴平台轨道上的六轴机械设备;两套工作站;可以让单元充分利用机械设备并降低固定零件成本的创新性固定板;七副固定板支架,每副支架都能够安放16块固定板,总共安放112块固定板;以及一个牧野MAS-A5单元控制器。

该单元的操作员确保零件放在固定板上,并将零件和固定板数量编入单元控制器。启动和监督工作场所、存储支架和加工中心间的所有自动传送,并控制加工操作本身。

这一自动化系统尤为适合诸如Chicopee公司这样涉及高端产品构成和小批量生产的五轴应用。该系统让Chicopee公司得以通过精确可靠的机器负载、卸载和零件存储来提高主轴利用率和减少准备时间,从而实现高效运转。

固定板的设计利用Delphin接口来确保夹持机械手和机器之间的传输,生产出精确、可重复的零件。通过使用固定板来取代机器托盘,Chicopee公司有效地降低了固定零件的成本。
“这些都是需要全五轴加工的复杂零件,”Quehl指出,“较小的固定板让我们得以将它们固定在中心位置从而有利于工具的完全接触。同时,它们节省了用以自身固定的成本,以及在单元中存储这些固定板所需的空间。”

牧野MAS-A5单元控制器协调固定板传输的所有生产调度,监控这些调度,并向机械设备下发适当的传输任务。加工中心配备了连接至Zoller预置装置的Balluff读写工具系统以及零件探测装置,以确保每次操作都生产出符合组件要求的零件。所有数据都要途经单元控制器,自动操作并确保整个工序的准确度。

“这一控制器是该机器单元最大的卖点之一,”Quehl表示,“我们在A55单元上已有数年良好的经验。通过将相关知识和经验应用到这一机器单元上,MAS-A5控制器能够与我们将来所需的任何技术创新或变革保持同步。”

着眼于未来

Chicopee公司不断改进机器单元的能力和效率,以应对未来数年迫在眉睫的产量提升。

“我们每天致力于优化工艺并提升我们在钛金属加工方面的专业技能。”Quehl声称,“随着产量的不断增长,我们将做好准备给机器单元增添更多的加工中心和存储支架,我们有信心让机器单元出色地完成这一任务。我们一直在寻找更多的方式来利用该机器单元的能力完成新订单、寻求新客户以及应对新机遇。自动化绝对是目前及未来诸如钛金属等高需求材料和航空工业等需求市场高精度加工发展的主流和趋势所在。”(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (1/4/2013)
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