世界级飞机结构件加工的新境界

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世界级飞机结构件加工的新境界

半个多世纪之前，歌手 Gene Pitney 以一曲“24 hours from Tulsa”让位于美国中南部的俄克拉何马州为全世界所知。而今又有一个新现象让这一地区再次成为世界瞩目的焦点，那就是 Orizon Aerostructures。Orizon Aerostructures 是一家技术型制造公司，目前正在美国中西部地区建造独特的工厂项目。该公司旗下设有六家分公司，共有员工 763 人，致力于航空航天和复杂部件制造。公司在堪萨斯州、密苏里州以及俄克拉荷马州建有四个工厂，总生产面积近 72,500 m2，生产设备达 100 台数控机床（其中 50 台为五轴或五轴以上）。

在该公司距塔尔萨市 (Tulsa) 不到 90 分钟车程的新工厂里，正在上演一派卓越制造的全新景象。

该工厂投资项目耗资 5,000 万美元，除了专门建造的厂房外，还包括十台斯达拉格 ECOSPEED F2060 五轴加工中心，并且 Orizon 已将其中九台 Ecospeed 机床组成了柔性制造系统（FMS），此举为飞机结构件加工领域（主要是铣削）树立了新标杆。这一柔性制造系统是西半球同类产品中最大的集成系统，将使该公司实现以下目标：

与原先的方法相比，所有零件的加工时间至少缩短 30%。
大幅提高表面精度，同时大大减少去毛刺和抛光需求。
可观的资本支出-收入比率，人均收入是传统加工方法的 2-3 倍。

“这一点也不稀奇，”斯达拉格北美区总经理 Udo Herbes 说道，“当 Ecospeed 以 10,000 cm3/min 的最大切削量运转时，可以在不到四个小时内将 550 kg 的铝坯加工成 24 kg 的复杂结构件。”

这一柔性制造系统由九台高速（进给速度达 50 m/min）Ecospeeds 机床组成，配置带 18 个库位的托盘库系统，通过自动导轨给料，并集成了一套清洗和烘干单元。系统采取两班制，每班只需配置 5 人，就可以确保全天候运转，这使得 Orizon 在飞机结构件加工领域获得非凡的加工效益——主要针对航空航天和国防领域的领先原始设备制造商的翼梁、翼板和舱壁。

Orizon 的前瞻性加工理念无疑是成效斐然的，而公司对其投资的态度也很明确，正如首席执行官 Charlie Newell 所概括的：“2016 年 10 月，我们构想建造一个独一无二的工厂，并只用 12 个月的时间去实现；这是一个配置全新柔性制造系统的新工厂，其加工效率将达到我们前所未有的水平,”他说道。

在线诊断只是斯达拉格集成制造系统（IPS）的其中一个优势。该系统是一个模块化数字平台，符合斯达拉格的“精准开发，想您所想”理念，为用户提供一系列功能以满足不同任务的需求，包括：

云解决方案帮助用户更有针对性地分析和优化工艺，进一步提高生产率；
机床生产系统（MPS）实时监控生产，防止机床发生错误操作或碰撞；
过程质量控制通过颤振监测器监控加工过程中的振动情况，并在发生危险振动时发出警告；
机床监测系统（MQS）可显示机床状态，并在必要时显示相应的维护说明。

“Orizon 之所以选择带有 Sprint Z3 并联主轴头和角度头的斯达拉格 ECOSPEED F2060 机床，”Orizon 总裁 Henry Newell 说道，“是因为该机床的各方面性能均与斯达拉格承诺的完全一样，包括金属去除率（每台机床每小时达 10 m3）、可靠的运行时间（97%）和出色的表面精度（超高加加速度）。”

“毫无疑问，斯达拉格是一家真正值得信赖的公司，并且我们在实现世界一流加工效果上有着相同的价值观，”他补充道。“哪怕是一个型腔中的一点切屑没有及时去除，都会导致价值 2 万美元的零件报废——这样大的损失是任何人都承担不起的！”不过，Orizon 无需有此顾虑，因为他们为其柔性制造系统订购了六台斯达拉格机床（计划再增加另外三台机床——未来可能会增加更多）。Orizon 首先安装了一台带 Sprint Z3 并联主轴头的单机版 Ecospeed，全方位测试该机床零部件生产效率及合格率，以实现加工业务部副总裁 Josh Fink 所说的“将为客户提供更快、更好、成本更低的生产方式”。

