Heller公司利用全新的方案來(lái)滿足汽車工業(yè)對(duì)于更加柔性的如工系統(tǒng)的要求。全新的“ModuleLineSystem (線性模塊系統(tǒng))”內(nèi)所包含的自動(dòng)化工作流程考慮到了更高的生產(chǎn)率。
只要你把雙腿分得足夠開就能穩(wěn)穩(wěn)地坐在地板上——Heller公司的總經(jīng)理、Manfred Maier這樣形象地解釋了柔性加工系統(tǒng)“MLS(ModuleLineSystem)”這一全新方案的出發(fā)點(diǎn)，這套系統(tǒng)用于加工發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱當(dāng)中的立方體零件。
一條腿代表了汽車制造行業(yè)的客戶，也就是說(shuō)，這些OEM公司和一級(jí)供應(yīng)商放棄了多工位自動(dòng)機(jī)床，從90年代起選擇了所謂的混合解決方案；另一條腿代表了獨(dú)立機(jī)床中的通用機(jī)床市場(chǎng)。
以加工中心(模塊化系統(tǒng))為基礎(chǔ)，Heller公司成功地定位于以上兩個(gè)領(lǐng)域，但是卻要避招來(lái)越來(lái)越多的抱怨并導(dǎo)致日益增長(zhǎng)的內(nèi)部包裝費(fèi)用。
“客戶在技術(shù)方而的要求總是多種多樣的，”Maier說(shuō)，“一方面，他們要求切削單元高度可用，要為批量生產(chǎn)提供很好的自動(dòng)化性能，從而達(dá)到較低單件成本的目的；另一方面，他們要求擁有數(shù)量龐大的刀具庫(kù)，要為批量生產(chǎn)提供良好的準(zhǔn)備工作，其加工范圍要能完全覆蓋各種零部件。今后，我們要全力以赴為這兩個(gè)方面的應(yīng)用提供沒(méi)有抱怨的解決方案。”
MLS系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)來(lái)源于汽車工業(yè)不斷變化的框架條件、越來(lái)越班的革新周期、不斷擴(kuò)大的產(chǎn)品范圍、越來(lái)越大的成本壓力。汽車行業(yè)的規(guī)劃視野越來(lái)越小，規(guī)劃的安全性就越低。如何能讓今天規(guī)劃的設(shè)備在8至10年后還能滿足生產(chǎn)需求？如何能使投資安全最大化？
“可調(diào)節(jié)性”就是靈丹妙藥
一般采用多臺(tái)專用機(jī)床加工發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱中的立方體零件，這樣才能達(dá)到目前為止較低的單件成本。然而，由于原計(jì)劃的工件總數(shù)不斷變化，設(shè)備的收益率就成了問(wèn)題。因?yàn)榱慵膸缀涡螤�，工件加工流程的變化而引發(fā)的副作用也越來(lái)越明顯。生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)常受到干擾，最壞的情況下甚至需要新增一條生產(chǎn)線，或者現(xiàn)有的生產(chǎn)線根本無(wú)法繼續(xù)使用。
“誰(shuí)愿意在一堆不能使用的機(jī)器上繼續(xù)工作呢？即使是前幾年的混合解決方案，建立在流水線設(shè)備之上，雖然這熊設(shè)備已經(jīng)根據(jù)汽車工業(yè)的需求盡可能地進(jìn)行了優(yōu)化，但是也不能很好地解決將來(lái)的問(wèn)題。因此，我們決定開發(fā)一種全新的方案來(lái)將用戶在生產(chǎn)效率和柔性化兩方面的要求統(tǒng)一起來(lái)。”Maior說(shuō)。
圖1 連續(xù)物料流的末端，依靠新式的自動(dòng)化系統(tǒng)，
工件和刀具可以在加工模塊
自動(dòng)化系統(tǒng)布置在MLS系統(tǒng)的中央，并成為其核心部分(圖1)；工件和刀具布置在加工模塊兩邊．并能自由輸送。MLS系統(tǒng)的控制系統(tǒng)(圖2)可以自動(dòng)判斷，并將工件準(zhǔn)確地輸送至該臺(tái)機(jī)床。集成在MLS系統(tǒng)中的工件庫(kù)和的平滑工輸送可以確保每時(shí)每刻每臺(tái)機(jī)床(即使該臺(tái)機(jī)床還在加工工件)均已做好了接收下一個(gè)工件的準(zhǔn)備。由于機(jī)床和自動(dòng)化系統(tǒng)彼此分離，以此加工模塊可以自行確定供料的時(shí)間點(diǎn)并連續(xù)工作。
系統(tǒng)固有的柔性
