Automatisering brengt de productie van raketonderdelen in de ruimte

De komst van particuliere ontwikkelingsbedrijven voor ruimtevoertuigen heeft de productieomgeving voor raket- en satellietcomponenten getransformeerd. Eerder sponsorden overheidsorganisaties, waaronder NASA en het Amerikaanse ministerie van Defensie, het merendeel van de ruimtegerelateerde productie. Nu stimuleren de welgestelde ondernemers achter Blue Origin, SpaceX en Virgin Galactic de volgende generatie vooruitgang op het gebied van ruimtetechnologie.

De groeiende particuliere ruimtevaartactiviteiten vormen een nieuwe industrie met nieuwe relaties, nieuwe vereisten en nieuwe kansen voor fabrikanten.

Gray Manufacturing Technologies is een leverancier die profiteert. De winkel in Denver, N.C. heeft van die kansen geprofiteerd door geavanceerde bewerkingstechnologie en, belangrijker nog, automatiseringstechnologie toe te passen om te voldoen aan de toenemende eisen van de ruimtevaartindustrie.

De productmix van Gray is hoog en de volumes van afzonderlijke onderdelen zijn laag. "Het overgrote deel van onze activiteiten bestaat uit lucht- en ruimtevaart [vliegtuigen] of ruimte- en satellietcomponenten", zegt Gary Holcomb, president en CEO van Compass Precision, het moederbedrijf van Gray. "De meeste banen zijn vijf tot tien stuks en de meeste zijn anders dan eerdere banen. Het zijn niet echt prototypes, maar gecompliceerde onderdelen in zeer kleine volumes, en we verzenden meer dan 100 jobs per maand.”

Omdat de ruimtevoertuigbedrijven hun technologieën voortdurend aanpassen en verbeteren, zijn er vaak technische veranderingen. "We kunnen vijf onderdelen voor een klant maken, dan kunnen ze nog vijf onderdelen bestellen, maar met verschillende afmetingen", legt Holcomb uit. “Er zijn frequente wijzigingsmeldingen en veel verplaatsingen in en uit productieschema's. We krijgen misschien zes bestellingen binnen drie maanden, maar een week later hebben ze twee van de bestellingen eerder nodig, terwijl twee andere uit het productieschema worden gehaald.'

Automatisering heeft bewezen een belangrijk onderdeel te zijn van Gray's benadering van bewerkingsdiensten voor ruimte- en satellietproducten. "Toen we het voor het eerst over automatisering hadden, bekeken we het vanuit een capaciteitsprobleem", zegt Gray Manufacturing Operations Manager Evan Grose. "We hadden niet de ruimte om hetzelfde onderdeel steeds opnieuw op dezelfde pallet te laden."

Om de uptime van de spindel en de productieflexibiliteit te vergroten, heeft de werkplaats twee vijfassige MILL E 700 U-bewerkingscentra overgenomen van GF Machining Solutions LLC, Lincolnshire, Illinois, in een cel die een System 3R Transformer modulaire robot bevat samen met een 12- laadstation voor pallets. De robot rijdt op een rail om pallets in en uit de machines te schakelen, maar ook om pallets offline te laden en te lossen op het laadstation. Deze gecombineerde mogelijkheden zorgen voor uitgebreide licht-uit-operaties bij Gray.

De automatisering van GF Machining Solutions stelt Gray in staat om efficiënt om te gaan met zijn low-volume/high-mix workload. "De flexibiliteit van de apparatuur is erg belangrijk", zegt Holcomb. “Overdag richten we onze middelen op het maken van een-, twee- of vijfdelige banen voor ruimtevaartklanten. Dan, voordat we naar huis gaan, nemen we het niet-ruimtevaartwerk - in feite hogere lucht- en ruimtevaarttaken die al zijn geprogrammeerd - en voeren het 's nachts uit. We gebruiken wat de MILL E 700's bieden op het gebied van programmeerbaarheid voor de gecompliceerde, zeer kleine percelen gedurende de dag, en gebruiken vervolgens de automatiseringsmogelijkheden voor het wat grotere volume, niet-ruimtelijk werk dat we zonder licht uitvoeren."

In tegenstelling tot typische multi-palletsystemen die de hoeveelheid onbeheerde productie kunnen beperken tot wat er op de pallets is geladen voordat de lichten worden uitgeschakeld, verwijdert het Transformer-robotsysteem pallets met voltooid werk uit de machine en vervangt ze door geladen pallets. Vervolgens worden de onderdelen op de niet-actieve pallets gelost en opnieuw geladen, terwijl de bewerking ononderbroken doorgaat. "We noemen het automatisering voor de automatisering," zei Holcomb.

Voor onbemande bediening wordt de gereedschapsbreukdetectie in het bewerkingsprogramma ingesteld. Als een gereedschap breekt, stopt de machine en wisselt het gereedschap. De MILL E 700 U-machines hebben meer dan voldoende gereedschapsopslag om Gray's langdurige onbeheerde werking te ondersteunen, met compensatie van gereedschapsslijtage en vervanging van overtollig gereedschap, indien nodig in het programma genoemd.

