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活動專題 【機床商務網欄目 名企在線】商業航天的出現改變了航天器和衛星部件的制造。此前，包括美國國家航空航天局(NASA)和美國國防部(U.S. Department of Defense)在內的政府機構資助了大部分與太空相關的制造。現在，Blue Origin、SpaceX和維珍銀河(Virgin Galactic)背后富有的企業家正在推動下一代航天技術的進步。
GF加工解決方案的System 3R Transformer模塊化機器人為兩臺MILL E700U加工中心運送托盤，以及在裝載站離線裝卸托盤。(所有圖片均由GF加工解決方案提供)
不斷增長的商業航天業務為制造商帶來了新的要求和新的機遇。
Gray制造技術公司是受益的供應商之一。這家位于美國北卡羅來納州丹佛市的工廠正利用這些機會，將先進的機械加工技術——最重要的是自動化技術——應用到制造環節中。
Gray公司的產品組合很多，但單個零件的數量卻很低。Gray公司的母公司Compass Precision總裁兼首席執行官Gary Holcomb說：“我們的絕大多數業務要么是航空飛機，要么是航空器和衛星部件。大多數訂單都是5-10件，而且大多數都與以前的工作不同。它們不完全是原型，而是體積很小的復雜零件，我們每月制造超過100種零件。”
由于航天器公司不斷修改和改進他們的設計，因此工程變更頻繁。“我們可能會為客戶制造五個零件，然后他們可能會再訂購五個，但尺寸不同，”Holcomb說道，“同時，生產計劃也不斷更改。比如，我們可能會收到6個需要我們在3個月內交貨訂單，但一周后其中2個訂單的交貨時間提前，另外2個訂單則被取消。”
自動化已被證明是Gray公司機械加工車間的關鍵組成部分。“當我們第一次談到自動化時，我們是從產能問題來看的，”Gray公司制造運營經理Evan Grose說， “我們沒有足夠的空間在同一個托盤上一遍又一遍地裝載相同的零件。”
為了保證主軸正常運行時間和生產靈活性，該車間從伊利諾伊州林肯郡GF加工解決方案那里購買了2臺五軸MILL E 700 U加工中心，同時還有1個System 3R Transformer模塊化機器人和1個12托盤裝載站。機器人將托盤送入或取出機床，以及在裝載站離線裝卸托盤。這些組合功能為Gray公司實現了長時間的熄燈加工。
為了增加主軸的正常運行時間和生產靈活性，Gray公司從GF加工解決方案購買了兩臺五軸MILL E 700 U加工中心，這些加工中心位于一個自動化單元中，其中包括一個System 3R Transformer模塊化機器人和一個12托盤裝載站。
GF的自動化單元使Gray公司能夠有效地處理其小批量/高混合訂單。“設備的靈活性非常重要，”Holcomb說，“白天，我們將資源集中在為航天客戶制作1件、2件或5件的工作上。然后，在我們下班之前，我們會安排非航天零部件的加工工作——基本上是已經編程好的大批量零件，適合在晚上加工。”
與傳統的多托盤系統可能會在熄燈之前限制無人看管的托盤的裝載量不同，Transformer機器人系統完全不受裝載物品的限制，它可以不間斷地從機床中取出已完成工作的托盤，送入新的托盤，保持機床不停工。
對于熄燈加工，刀具破損檢測也至關重要。如果刀具損壞，機床會停止并更換刀具。MILL E 700U機床有足夠的刀具存儲空間，并且可根據需要在程序中調用刀具磨損補償和冗余刀具替換功能。
為了在MILL E 700 U機床上進行五軸銑削，Gray公司在原始工件上加工出0.005"- 0.010"厚的凸舌，并將工件夾在燕尾槽夾具中。
“我們走上了自動化的道路，因為我們的工作越來越復雜，而且很難找到擁有合適技術技能的員工，”Holcomb說，“我們選擇了Transformer機器人而不是關節式機器人，因為加工中心能夠進行復雜的運動，因此無需使用全關節式機器人。”
隨著航天器業務的發展和成熟，自動化將變得更加重要。根據Holcomb的說法，越來越多的零件將是已編程過的。這意味著GF自動化單元提供的編程需求減少，而對延長機床運行時間的需求增加。
Holcomb繼續說，除了自動化之外，加工速度對于航天器零部件生產至關重要——其中大部分需要以高轉速加工復雜的鋁制零件。
除了自動化單元中的兩臺機器外，Gray公司還有1臺配備7托盤傳送帶的Mikron MILL E 500 U和1臺MILL S 600。一臺機器的主軸轉速為 36,000rpm，另一臺機器的主軸轉速為20,000rpm。
Gray公司前總裁兼總經理、現任顧問Jerry Soots表示，為了提高車間的響應能力和效率，Gray公司致力于采用“單一設置”的加工方法。Soots解釋說，為了在五軸銑床上實現這一生產目標，Gray公司在原始工件上加工出0.005"-0.010"厚的凸舌，并將工件夾在燕尾形夾具中。
夾具保證了零件底部與機床之間的距離。正因為如此，刀具可以觸及零件下方并從各個角度進行加工。零件完成后，將在坐標測量機上進行測量；當它符合要求時，操作人員會用機器切掉多余的凸舌。
GF加工解決方案使Gray公司能夠有效地處理其小批量/高混合工作量。
蓬勃發展的私人航天制造業正在航天器公司與其供應商之間建立新的關系。三十年前，供應商不得不向航空航天公司推銷他們的能力，而這些公司通常不會積極尋找供應商。除非某個部件是新飛機計劃的一部分，否則很少有部件設計更改。
“今天，商業航天公司的心態發生了徹底的改變，”Holcomb說，“他們正在積極尋找能夠對他們源源不斷的新產品和持續的設計變更做出響應的合格供應商。”
“ISO認證和AS 9100D是最低要求。你必須非常有技術能力。你必須能夠以相對較小的占地面積制造這些要求嚴苛的零件，它們有時使用鋁材，有時使用更難的材料。你必須足夠敏捷，以適應他們在生產調度中所需的靈活性。對于我們來說，來自GF加工解決方案的的五軸銑床和自動化在實現所有這些需求方面發揮了關鍵作用。”Holcomb說。
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