Bewerking Revolutie: Het Innovatieve Centrum Dat Precisie En Flexibiliteit Balanceert

Zoals iedereen die betrokken is bij metaalbewerkende productie scherp bewust is, wordt de strijd tussen toegewijde bewerkingstechnologie en flexibele bewerkingstechnologie voortgezet in machinewerkplaatsen over de hele wereld. De instroom van high-mix en lage volumes in metaalbewerkende productie is onmiskenbaar en, meer dan waarschijnlijk, onstuitbaar. Het lijkt alle aspecten van bewerkingsoperaties te doorboren.

Deze algemene termen – high-mix, lagere volumes – zijn relatief. Voor een vormwerkplaats kan een hoeveelheid van vijf bijvoorbeeld 'hoge volume' worden beschouwd. Bij een Tier-Twee leverancier kan hoge volume 500.000 stukken of meer worden beschouwd. En relatief gesproken, kan de Tier-Twee leverancier met 500.000 stukken zijn productie hebben aangepast van een eerdere 1.000.000 stukken op basis van de algehele productietrends van de afgelopen decennia. Vandaag kan datzelfde 'hoge volume' meer op 5.000 stukken lijken. Het is relatief.

In de zoek naar kapitaalapparatuur die een werkplaats in staat stelt haar productie te optimaliseren om de realiteit van de huidige productie-eisen te weerspiegelen, zijn er veel machine-tool configuraties om uit te kiezen. Eén van die ontwerpen tonen we hier. Het heet het Multicenter en is ontwikkeld om een brug te zijn tussen high-mix, flexibele productie en hoog volume, toegewijde bewerkingscapaciteit.

Vormveranderende Draai-Transfer

Om meer te weten te komen over het concept achter de Multicenter, spraken we met Maurizio Porta, tweede generatie eigenaar van Porta Solutions, gevestigd in Brescia, Italië. Het Noord-Amerikaanse hoofdkantoor is in Newington, Connecticut. Opgericht in 1958 door zijn vader, Oscar, begon het bedrijf van De heer Porta met het bouwen van specialistische machine-tools voor diverse toepassingen en heeft de veranderingen in toegewijde versus flexibele productie-eisen gezien.

"Oorspronkelijk produceerden we draai-transfer machine-tools," zegt De heer Porta. "Deze machines weerspiegelden een tijd waarin een machine gebouwd werd om een onderdeel te fabriceren. Het onderdeel was koning, en het creëren van toegewijde tools ontworpen om de productie ervan te optimaliseren was de naam van het spel."

Traditioneel in draai-transfer technologie, zou een werkplaats een taak krijgen en dan een productiesysteem rond het onderdeel ontwerpen. Sommige taken liepen vrijwel onveranderd voor jaren. Naarmate productlevenscycli korter geworden zijn, zijn toegewijde productiemachines in veel toepassingen minder kostengerechtvaardigd geworden, voornamelijk omdat her-tooling ze voor een nieuwe taak moeilijk, duur en meestal simpelweg niet de moeite waard is.

In 2005 introduceerde Porta zijn oplossing voor de toegewijde machine versus een flexibele machine in de vorm van de Multicenter. De gedachte was om de toegewijde bewerkingstechnologie ontworpen rond een specifiek onderdeel te bruggen met een bewerkingscentrum-platform dat gemakkelijk her-tooled kon worden als onderdeelmixen veranderden.

Gecentreerd op een vier-station carrousel, heeft de machine, in zijn meest populaire configuratie, drie horizontale bewerkingscentrum-modules. Het vierde station op de werktafel is een laad/los-station dat bemand of geautomatiseerd kan zijn.

Elk van de HMC-modules is in staat om drie of echte vier-as bewerking op elk station uit te voeren. De bewerkingscentrum-modules werken progressief, maar worden onafhankelijk gecontroleerd. Met de machine die één onderdeel produceert, één onderdeel in meerdere operaties, of meerdere verschillende onderdelen tegelijkertijd. Alle vier verschillende onderdelen zouden door alle drie spindels bewerkt worden voordat ze terugkeren naar het laad/los-station afgerond.