這一特點(diǎn)可以使得用戶能夠在實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)三種改變：實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的工件數(shù)量能夠增加、減少，或者根據(jù)工件情況的改變自動(dòng)更改加工內(nèi)容。第一種情況可以通過(guò)增加額外的機(jī)床來(lái)擴(kuò)展MLS系統(tǒng)的功能。工件管理也能夠通過(guò)進(jìn)一步擴(kuò)展線性模塊來(lái)滿足更大的產(chǎn)量要求。要求更嚴(yán)格，但卻更經(jīng)常發(fā)生的情況是不斷減少的工件數(shù)量。在這種情況下，需要將一定量的加工內(nèi)容從該系統(tǒng)剝離，再用于加工其他的工件。例如：當(dāng)前情況下，安排MLS系統(tǒng)用于加工四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋．而生產(chǎn)任務(wù)預(yù)測(cè)到下一步加工柴油發(fā)動(dòng)機(jī)需求的增長(zhǎng)；系統(tǒng)中的這臺(tái)設(shè)備就將選擇符合自己工作能力的柴油機(jī)部件進(jìn)行加工。最終．按照不同尺寸工件的物流順序來(lái)更改操作順序。在MLS系統(tǒng)中，系統(tǒng)可擴(kuò)展性和工件可擴(kuò)展性是結(jié)合在起的：系統(tǒng)可以擴(kuò)展為按順序或者并行輸送工件的變體。借助這種可調(diào)節(jié)性(圖3)未來(lái)投資的成效將有條件地取決于預(yù)測(cè)的工件數(shù)量是否與實(shí)際情況中單個(gè)合同的工件數(shù)量一致，并將在何種程度上取得一致。同時(shí)，今后也不再會(huì)出于柔性化的考慮來(lái)預(yù)留生產(chǎn)能力。單個(gè)工件的價(jià)格將直接、正面影響批量生產(chǎn)線的核心規(guī)模。
關(guān)于生命周期效益最優(yōu)化的十點(diǎn)理議
可設(shè)置的柔性化
MLS系統(tǒng)通過(guò)集成并經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)證明了的堅(jiān)固耐用的加工中心來(lái)滿足各種各樣的需求，比如將單軸加工中心MC-10和MC-20集成為雙軸加工中心MCT1O，或者將MC200、MPC200和MP200的模塊組合在一起集成為其有特殊功能的新系統(tǒng)。機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)使得MLS系統(tǒng)能夠全面采用各種刀具和工件的轉(zhuǎn)換器，刀具庫(kù)、基座、加工中心單元和單軸機(jī)床．甚至諸如清潔工件，測(cè)量工件以及在工件上激光刻字等工序都能靈活地集成在MLS系統(tǒng)上。
整固的機(jī)床結(jié)構(gòu)
機(jī)床上部結(jié)構(gòu)和伺服電機(jī)需要和下部的高硬度鑄鐵床身熱隔離立柱導(dǎo)執(zhí)的階梯狀設(shè)計(jì)就考慮到了Z軸方向的剛度．也考慮到了刀具和工件在Z軸方向具有相同舉升高度的恒定條件。固定布置的主軸和用于進(jìn)給的夾具確保了加工質(zhì)量的可重復(fù)性。所有軸向上的進(jìn)給方式可以有選擇地使用滾珠絲杠或者直線電機(jī)。
更少的空間需求
與通過(guò)傳送帶和龍門架相鏈接的自動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)或者混合式設(shè)備相比，達(dá)到相同加工能力的MLS系統(tǒng)所需的空間顯著降低。其原因在于加工中心的的占地而積較小，模塊兩邊各需2毫米就可以將自動(dòng)化系統(tǒng)布置到中央。
五面式加工工藝和干式加工工藝
五面式加工工藝對(duì)切削功率和切削動(dòng)態(tài)特性提出了個(gè)比較經(jīng)濟(jì)的框架條件：在最高轉(zhuǎn)速為16000轉(zhuǎn)/分的情況下，功率最大不能超過(guò)40kW(HSK-100)，啟動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)不能超過(guò)0.3秒，在所有直線軸向上以快速行程最快不能超過(guò)60米/分，加速度最大不能超過(guò)8米/秒2，在A軸和B軸方向上的直線驅(qū)動(dòng)也必須滿足將來(lái)的要求。干式加工工藝的設(shè)備必鎖保持協(xié)調(diào)一致，保持切屑的自由滑落，外部的Z鈾，冒口加工，切屑容器和超過(guò)60度傾斜角的金屬覆蓋件都必須確保排屑的通暢，而且不能出現(xiàn)切屑纏繞的現(xiàn)象。
刀具管理系統(tǒng)
