Een ander soort bewerkingscentrum

Zoals iedereen die betrokken is bij de productie van metaalbewerking zich terdege bewust is, wordt de strijd tussen toegewijde bewerkingstechnologie en flexibele bewerkingstechnologie nog steeds gevoerd in machinewerkplaatsen over de hele wereld. De toestroom van high-mix en lage volumes in de metaalbewerkingsindustrie is onmiskenbaar en, meer dan waarschijnlijk, niet te stoppen. Het lijkt alle aspecten van machinale bewerkingen door te dringen.

Deze algemene termen - hoge mix, lagere volumes - zijn relatief. Voor een matrijzenmakerij kan bijvoorbeeld een partij van vijf als "groot volume" worden beschouwd. In een tweede reeks leveranciers kan een hoog volume worden beschouwd als 500.000 stuks of meer. En relatief gezien heeft de Tier-Two-leverancier met 500.000 stuks zijn productie mogelijk aangepast van de eerdere 1.000.000 stuks op basis van de algemene productietrends van de afgelopen decennia. Tegenwoordig zou datzelfde "hoge volume" meer als 5.000 stuks kunnen zijn. Het is relatief.

Bij het zoeken naar kapitaalgoederen waarmee een winkel zijn productie kan optimaliseren om de realiteit van de hedendaagse productie-eisen te weerspiegelen, zijn er veel configuraties voor bewerkingsmachines waaruit u kunt kiezen. Een van die ontwerpen die we hier laten zien. Het wordt het multicenter genoemd en is ontwikkeld als een soort brug tussen high-mix, flexibele productie en hoog volume, toegewijde bewerkingscapaciteit.

Morphing roterende overdracht

Om meer te weten te komen over het concept achter het Multicenter, spraken we met Maurizio Porta, eigenaar van de tweede generatie van Porta Solutions, gevestigd in Brescia, Italië. Het Noord-Amerikaanse hoofdkantoor bevindt zich in Newington, Connecticut. Het bedrijf van de heer Porta, opgericht in 1958 door zijn vader, Oscar, begon met het bouwen van speciale gereedschapsmachines voor verschillende toepassingen en heeft de veranderingen gezien in specifieke versus flexibele productievereisten.

"Oorspronkelijk maakten we werktuigmachines voor roterende overdracht", zegt dhr. Porta. “Deze machines weerspiegelden een tijd waarin een machine werd gebouwd om een ​​onderdeel te vervaardigen. Het onderdeel was koning, en het creëren van speciale tools die zijn ontworpen om de productie te optimaliseren, was de naam van het spel."

Traditioneel in roterende transfertechnologie zou een winkel een baan krijgen en vervolgens een productiesysteem rond het onderdeel ontwerpen. Sommige banen kunnen jarenlang vrijwel onveranderd blijven. Naarmate de levenscycli van producten zijn verkort, zijn speciale productiemachines in veel toepassingen minder verantwoord geworden, voornamelijk omdat het opnieuw bewerken ervan voor een nieuwe taak moeilijk en duur is en meestal gewoon niet de moeite waard is.

In 2005 introduceerde Porta haar oplossing voor de dedicated machine versus een flexibele machine in de vorm van het Multicenter. Het idee was om de speciale bewerkingstechnologie die is ontworpen rond een specifiek onderdeel, te overbruggen met een bewerkingscentrumplatform dat gemakkelijk kan worden omgebouwd als onderdeelmixen veranderen.

Gecentreerd op een carrousel met vier stations, beschikt de machine, in de meest populaire configuratie, over drie horizontale bewerkingscentrummodules. Het vierde station op de werktafel is een laad-/losstation dat bemand of geautomatiseerd kan worden.

Elk van de HMC-modules is in staat tot drie- of vierassige bewerking op elk station. De bewerkingscentrummodules werken progressief, maar worden onafhankelijk bestuurd. Met de machine die één onderdeel produceert, één onderdeel in meerdere bewerkingen, of meerdere verschillende onderdelen tegelijk. Alle vier de verschillende onderdelen zouden door alle drie de spindels worden bewerkt voordat ze terug naar het laad-/losstation zouden gaan.