Met drie spindels kunnen de bewerkingsoperaties zo nodig gevarieerd worden, wat toevoegt aan de flexibiliteit van de machine. Een rotatie van de vier-station palletdrager kan een volledig onderdeel produceren, vier volledige onderdelen of een variatie van de vier. Echter, De heer Porta zegt dat de meeste toepassingen een progressieve bewerkingssequentie gebruiken.

De heer Porta praat over één applicatie waar de klant drie verschillende onderdelen op één cyclus van de Multicenter produceerde. "Deze onderdelen gingen in een montage, dus elke cyclus van de machine produceerde een complete set onderdelen," zegt De heer Porta. "Na bewerking werden de onderdelen gemonteerd en naar de klant verzonden. Het was een zeer efficiënte applicatie."

Multicenter Vergeleken Met HMCs

HMCs beginnen verhoogde investeringen te zien in werkplaatsen die te maken hebben met high-mix en laag-volume werk. Ze hebben inherent flexibiliteit en passen gemakkelijk aan automatisering met pallet-shuttle systemen om werk in en uit de machine-tool te vervoeren. Bovendien is de snijgereedschapscapaciteit van het horizontale ontwerp superieur aan zijn grootste concurrent, de VMC.

Enquêtes uitgevoerd door Production Machining's interne marktonderzoeksbusiness, Gardner Intelligence, tonen een significante opwaartse trend in HMC-aankoopprojecties; 85 procent meer dan de cijfers voor 2017.

Echter, De heer Porta maakt het punt dat als volumes en werkstukcomplexiteit meer dan één HMC vereisen, de Multicenter zijn niche vindt. "Het is een brug tussen de zeer hoge productie van een special-purpose machine en het lagere volume met flexibiliteit van een HMC," zegt hij. "De multicenter zit tussen deze twee klassen machines, en het is een standaard machine-tool, geen special, wat leidt tot veel kortere levertijden."

De machine is ontworpen voor een 10-inch werk-kubus, hoewel het ontwerp schaalbaar is voor grotere onderdelen. Elk van de drie bewerkingscentra wordt bediend door zijn eigen gereedschapswisselaar, met een 12-gereedschap capaciteit als standaard op elk. Meer gereedschapscapaciteit, tot 40 gereedschappen elk, is beschikbaar indien nodig. Elke machinespindel heeft drie assen bij de gereedschapspunt en een vierde draai-as is op elke werktafel geplaatst. Alle assen worden gecontroleerd door de machine's FANUC of Siemens CNC.

Kleinere Voetafdruk, Minder Vermogen

Het ontwerpvoordeel van de Multicenter, zegt De heer Porta, is dat een typische klant voor die machine, die drie of vier HMCs nodig heeft om haar productiecijfers te halen, ze in een enkel platform kan krijgen. Het is makkelijker om de machine te draaien, het gebruikt minder vermogen, en het neemt minder vloerruimte in beslag.

Vloerruimte-eisen van een HMC, met zijn bijbehorende laad- en losgebieden, is niet onbetekenend. "Nu, vermenigvuldig die vloerruimte met drie en dingen worden vrij groot," zegt De heer Porta. "Omdat de Multicenter in essentie drie HMCs op een enkel platform is, bezett het slechts 87 vierkante meter. We berekenen dat drie typische HMCs, met bijbehorende automatisering, 240 vierkante meter in beslag zouden nemen."

De Multicenter verbruikt 50 procent minder energie vergeleken met drie zelfstandige horizontale bewerkingscentra, volgens De heer Porta. Hij noemt verbruikscijfers van 51 kWh voor de Multicenter versus 120 kWh voor drie bewerkingscentra, met equivalente productie.

Deze tarieven worden gerechtvaardigd door de reductie van redundante accessoires, zegt hij. Bijvoorbeeld, de bewerkingscentra drijven drie automatiseringssystemen, 3 spanbanden, en drie palletwisselaars. Bovendien is er meer onderhoud geassocieerd met drie versus één platform.

Twee Doelklanten

Volgens De heer Porta heeft de Multicenter twee doelklanten. Omdat het bedrijf gebouwd is op hoog volume, speciale machines, is de Multicenter ontworpen om een volumeproductiecentrum te zijn.