在刀具裝夾時(shí)間越來(lái)越短的情況下，要提高設(shè)備總的生產(chǎn)率就要減少換刀時(shí)間。MLS系統(tǒng)不再使用雙爪卡盤，而是將刀具庫(kù)直接布置在工件上方，采用快速的履帶鏈條將刀具輸送至主軸(圖5)。刀具的單獨(dú)安裝過(guò)程少于3秒，減少了工作準(zhǔn)備時(shí)間．從而使得切削間隔時(shí)間可以達(dá)到2.4秒。刀具切換系統(tǒng)取代了以住的一些附屬功能，比如清潔刀具、刀具編碼和刀具缺陷控制。機(jī)床主軸的基本布置形式使得刀具的自由長(zhǎng)度可以和選裝的刀具庫(kù)結(jié)合在一起，從而使得MLS系統(tǒng)使用鉆頭的長(zhǎng)度最大可以達(dá)到800毫米，銑刀的直徑最大可以達(dá)到330毫米。
刀具管理系統(tǒng)
在刀具裝夾時(shí)間越來(lái)越短的情況下，要提高設(shè)備總的生產(chǎn)率就要減少換刀時(shí)間。MLS系統(tǒng)不再使用雙爪卡盤，而是將刀具庫(kù)直接布置在工件上方，采用快速的履帶鏈條將刀具輸送至主軸(圖5)。刀具的單獨(dú)安裝過(guò)程少于3秒，減少了工作準(zhǔn)備時(shí)間．從而使得切削間隔時(shí)間可以達(dá)到2.4秒。刀具切換系統(tǒng)取代了以住的一些附屬功能，比如清潔刀具、刀具編碼和刀具缺陷控制。機(jī)床主軸的基本布置形式使得刀具的自由長(zhǎng)度可以和選裝的刀具庫(kù)結(jié)合在一起，從而使得MLS系統(tǒng)使用鉆頭的長(zhǎng)度最大可以達(dá)到800毫米，銑刀的直徑最大可以達(dá)到330毫米。
工件管理系統(tǒng)——FlexFlow
MLS系統(tǒng)擁有一套完美的、變換多樣的工件管理系統(tǒng)。加工中心之間并未采用硬連接而是采用一種柔性的工件進(jìn)給和工件分配機(jī)構(gòu)。 線性模塊實(shí)現(xiàn)了10秒以內(nèi)的工件切換速度，包含了從工件庫(kù)取出工件，沿導(dǎo)軌進(jìn)給(圖4)、再輸送到像“沉默的仆人”一樣工作的轉(zhuǎn)換臺(tái)上(圖6)。中央送料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)設(shè)備的工件進(jìn)給。
圖6 工件進(jìn)出閘門：
位于加工模塊和中央工件存儲(chǔ)器之間的連接機(jī)構(gòu)
——“沉默的仆人”，轉(zhuǎn)換時(shí)間少于10秒
簡(jiǎn)便的操作
復(fù)雜的設(shè)備要求簡(jiǎn)便的操作。所有的生產(chǎn)策略和紫急對(duì)策部存儲(chǔ)在控制系統(tǒng)中，只需八個(gè)按鈕就可以方便地操作整臺(tái)設(shè)備�！癐PM”過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)集成了工件監(jiān)控(包括工件破損監(jiān)測(cè)和工件過(guò)載監(jiān)測(cè))、機(jī)床碰撞監(jiān)測(cè)，皮帶磨損監(jiān)測(cè)、、滾珠絲杠功能監(jiān)測(cè)，根據(jù)加工進(jìn)程和工件情況調(diào)節(jié)主軸實(shí)際功率的功能。MLS系統(tǒng)中的視頻攝像頭甚至可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到平時(shí)不可見的工藝過(guò)程。中央控制系統(tǒng)的配置管理功能還能夠?qū)⑺O(shè)備的狀況清晰地顯示出來(lái)。
方便的維護(hù)
機(jī)械和電氣部件的選擇都考慮到了以后的磨損。自動(dòng)控制系統(tǒng)中的主軸采用了全新開發(fā)的直接驅(qū)動(dòng)方式，名為“Help”的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中(包括：液壓部分、電力部分、潤(rùn)滑部分和氣動(dòng)部分)的所有傳感器和執(zhí)行器、控制和自動(dòng)化系統(tǒng)(西門子的“Solution Line”系統(tǒng))都布置在中后部，并且在電氣控制柜外醒目地標(biāo)識(shí)出來(lái)。
一人負(fù)貴解決所有的問(wèn)題
考慮到設(shè)備售后服務(wù)的響應(yīng)速度，Heller公司的機(jī)床和自動(dòng)化部件都只安排了一個(gè)聯(lián)系人。
投資費(fèi)用
以上的優(yōu)點(diǎn)使得Heller公司有理由相信，與目前已有的方案相比，以加工動(dòng)力總成的立方體零件為例，他們開發(fā)的這套系統(tǒng)在整個(gè)生命周期之內(nèi)平均可以節(jié)省30%的投資。
