Automatisering Drijft Raketonderdeelproductie Naar Nieuwe Hoogtes

De opkomst van private ruimtevaartuig-ontwikkelingsbedrijven heeft de productieomgeving voor raket- en satellietcomponenten getransformeerd. Vroeger sponserden overheidsorganisaties, waaronder NASA en het Amerikaanse Ministerie van Defensie, het merendeel van ruimtegerelateerde productie. Nu drijven vermogende ondernemers achter Blue Origin, SpaceX en Virgin Galactic de volgende generatie ruimtetechnologische vooruitgang.

De groeiende private ruimtevaartsector vormt een nieuwe industrie met nieuwe relaties, nieuwe eisen en nieuwe kansen voor fabrikanten.

Gray Manufacturing Technologies is een leverancier die er baat bij heeft. De in Denver, N.C. gevestigde winkel heeft die kansen benut met haar toepassing van geavanceerde bewerking en, het allerbelangrijkst, automatiseringstechnologie om tegemoet te komen aan de toenemende eisen van de ruimtevaartindustrie.

Gray's productmix is hoog en de individuele onderdeelvolumes zijn laag. "Het overgrote deel van ons business is ofwel luchtvaart [vliegtuigen] ofwel ruimte- en satellietcomponenten," zei Gary Holcomb, president en CEO van Compass Precision, Gray's moederbedrijf. "De meeste jobs zijn vijf tot tien stukken, en de meeste verschillen van eerdere jobs. Ze zijn niet precies prototypes, maar gecompliceerde onderdelen in zeer kleine volumes, en we versturen meer dan 100 jobs per maand."

Omdat de ruimtevaartuigbedrijven hun technologieën constant wijzigen en verbeteren, zijn engineering-wijzigingen frequent. "We maken misschien vijf onderdelen voor een klant, dan bestellen ze er nog vijf, maar met andere afmetingen," legde Holcomb uit. "Er zijn frequente wijzigingsmededelingen en veel in- en uitbeweging van productieschema's. We kunnen zes orders krijgen die over drie maanden vervallen, maar een week later hebben ze er twee eerder nodig, terwijl twee andere uit het productieschema gehaald worden."

Automatisering heeft zich bewezen als een sleutelcomponent van Gray's benadering van ruimte- en satellietproducten bewerkingsdiensten. "Toen we voor het eerst over automatisering praatten, keken we er vanuit een capaciteitskwestie naar," zei Gray Manufacturing Operations Manager Evan Grose. "We hadden niet de ruimte om hetzelfde onderdeel steeds weer op dezelfde pallet te laden."

Om de spindel-uptime en productieflexibiliteit te vergroten, verwierf de winkel twee vijf-fas MILL E 700 U bewerkingscentra van GF Machining Solutions LLC, Lincolnshire, Ill., gelegen in een cel die een System 3R Transformer modulaire robot omvat samen met een 12-pallet laadstation. De robot rijdt op een rail om pallets in en uit de machines te wisselen, evenals om pallets offline te laden en lossen bij het laadstation. Deze gecombineerde mogelijkheden bieden uitgebreide lights-out operaties bij Gray.

GF Machining Solutions automatisering stelt Gray in staat om de laag-volume/hoog-mix werklast efficiënt te hanteren. "De flexibiliteit van de apparatuur is heel belangrijk," zei Holcomb. "Overdag richten we onze bronnen op het maken van de een-, twee- of vijf-stuks jobs voor ruimteklanten. Dan, voordat we naar huis gaan, nemen we het non-ruimte werk – eigenlijk hogere-volume luchtvaartjobs die al geprogrammeerd zijn – en draaien we 's nachts lights-out. We benutten wat de MILL E 700s bieden qua programmeerbaarheid voor de gecompliceerde, heel kleine series overdag, en gebruiken de automatiseringsmogelijkheden voor het enigszins hogere volume, non-ruimte werk dat we 's nachts lights-out draaien."

In tegenstelling tot typische multi-pallet systemen die de hoeveelheid onbezaakte productie kunnen beperken tot wat er op de pallets geladen is voordat de lichten uitgaan, haalt het Transformer robotische systeem pallets met voltooid werk uit de machine en vervangt ze door geladen pallets. Het lost dan de onbezette pallets en laadt onderdelen opnieuw terwijl de bewerking ononderbroken doorgaat. "We noemen het automatisering voor de automatisering," zei Holcomb.

Voor onbezaakte operatie is gereedschapsbreukdetectie ingesteld in het bewerkingsprogramma. 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 uitgebreide onbezaakte operatie te ondersteunen, met gereedschapslijtcompensatie en substitutie van redundante tooling die in het programma worden aangeroepen waar nodig.

