自动化驱动过程中的柔性

StarragHeckert公司生产的卧式加工中心
“HEC 500 D XXL”具有很高的动态性能。

        为了完成大功率边角涂胶机的加工，一家位于Lemgo的公司采用了两台StarragHeckert公司生产的加工中心。这两台加工中心与Liebherr公司提供的自动化系统集成为一体，显著降低了成本。
        来自Lemgo的Brandt 切边技术有限公司致力于为中小企业提供边角涂胶机，在该领域已成为世界范围内的领导者，其客户涵盖了手工业以及室内装潢行业。企业内部诸如依靠员工长期参与模型等的合作伙伴关系结构在公司发展过程中发挥了积极的作用。
        Brandt公司的技术经理Carsten Fuessel先生（图1）说：“产品适用范围以及对质量方面的极高标准就要求我们的机床必须具备比较经济的高质量加工能力。”截止2007年11月，该公司已配备了两台StarragHeckert公司的“CWK 400”型加工中心，并为其配置了转盘式刀库。Fuessel先生说：“到目前为止，这两台加工中心仍然能够满足精度方面的要求，但是却无法继续达到自动化方面的标准。”考虑到这两台加工中心在生产流程的可操作性、生产效率、令人信服的加工精度以及较短的换刀时间等方面的优势，Fuessel公司决定继续向StrarragHeckert公司订购两台“HEC 500 D XXL”（题图）机床。与他们的前辈一样，这两台机床能够加工钢质焊接结构零件以及铸铁零件（图2）。这两台机床能够满足一周五天、一天三班的生产安排。Fuessel先生说：“我们的目标是额外安排一个班次进行生产。此外，我们还配备了一台自动化的转盘系统，能够将装夹完毕的原材料输送至机床托盘，并且将加工完毕的零部件取走。”生产主管Manfred Kintzen先生（图1）补充说道：“由于这套自动化解决方案能够减少辅助时间以降低总体成本，因此可以提高生产效率。”

图1：成功实施自动化解决方案的小组成员
（右起）：技术总监Carsten Fuessel、生产
主管Manfred Kintzen、生产规划Kai Diekmann        经济性的组织机构
        负责生产规划的Kai Diekmann先生（图1）说：“订单生产的目的是尽可能地在加工中心上直接进行边角涂胶机上各零部件的加工以及预装。这种加工方式要求较高的柔性，而我们利用一种深入的自动化加工工艺得以实施。”Fuessel先生说：“也就是说，我们需要一种坚固的、易于装夹和操作的原材料。”只要原材料的确易于装夹、操作，那么将其装夹在夹具上再安放在机床托盘上。如此准备完毕的机床托盘将安放Liebherr公司提供的“PHS”托盘处理系统中的准备工位（图3）上等待提取。机床托盘的自动处理系统包含了一个托盘搬运小车（图4）。 图2：在KDF-420边角涂胶机上安装的切
边机构。切边机构由StarragHeckert公司
的HEC 500 D XXL加工中心完成加工。

        Fuessel先生声称：“我们决定采用“PHS-1500”系统的原因是这套系统与我们原有系统的战略非常吻合。Liebherr公司在自动化技术方面具有十分丰富的经验，并且他们提供了一套开放式的托盘处理系统。”主服务器将负责处理两台HEC 500 D XXL加工中心以及Liebherr托盘处理系统在加工工位上的物料流控制。所需的如见由Soflex生产控制有限公司提供。该公司负责安装一套名为Soflex-PCS（生产控制系统）的软件。Fuessel先生强调说：“这套Soflex-PCS软件实现了模块化。人们只需按需挑选相应模块，从而可以组织起一套更加优化和经济的生产流程。Soflex-PCS能够提供为生产流程的自动化控制连续统一的解决方案。我们的系统将负责工件的运输，根据目前已装夹的夹具、原材料及半成品来管理现有的机床托盘。”该系统的主服务器负责提供生产数据，对工件或者夹具进行组织，以及在机床上开始自动化生产。进一步的功能还包括订单管理直到机床占用率的模拟和详细规划。