"We zijn het pad van automatisering ingeslagen vanwege de toenemende complexiteit van ons werk en omdat het moeilijker is om medewerkers met de juiste technische vaardigheden te vinden", legt Holcomb uit. "We hebben gekozen voor de robuuste Transformer-robot in plaats van een gelede robot omdat het vermogen van het bewerkingscentrum om complexe bewegingen te maken het gebruik van een volledig gelede robot overbodig maakt", voegde hij eraan toe.

Het alternatief voor het robotautomatiseringssysteem zou meer machines zijn, zei Holcomb, "en afhankelijk van het aantal machines dat in gebruik is, ook meer mensen, omdat we niet kunnen verwachten dat een operator zeven of acht machines bedient. Op basis van onze huidige orderniveaus en zonder de robotica zouden we minstens drie extra machines nodig hebben voor in totaal vijf en twee extra mensen. En op dit punt in ons bedrijf is het moeilijker om de mensen te vinden dan om de machines te verwerven.”

Hoewel de onderdelenvolumes momenteel laag zijn, worden hogere volumes verwacht, waardoor de winkel de mogelijkheden van de Mikron MILL-vijfassige machines en het robotpalletsysteem volledig kan benutten. "Hogere volumes betekenen in dit geval niet miljoenen stuks," zei Holcomb, "We hebben enkele tientallen stuks nodig in plaats van vijf tot tien."

Automatisering zal belangrijker worden naarmate de commerciële ruimtevaartindustrie groeit en volwassen wordt. Volgens Holcomb ervaart de winkel een migratie naar grotere volumes onderdelen die ze al heeft geprogrammeerd. Dit betekent minder vraag naar programmering en meer vraag naar langere machinetijd die de GF Machining Solutions geautomatiseerde cel biedt.

Holcomb ging verder met te zeggen dat bewerkingssnelheid, naast automatisering, van cruciaal belang is voor een succesvolle productie van onderdelen voor ruimtevaart- en ruimtevaartvoertuigen, waarvan de meeste de verwerking van gecompliceerde aluminium onderdelen bij hoge toerentallen vereisen.

Naast de twee machines in de geautomatiseerde cel heeft Gray een Mikron MILL E 500 U en een MILL S 600 met zeven palletcarrousels. De ene machine heeft een spindel van 36.000 tpm, de andere een spil van 20.000 tpm.

Gray draagt ​​bij aan het reactievermogen en de efficiëntie van de winkel en streeft naar een 'single-set-up'-benadering van bewerking, volgens Jerry Soots, voormalig algemeen directeur en president van Gray Manufacturing en nu consultant. Om dit productiedoel op een vijfassige freesmachine te bereiken, legt Soots uit, laat Gray strategisch geplaatste 0,005"- tot 0,010"-dikke lipjes op onbewerkte werkstukken achter en grijpt het werk in een zwaluwstaartbevestiging die bewerking van alle onderdeelfuncties mogelijk maakt.

De bevestiging zorgt voor voldoende afstand tussen de onderkant van het onderdeel en de machine. Hierdoor kan de winkel onder elke hoek bij de onderliggende functies en de machine. Als het onderdeel klaar is, wordt het gemeten op een CMM; als het in overeenstemming is, worden de tabbladen verwijderd.

De ontluikende particuliere ruimtevaartindustrie creëert nieuwe relaties tussen ruimtevaartuigbedrijven en hun leveranciers. Dertig jaar geleden moesten leveranciers hun capaciteiten pitchen voor de lucht- en ruimtevaartbedrijven, die over het algemeen niet actief op zoek waren naar leveranciers. Tenzij een onderdeel deel uitmaakte van een nieuw vliegtuigprogramma, waren wijzigingen in het ontwerp van onderdelen zeldzaam.

"Vandaag de dag doen de commerciële ruimtevaartbedrijven alles on-the-fly," zei Holcomb, "Het is een heel andere manier van denken. Ze zijn agressief op zoek naar gekwalificeerde leveranciers die kunnen reageren op hun constante stroom van nieuwe producten en voortdurende ontwerpwijzigingen.

“De laatste ISO-certificeringen en AS 9100D zijn de minimumkwalificaties. Je moet technisch zeer bekwaam zijn. Je moet deze veeleisende onderdelen in relatief lage volumes kunnen maken, soms in aluminium, soms in moeilijkere materialen. Je moet wendbaar genoeg zijn om tegemoet te komen aan de vloeibaarheid die ze nodig hebben in de productieplanning. Onze vijfassige freesmachines en automatisering van GF Machining Solutions spelen een sleutelrol bij het voldoen aan al deze eisen.”

Ga voor informatie over Gray Manufacturing Technologies naar grey-mfg.com of bel 704-489-2206. Ga voor informatie over GF Machining Solutions naar www.gfms.com of bel 800-282-1336.