"We gingen de automatiseringsweg in vanwege de toenemende complexiteit van ons werk en omdat het moeilijker is om werknemers te vinden met de juiste technische vaardigheden," legde Holcomb uit. "We kozen de robuuste Transformer robot in plaats van een gegelenkige robot omdat de bewerkingscentrum's vermogen om complexe bewegingen te maken het gebruik van een volledig gegelenkide robot onnodig maakt," voegde hij toe.

Het alternatief voor het robotische automatiseringssysteem zouden meer machines zijn, zei Holcomb, "en afhankelijk van hoeveel machines in gebruik zijn, meer mensen ook, omdat we niet kunnen verwachten dat een operator zeven of acht machines bedient. Gebaseerd op onze huidige order-niveaus en zonder de robotica, zouden we ten minste drie machines meer nodig hebben voor een totaal van vijf en twee mensen meer. En op dit moment in ons business is het moeilijker de mensen te vinden dan de machines te verwerven."

Hoewel de onderdeelvolumes momenteel laag zijn, worden hogere volumes verwacht die de winkel in staat zullen stellen de mogelijkheden van de Mikron MILL vijf-fas machines en robotische palletsysteem volledig te benutten. "Hogere volumes in dit geval betekent niet miljoenen stukken," zei Holcomb, "We hebben een paar dozijn stukken nodig in plaats van vijf tot tien."

Automatisering zal belangrijker worden naarmate het commerciële ruimtevaartuigbusiness groeit en volwassen wordt. Volgens Holcomb ervaart de winkel een migratie naar hogere volumes van onderdelen die al geprogrammeerd zijn. Dit betekent minder vraag naar programmeren en meer vraag naar uitgebreide machinetijd die de GF Machining Solutions geautomatiseerde cel biedt.

Holcomb ging verder met zeggen dat bewerkingsnelheid, naast automatisering, cruciaal is voor succesvolle luchtvaart- en ruimtevaartuigcomponentproductie – waarvan het merendeel verwerking van gecompliceerde aluminiumonderdelen bij hoge toeren vereist.

Naast de twee machines in de geautomatiseerde cel, heeft Gray een Mikron MILL E 500 U en een MILL S 600 die zeven-pallet carrousels hebben. Een machine heeft een 36.000-toeren spindel, de andere een 20.000 toeren.

Bijdragend aan de reactiesnelheid en efficiëntie van de winkel, is Gray toegewijd aan een "single-setup" benadering van bewerken, volgens Jerry Soots, voormalig Gray Manufacturing general manager en president en nu consultant. Om dit productiedoel te bereiken op een vijf-fas freesmachine, legde Soots uit, laat Gray strategisch geplaatste 0,005"- tot 0,010"-dikke tabs op ruwe werkstukken en span het werk in een dovetail-spanning die bewerking van alle onderdeelkenmerken toestaat.

De spanning biedt voldoende afstand tussen de onderkant van het onderdeel en de machine. Hierdoor kan de winkel kenmerken onderaan bereiken en onder elke hoek machineeren. Zodra het onderdeel klaar is, wordt het gemeten op een CMM; als het compliant is, machineeren ze de tabs af.

De opkomende private ruimtevaartproductie-industrie creëert nieuwe relaties tussen ruimtevaartbedrijven en hun leveranciers. Dertig jaar geleden moesten leveranciers hun capaciteiten aanprezen bij de luchtvaartbedrijven, die over het algemeen niet actief op zoek waren naar leveranciers. Tenzij een onderdeel deel was van een nieuw vliegtuigprogramma, waren ontwerpswijzigingen zeldzaam.

"Vandaag doen de commerciële ruimtebedrijven alles on the fly," zei Holcomb, "Het is een volledig andere mindset. Ze zoeken agressief naar gekwalificeerde leveranciers die responsief kunnen zijn op hun constante stroom van nieuwe producten en lopende ontwerpswijzigingen.

"De nieuwste ISO-certificeringen en AS 9100D zijn de minimumkwalificaties. Je moet technisch heel competent zijn. Je moet in staat zijn deze veeleisende onderdelen in relatief laag volume te maken, soms in aluminium, soms in moeilijkere materialen. Je moet vlug genoeg zijn om de vloeibaarheid die ze in productieplanning vereisen te accommoderen. Onze vijf-fas frezen en automatisering van GF Machining Solutions spelen een sleutelrol in het voldoen aan al deze eisen."

Voor informatie over Gray Manufacturing Technologies, bezoek gray-mfg.com of bel 704-489-2206. Voor informatie over GF Machining Solutions, bezoek www.gfms.com of bel 800-282-1336.