图3：在准备工位上，托盘管理
系统将完成对机床托盘的取放。
        Fuessel先生着重指出：“我们没有遇到接口方面的问题，这主要是因为位于Chemnitz的StrarragHeckert公司在进行投资时考虑到了一般企业的实际情况，并且提供了加工中心和Liebherr托盘管理系统等一揽子的解决方案。在此我要强调的是Chemnitz的专家们所具备的出色的项目实施能力。这个项目确实按照计划得以实施。安装过程也非常顺利。实际上，我们只经历了短暂的起步阶段。到2007年11月份我们就可以将用于交换的两台机床中的一台进行出售。2007年11月19日完成了新购机床的接收。到3月底，我们已经在这台机床上完成了500多条加工控制程序。自4月份以来我们就开始利用这两台HEC 500 D XXL加工中心进行各种零件的加工生产。”nextpage 图4：刀库小车能够实现自动取放机床
刀片。即使是存放在角落里的或者位
置很低的刀片都能够被刀库小车找到。

        
        高效率的生产工艺
        自动化技术能够有效地提高加工流程的生产效率，能够确保加工过程的高质量，以及能够改善整个流程的透明度。自动化技术的应用还能够明显减少生产空间和流转流程的占用。Lemgo的人们通过利用两台HEC 500 D XXL加工中心以及Liebherr的转盘式刀库对加工单元进行改造，达到了以上这些经济性方面的成果。这台机床的托架长达18.15米，宽达3.20米，能够容纳30个工件。为了避免与现有的龙门式吊臂发生干涉，高达6.1米的、能够同时容纳3排刀具的刀架在底部的位置需要加深1.25米（图4）。两台加工中心的占地面积均不超过20平方米。
        
        这两台HEC 500 D XXL卧式加工中心具有较高的动态性能，抗弯直径达到了1000毫米，托盘最大负载为800公斤并能够实现快速进给。所有的驱动轴均配备了数字伺服电机，快速进给速度达到了100米/分，加速度达到了10米/秒平方。电机心轴的功率达到了37千瓦，且备有60千瓦可选。因此，这两台加工中心能够对轻质金属、铸件、钢结构以及难切削材料进行高精度加工。最高可达7微米的定位精度可以确保IT5级的精度要求。Diekmann先生强调说：“与老机型CWK400的300毫米的抗弯直径相比，更大的抗弯直径能够提高托盘的承载能力和夹紧能力，不仅能够加工更大的工件，还能够装夹更大的夹具，同时也能够一次装夹更多的工件。由此可以获得更长的托盘工作时间以及更短的辅助时间。我们的夹具一次性可以装夹多达20个工件。”

图5：加工中心配备了4个刀库，
每个刀库最多能够存放80把刀具。

        市场经理Kintzen先生说：“除了高精度加工以外，自动化机床运行方式的稳定性以及可靠性也非常重要。”HEC 500 D XXL加工中心的结构能够提供非常具有说服力的证据。例如，铸铁床身能够很好地吸收振动。两根丝杠用于驱动Z轴。同轴布置的断屑器以及垂直运行的切屑导槽确保了在湿式和干式切削过程中那个快速无障碍排出切屑。除了切削清理机构和冷却机构外，加工中心还配备了导轨、球循环螺轴以及位移编码器，并且用无需保养的硬质金属加以保护。加工中心内部的冷却管路能够承受80bar的压力，从而可以确保工件承受较高的切削负载，还可以在钻削和攻螺纹时及时排出切屑。
        自动化运行中首要的是工件和刀具快速、可靠的搬运。液压转换器能够在9.5秒内完成托盘的转换。Fuessel先生说：“当托盘运行时间较长时，尤其是无人值守的生产班次，我们会在刀库中事先安排2倍甚至3倍的刀具。因此，我们的HEC 500 D XXL加工中心配备了4套链式刀库（图5），每个刀库能够容纳80把刀具及其HSK-A63型刀座。”其中3个链式刀库相邻布置。第四个刀库与其他3个刀库相对，布置在加工中心的右侧。如此的布置使其距离换刀器的路劲最短、最快。与其他链式刀库有所不同，该刀库可以根据加工工艺的要求提供所需的刀具。工具刀具的不同重量，两台加工中心的装夹时间可以达到2.2至3.5秒。
        Fuessel先生总结道：“两台加工中心与Liebherr公司的托盘搬运系统PHS1500一道实现了我们预先制定的要求，即在实现计划的范围内工件成本降低，将来还能够实现无人值守的生产班次。”