"Sommige van onze klanten wijden de Multicenter toe aan een enkel onderdeel, zoals een speciale machine," zegt De heer Porta. "Deze werkplaatsen produceren automobilistische hoeveelheden in het bereik van 700.000-1.000.000 onderdelen per jaar in sommige gevallen. De inherente voordelen van de drie bewerkingscentra in één platform – kostenreductie door minder vloerruimte, minder energie en lagere arbeid – gelden nog steeds in deze toepassingen."

Waar de Multicenter verschilt van zijn speciale machine voorouders, is de mogelijkheid om kosteneffectief te zijn in lagere volume toepassingen. "Sommige van onze klanten gebruiken de Multicenter om productieorders te vervullen die geen hoog volume zijn, maar wel high-mix," zegt De heer Porta.

Voor deze tweede doelgroep zijn batches van 500 tot 5.000 typisch. Deze werkplaatsen produceren doorgaans geen onderdelen voor voorraad, maar vervullen eerder 'spot'-orders.

Deze werkplaatsen neigen ertoe de capaciteit van de Multicenter te gebruiken om te reageren op orders naarmate ze binnenkomen. De machines in deze jobshops zijn getoold voor flexibele productie in plaats van toegewijde productie.

Quick-Change Spanning

De structuur van de Multicenter is heel anders dan een HMC. De machinebasis is een lasconstructie die De heer Porta beschrijft als een gesloten box-structuur. Binnenin de box draagt een vier-station draaitafel de bewerkingspalletten. De box heeft drie muren met een bewerkingscentrum-module op elke muur met zijn eigen set lineaire geleidelijnen. De vierde muur is open voor het laad/los-station om toegang te krijgen tot de werkzone.

Bij het ontwikkelen van de Multicenter, heeft Porta het spanningsysteem ontworpen om flexibel te zijn. Gemonteerd op elk van de machine's drie pallets is een ontvanger die geïndexeerd kan worden voor positie of continu voor contouring in B-as door de pallet. De ontvangers zijn gestandaardiseerd en blijven op de pallet.

Klemmen voor de specifieke werkstukken monteren op de ontvanger en openen of sluiten onder CNC en de hydrauliek wordt constant gemonitord door de besturing. Change-over wordt bereikt door simpelweg de klemmen op de ontvanger te vervangen. Dit resulteert in een change-over tijd van 30 seconden.

Voor toegang tot de vijfde zijde van een werkstuk is de spanning ontworpen om 90 graden te indexeren om die zijde van het onderdeel aan de spindel te blootstellen. Hoewel deze operatie meestal op spindel drie wordt gedaan, kan het op alle spindels gedaan worden indien nodig. De spanningen zijn ook in staat een U-as optie te bieden als enkelpunt-draaien vereist is om het onderdeel af te werken.

Het Programma Draaien

Programmeren voor de drie-spindel Multicenter is relatief eenvoudig. Elk bewerkingscentrum-module heeft zijn eigen pagina in ofwel de FANUC of de Siemens besturing, dus de programmering is eigenlijk één drie-as machine, met een B-as, tegelijk. Programmering voortschrijdt van spindel één naar twee naar drie.

Hoewel er effectief drie afzonderlijke programma's simultaan draaien, is er geen noodzaak voor een aparte synchronisatiebesturing. Beide CNC-merken die Porta gebruikt, voeren synchronisatie van de programma's uit in de achtergrond van de besturing.

Omdat de machine drie spindels heeft en meestal sequentiële operaties draait, is het balanceren van cyclusduur om dode tijd te elimineren belangrijk. Porta heeft een softwarepakket ontwikkeld met Microsoft dat Energy Characterization heet.

Door de stroomverbruik van spindelmotoren te lezen, verlaagt de software effectief het vermogen voor lichtere sneden en overdraagt het, via regeneratieve remming, naar de spindel die meer vermogen gebruikt. Het netto resultaat is geoptimaliseerd stroomverbruik.

Porta is compatibel met Industry 4.0 connectiviteitsmogelijkheid. Sommige van hun ontwikkelingsprogramma's zijn relatief geavanceerd. De beschikbare informatie, of productie nu 1.000.000 onderdelen of 500 onderdelen is, is van waarde voor elke fabrikant. Data voegt zich bij spaan als de valuta van metaalbewerkende productie.