Met drie spindels kunnen de bewerkingen naar behoefte worden gevarieerd, wat bijdraagt ​​aan de flexibiliteit van de machine. Eén omwenteling van de palletdrager met vier stations kan een compleet onderdeel, vier complete onderdelen of een variatie van de vier produceren. De heer Porta zegt echter dat de meeste toepassingen een progressieve bewerkingsvolgorde gebruiken.

De heer Porta vertelt over één toepassing waarbij de klant drie verschillende onderdelen produceerde op één cyclus van het Multicenter. "Deze onderdelen gingen in een assemblage, dus elke cyclus van de machine produceerde een complete set onderdelen", zegt dhr. Porta. “Na de bewerking werden de onderdelen geassembleerd en naar de klant verscheept. Het was een zeer efficiënte applicatie.”

Multicenter vergeleken met HMC's

HMC's beginnen meer investeringen te zien in winkels die te maken hebben met high-mix en low-volume werk. Ze hebben inherente flexibiliteit en passen zich gemakkelijk aan automatisering aan met behulp van palletshuttle-systemen om werk in en uit de werktuigmachine te vervoeren. Bovendien is de snijcapaciteit van het horizontale ontwerp superieur aan die van zijn grootste concurrent, de VMC.

Enquêtes uitgevoerd door Production Machining ’s interne marktonderzoeksbedrijf, Gardner Intelligence, laat een aanzienlijke stijging zien in de aankoopprognoses van HMC; 85 procent meer dan de cijfers voor 2017.

De heer Porta merkt echter op dat als volumes en complexiteit van het werkstuk meer dan één HMC vereisen, het Multicenter zijn niche vindt. "Het is een brug tussen de zeer hoge productie van een speciale machine en het lagere volume met flexibiliteit van een HMC", zegt hij. "Het multicenter zit tussen deze twee machineklassen in, en het is een standaard bewerkingsmachine, geen speciale, waardoor de doorlooptijden veel korter zijn."

De machine is ontworpen voor een 10 inch werkkubus, hoewel het ontwerp schaalbaar is voor grotere onderdelen. Elk van de drie bewerkingscentra wordt bediend door een eigen gereedschapswisselaar, met standaard een capaciteit van 12 gereedschappen. Indien nodig is meer gereedschapscapaciteit beschikbaar, tot 40 gereedschappen elk. Elke machinespil heeft drie assen aan de gereedschapspunt en een vierde roterende as bevindt zich op elke werktafel. Alle assen worden bestuurd door de FANUC of Siemens CNC van de machine.

Kleinere voetafdruk, minder vermogen

Het ontwerpvoordeel van het Multicenter, zegt de heer Porta, is dat een typische klant voor die machine, die drie of vier HMC's nodig heeft om zijn productieaantallen te halen, ze in één enkel platform kan krijgen. Het is gemakkelijker om de machine te laten werken, het verbruikt minder stroom en het neemt minder vloerruimte in beslag.

De benodigde vloerruimte van een HMC, met de bijbehorende laad- en losruimtes, is niet onbelangrijk. "Vermenigvuldig dat vloeroppervlak nu met drie en de dingen worden behoorlijk groot", zegt de heer Porta. “Omdat het Multicenter in wezen drie HMC's op één platform is, beslaat het slechts 87 vierkante meter. We hebben berekend dat drie typische HMC's, met bijbehorende automatisering, 240 vierkante meter zouden beslaan.”

Volgens de heer Porta verbruikt de Multicenter in vergelijking met drie stand-alone horizontale bewerkingscentra 50 procent minder energie. Hij noemt verbruikscijfers van 51 kWh voor de Multicenter versus 120 kWh voor drie bewerkingscentra, met een equivalente productie.

Deze tarieven worden gerechtvaardigd door de vermindering van overbodige accessoires, zegt hij. Zo drijven de bewerkingscentra drie automatiseringssystemen, 3 spanentransporteurs en drie palletwisselaars aan. Bovendien is er meer onderhoud verbonden aan drie versus één platform.

Twee doelklanten

Volgens de heer Porta heeft het Multicenter twee doelklanten. Omdat het bedrijf is gebouwd op speciale machines met een hoog volume, is het Multicenter ontworpen als een centrum voor volumeproductie.

