斯达拉格柔性制造系统,使叶片生产全自动化成为可能
斯达拉格集团最新设计和制造的柔性制造 系统(FMS)正发往中国。通过生产过程 全自动化,一家活跃于中国航空工业的企 业每年将实现制造 35,000 枚铬镍铁合金或 锻钛叶片。操作人员只需将毛坯插入料盒, 然后在另一端就能拿到可用于安装的叶片。
柔性制造系统正成为全球趋势。特别是航 空与能源工业,利用自动化批量加工的质 量和经济优势获利。斯达拉格是这些高要 求系统的优质供应商,二十多年来,为制 造飞机涡轮部件及结构件设计和供应柔性 制造系统。在这期间,斯达拉格开发了大 约 60 套自动化多机系统,使公司积累了 丰富的技术经验。斯达拉格在罗尔沙赫伯格工厂的开发部主 任,Markus Ess 博士解释说:“除了在机 床、刀具、夹具和 CAM 系统领域的核心 竞争力,我们在交钥匙项目中也有丰富的 专业知识。在柔性制造系统中,我们通过 自动化组件及所有其他必要组件对机械加 工技术进行补充,因此我们能够为客户提 供一套完整、可靠的生产系统。”
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特别关注于开发自动化。
“设计整体工艺是 主要挑战。”
最新工厂设定的基准达到前所未有的高 度。这家中国航空公司订购的柔性制造系 统必须每年能够自动加工 35,000 枚叶片。 这一总量由 4 种不同尺寸的叶片类型组 成,尺寸从 80 mm 到 200 mm 不等。这 些叶片就是“可调导向叶片”,它们安装 在涡轮的垂直部分,可以根据需要调节流 量或推力。由于这 4 种类型的实际批量约 为 200 件,因此柔性制造系统必须确保高 精度和相应的产量,同时还要显示高度的 灵活性。
要求苛刻的生产流程
叶片生产以前需要经过不同的单机,不能 大型自动化,并且叶片需要在最后阶段由 人工抛光。正因为如此,客户明确知道他 们想从新的斯达拉格柔性制造系统中得到 什么,以及能从中获得的附加优势:必须 通过现代生产技术使工艺简化,并具有最 大工艺可靠性和更优质的成品。特别强调系统的自动化,避免任何因手动操作而产 生的错误。
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罗尔沙赫伯格工程部主管 Markus Ess 说:“我 们在交钥匙项目上有丰富的专业知识”。
“在某种程度上,柔性制造系统应当是一 个黑盒子系统,操作者只需在过程开端将 毛坯装载进一个料盒,在末端得到可以随 时安装的叶片”,Markus Ess 解释说。“设 计整体工艺是主要挑战。哪种操作顺序有 用?应当如何进行输送?
例如,为了避免运营公司进行维护工作时 不得不关停整个工厂,由 Markus Ess 领 导的开发团队将系统安排成两个几乎完全 一样的冗余部分。每个部分包括一个装夹 区域、一个安装在 20 米桁架系统上的搬 运机械手、一个清洗系统、一个抛光机器 人、一个坐标测量设备和一个打标系统。 产品加工的主要任务由七台斯达拉格 LX 021 加工中心完成,其中四台分配在一侧, 另三台分配在另一侧。
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这家中国航空公司订购的柔 性制造系统必须每年能够自 动加工 35,000 枚叶片。
35,000 枚叶片将由斯达拉 格柔性制造系统加工。
一台机器人负责整个搬运过程
由设备操作人员装载毛坯的材料仓库在一 定程度上被用作自动化单元的接口。桁架 式机械手从这个仓库拾起一个锻造毛坯, 由第一个夹具夹紧并输送到加工中心。加 工中心的第一个阶段是测量,在此期间将 成品部件的预期几何外观与叶片坯料进行 对比测量。这一过程由加工中心独立进行。 第一步操作还包括为第二步装夹铣削夹紧 点。然后机械手用另一个夹具夹住部件, 输送回机床。这样,部件装载入一个托盘
系统——该系统也是中间存储的压缩方 式,由此运输机构从加工过程分离出来。
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客户的生产安全可以通过不同叶片类 型(80–200 mm)的全自动加工实现。
斯达拉格中心负责整体复合加工
下一步是加工由铬镍铁合金或钛锻造的坯 料。除了 5 轴铣削叶片,2 个主轴附件也 必须旋转,以便在后续使用中对叶片进行 调节。“我们的 LX 021 是为加工小组件 而设计的加工中心—— 主要用于飞机发动 机叶片——非常适合整体复合加工工艺”, Markus Ess 说。
在开发 LX 系列时,斯达拉格考虑到了叶 片的高精度、高效五轴联动加工。最小的 版本是 LX 021 ——“作为第一台叶片机 床,系统转速非常重要”,开发部主任强调。 “为此,LX021 配备了高速旋转轴,速度 可达到 4,000 rpm。对于带有约 10 mm 轴 附件的小叶片的整体加工,这一点至关重 要。”就铣削工艺而言,LX021 能够满足 自由成型叶片所要求的高精度,这不仅归 功于其优质的机床,而且要归功于卓越的 加工工艺:斯达拉格开发的 RCS CAM 软 件可用于生成铣削程序,同时公司的硬质 合金铣刀确保了最佳切削性能。
根据部件的年产量,斯达拉格开发人员计 算出需要将 7 台 LX 021 加工中心集成至 柔性制造系统。7 台加工中心都有相同的 特性,能够完成相同的任务。
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优质组件为自动化加工单元锦上添花
加工完后,桁架式机械手将部件运输到清 洗站。当所有冷却剂残留物从部件清除后,进入抛光程序。一台专门为此任务编程的 机器人确保满足最严格的表面要求。然后 在 3D 坐标测量单元内进行最终检查,核 对客户指定的所有特性。接下来,在叶片 上打上带有独特识别码的标签,这样每个 生产步骤都可以在后期进行追踪。最后, 桁架式机械手将完全加工好的部件从最终 夹具上取下并放回到材料仓库,操作人员 可以从这里获取成品部件。
整条生产线由一个带有 PPC 系统的单元控 制器控制。所有系统必要的功能和策略都 由 Markus Ess 领导的开发团队确定。开 发部主任指出,订单不仅限于设备单 元——斯达拉格集团还负责配合辅助工 序,例如刀具设置。“我们供应合适的设 备用于热缩和测量,确保数据可靠传输至 柔性制造系统,保证加工中心控制器始终 提供的是正确的刀具几何尺寸。”
由于斯达拉格通常作为总承包商来开发此 类制造系统,并对过程完全负责——从设 备设计到交钥匙系统的交付——因此斯达 拉格密切监督与任何附加部件有关的合作 方和供应商。从客户的角度出发,Markus Ess 相信以下标准是“必须的”:“我们 只与能够满足高性能和高效性要求的领先 企业合作。
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