Orizon 将最初安装的 ECOSPEED F2060 放在单独的区域，腾出 8,000 m2 的厂房来容纳后续由六台机床组成的柔性制造系统。该系统的第一台 ECOSPEED F2060 安装于 2017 年 1 月，两个月后安装了托盘系统，整个系统于 2017 年 10 月投产。一年后，他们又增加了另外三台 Ecospeed——“最重要的是，”Josh 说道，“后来增加的三台机床并没有给系统增加人工成本；增加的只有收入”。

这一柔性制造系统是西半球同类产品中最大的集成系统，将使该公司实现以下目标：与原先的方法相比，所有零件的加工时间至少缩短 30%。

换刀机械手可以抓取放置在每台 Ecospeed 的 129 刀位中任一通用刀具，这意味着任何一台 ECOSPEED F2060 都能以任意顺序加工任何零件，单元控制系统为柔性制造提供终极保障。在与斯达拉格密切合作的基础上，Orizon 对刀具、切削速度、进给以及编程设计进行了标准化，以实现高度灵活的生产。

加工完成后，托盘将移动到清洗/烘干站，由高压喷嘴直接冲淋，将零件的每个角落清洗干净，然后进行烘干。即通过使用最小量润滑（MQL）技术，使工件在进入清洗站时携带相对较少的切屑/切削液。卸载时，托盘返回到水平位置，所有零件离开柔性系统进入下一工序——去毛刺，然后进入三坐标测量机进行全面检测。

Orizon 的每台 Ecospeed 都带有一个 Sprint Z3 并联主轴头，大大提高了机床的高动态五轴联动/五面铣削和钻削能力。三个平行的直线轴沿径向均布在筒形主轴箱内。主轴头通过一端带有简易枢轴的刚性连杆与每个驱动连接起来。

当全部三根轴同步移动时，主轴沿 Z 轴方向直线移动；A，B 和 Z 轴联动可以使主轴在一个 +/– 45 度的球锥形区域内沿任何轨迹运动，最大摆动速度 80 度/秒。如果三个直线轴的运动不同步，主轴头在 A/B 平面内摆动。

每台机床都带有集成的 C 轴，允许使用可自动交换的角度头，工作角度范围为 -135 到 +135 度。这些加工头使每台机床实际变为六轴，可以进入和加工难以达到的区域。

机床可以采用标准的 HSK A63/80 刀柄，也可以选择最大直径到 50 mm 的整体式刀具。所有刀具都带有 RFID 芯片，以便实现有效的刀具管理。衡量 Orizon 与斯达拉格合作的一个标志表现在为了满足 Orizon 的需求，斯达拉格对其最近安装的三台 Ecospeed 进行了设计“微调”——例如对安全门进行了调整，改进了机内摄像头的照明，改进了用于日常维护的检修门。

Orizon 的操作员负责日常基础维护，斯达拉格的 ServicePlus 预防性维护计划为其提供了有力的补充——每年的服务费涵盖所有可能发生的意外故障，并能保障服务响应时间、检查和维修。
尽管在加工效率上取得了如此大的成绩，Orizon 并未因此而自满，如 Josh Fink 所说：“系统性能需要不断的审视，我们每周都要和斯达拉格开会讨论机床的可用性水平（目前为 97%）和主轴利用率（目标是达到 87%）。有明确的目标固然好，但关键是要能去实现它。这就要求我们持续不断地改进。”

斯达拉格北美公司：以服务为本

目前全美有超过 700 台斯达拉格机床在运转中，Udo Herbes 非常清楚公司在当下和不久的未来的雄心所在。 “航空航天市场确实将提高斯达拉格在美国市场的占有率，其次是通用工业和重型车辆（例如采矿车和非道路车辆）部门。很显然，我们必须继续壮大自己的团队，培养更多的服务技术人员，以此来满足客户对超长机床运行时间的需求。我们必须做到让每一位客户都满意。”

他补充说：“凭借肯塔基州的中央零备件中心（如有需要，零件可以隔夜送达）以及遍布全美各地的服务技术人员，我们将一如既往地保证，不管出现任何问题，我们都能在 48 小时内对机床进行备份并使其恢复运转。”

Orizon Aerostructures

Aircraft manufacturers and their supply chain partners place extremely high demands on high quality and reliable production processes. A prime example is Orizon Aerostructures, who partnered with Starrag to build something very unique in the American Mid-West. The ECOSPEED F 2060 FMS is the largest, fully automated system of its type in the western hemisphere, consisting of a total of nine Ecospeed 5-axis high-speed machining centers.

Sabine Kerstan

Starrag 文案经理

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