"Sommige van onze klanten wijden het Multicenter aan een enkel onderdeel, zoals een speciale machine", zegt de heer Porta. “Deze winkels produceren in sommige gevallen hoeveelheden auto's van 700.000-1.000.000 onderdelen per jaar. De inherente voordelen van de drie bewerkingscentra in één platform - kostenreductie door minder vloeroppervlak, minder energie en minder arbeid - gelden nog steeds in deze toepassingen."

Waar het Multicenter verschilt van zijn voorouders van speciale machines, is zijn vermogen om kostenconcurrerend te zijn in toepassingen met een lager volume. "Sommige van onze klanten gebruiken het Multicenter om productieorders uit te voeren die geen hoog volume zijn, maar eerder een hoge mix", zegt dhr. Porta.

Voor deze tweede doelgroep zijn batches van 500 tot 5.000 typerend. Deze winkels maken over het algemeen geen onderdelen voor inventaris, maar vervullen eerder 'spot'-bestellingen.

Deze winkels hebben de neiging om de capaciteit van het Multicenter te gebruiken om te reageren op bestellingen zodra ze binnenkomen. De machines in deze jobshops zijn gemaakt voor flexibele productie in plaats van specifieke productie.

Snelwissel werkstukopspanning

De opbouw van het Multicenter is heel anders dan die van een HMC. De machinebasis is een lasverbinding die de heer Porta beschrijft als een gesloten doosstructuur. In de doos draagt ​​een draaitafel met vier stations de bewerkingspallets. De doos heeft drie wanden met een bewerkingscentrummodule op elk van de wanden met een eigen set lineaire geleidingen. De vierde wand is open voor het laad-/losstation om toegang te krijgen tot de werkzone.

Bij de ontwikkeling van het Multicenter heeft Porta het werkstukopspansysteem flexibel ontworpen. Op elk van de drie pallets van de machine is een ontvanger gemonteerd die kan worden geïndexeerd voor positie of continu voor contouren in de B-as door de pallet. De ontvangers zijn gestandaardiseerd en blijven op hun plaats op de pallet.

Klemmen voor de specifieke werkstukken worden op de ontvanger gemonteerd en openen of sluiten onder CNC en de hydrauliek wordt constant gecontroleerd door de besturing. Omschakelen wordt bereikt door simpelweg de klemmen op de ontvanger te vervangen. Dit resulteert in een omschakeltijd van 30 seconden.

Voor toegang tot de vijfde zijde van een werkstuk is de armatuur ontworpen om 90 graden te indexeren om die zijde van het onderdeel bloot te stellen aan de spil. Hoewel deze bewerking meestal op spil drie wordt uitgevoerd, kan het indien nodig op alle assen worden uitgevoerd. De armaturen zijn ook geschikt voor een U-asoptie als eenpuntsdraaien vereist is om het onderdeel af te werken.

Het programma uitvoeren

De programmering voor de Multicenter met drie assen is relatief eenvoudig. Elke bewerkingscentrummodule heeft zijn eigen pagina in de FANUC- of de Siemens-besturing, dus de programmering is in feite één machine met drie assen, met een B-as tegelijk. Het programmeren gaat van spil één naar twee naar drie.

Hoewel er in feite drie afzonderlijke programma's tegelijkertijd worden uitgevoerd, is er geen aparte synchronisatiecontrole nodig. Beide CNC-merken die Porta gebruikt, zorgen voor de synchronisatie van de programma's op de achtergrond van de besturing.

Omdat de machine drie spindels heeft en gewoonlijk opeenvolgende bewerkingen uitvoert, is het belangrijk om de cyclustijd uit te balanceren om dode tijd te elimineren. Porta heeft samen met Microsoft een softwarepakket ontwikkeld dat Energy Characterization heet.

Door het stroomverbruik van spindelmotoren te lezen, vermindert de software effectief het vermogen voor lichtere sneden en brengt het, door regeneratief remmen, over naar de spindel met meer vermogen. Het netto resultaat is een geoptimaliseerd stroomverbruik.

Porta is compatibel met Industry 4.0-connectiviteitsmogelijkheden. Sommige van haar ontwikkelingsprogramma's zijn relatief geavanceerd. De beschikbare informatie, of de productie nu 1.000.000 onderdelen of 500 onderdelen betreft, is van waarde voor elke fabrikant. Gegevens voegen chips samen als de munteenheid van de metaalbewerkingsindustrie.