Obróbka dużych aluminiowych elementów konstrukcyjnych dla lotnictwa

Premium AEROTEC GmbH jest producentem struktur i systemów do budowy samolotów (ok. 2,0 mld euro obrotu rocznie).
Jest to jedna z najważniejszych na świecie lokalizacji zaawansowanych technologicznie w zakresie budowy samolotów, zatrudniająca około 1 600 pracowników i produkująca blisko 5 milionów komponentów rocznie.

Zakład produkcyjny w Varel (Niemcy) produkuje wysoce złożone komponenty wykonane z aluminium i tytanu.
Kilka lat temu park maszynowy został wzbogacony o nowy, wysoce dynamiczny duet: Starrag ECOSPEED F 2040 FMS (Flexible Manufacturing System) składający się z dwóch połączonych centrów obróbczych.

Prawie 20 lat temu Airbus jako pierwszy wprowadził na tamten czas rewolucyjną równoległą kinematykę linii produktów ECOSPEED. Dzięki wysoce dynamicznemu 5-osiowemu frezowaniu symultanicznemu z wykorzystaniem specjalnej głowicy maszyny to rozwiązanie do dziś wyznacza standardy obróbki dużych, złożonych aluminiowych elementów konstrukcyjnych, zwłaszcza w przemyśle lotniczym. W tego typu operacjach, do codziennych zadań maszyn należy frezowanie narożników kieszeni z tylko nieznacznie nachylonym żebrem ukośnym, co wymaga zmiany położenia kątowego. Podczas gdy standardowe widlaste głowice frezarskie wykonują przy takiej operacji ogromne ruchy obrotowe, kinematyka równoległa jest znacznie szybsza i bardziej dynamiczna. Dlatego jest to jeden z głównych powodów, dla których 13 centrów ECOSPEED jest obecnie używanych w zakładzie w Varel.

Jak opowiada Christian Welter, kierownik produkcji dużych części w Premium AEROTEC, „oprócz niezawodności, przekonała nas wysoka ogólna dynamika maszyn. Właśnie dlatego zdecydowaliśmy się na dwie maszyny ECOSPEED F 2040, które zostały połączone w celu stworzenia elastycznego systemu produkcyjnego”.

W hali obecnie przeważają centra obróbcze Starrag o mocy napędu 120 kW. Posiadanie dużej liczby podobnych centrów ułatwia szkolenie personelu, obsługę maszyn i przeprowadzanie konserwacji, wyjaśnia Christian Welter, ale z każdą nową inwestycją Starrag i jego linie produktów ECOSPEED muszą ponownie stawić czoła konkurencji.

Dzięki nowej, automatycznie wymiennej kątowej głowicy frezarskiej, aluminiowe elementy o długości do czterech metrów mogą być teraz obrabiane na FMS – nie tylko w całości, ale także w jednej pozycji mocowania. Elastyczność jest niezbędna, ponieważ producent samolotów obrabia obecnie 700 różnych komponentów na wszystkich centrach obróbczych Starrag, dla takich klientów jak Airbus czy Europejska Agencja Kosmiczna (ESA).

Inwestycja w nową, jeszcze bardziej wydajną technologię miała miejsce w środowisku produkcyjnym, które przechodziło wtedy radykalne zmiany. „To dla nas ciągły plac budowy”, mówił Christian Welter śmiejąc się. „W maszynach instalowanych jest coraz więcej czujników, które generują mnóstwo danych. Obecnie uczymy się, jak przetwarzać i wykorzystywać tą ogromną ilość danych”.

Jednym z kluczowych celów cyfryzacji produkcji jest umożliwienie przeprowadzenia procesu z udziałem tylko kilku operatorów lub nawet bez nich. System produkcyjny Starrag doskonale wpisuje się w tą strategię, ponieważ zakład w Varel przeszedł na korzystanie z połączonych systemów. „Chcemy oddzielić proces zbrojenia maszyny od rzeczywistej obróbki”, mówi Welter. ” A to działa wyjątkowo dobrze z nowym systemem ECOSPEED F 2040 FMS, w którym operatorzy pracują na oddzielnych stanowiskach do ustawiania maszyny”.

Zakład w Varel dąży do cyfryzacji produkcji już od dłuższego czasu, jeszcze zanim ukuto termin „Przemysł 4.0”. W związku z tym firma konsekwentnie koncentruje się na tworzeniu sieci. „Na przykład, nie mamy żadnych samodzielnych centrów obróbczych Starrag; wszystkie są połączone ze sobą w sieć”, wyjaśnia Welter. „Do tego dochodzi pewność dostaw, które musimy być w stanie zaoferować jako producent komponentów Airbus. Dlatego obok każdej maszyny znajduje się inna – dodatkowa, która może wykonywać te same zadania”.

Dlaczego więc nie zastosować obsługi zrobotyzowanej? „FMS obrabia obecnie 40 różnych komponentów, co oznacza, że potrzebowalibyśmy 40 siłowników do mocowania obrabianych przedmiotów”, mówi ekspert ds. produkcji. „Zauważyliśmy również, że robot przez większość byłby bezczynny. System CoBot byłby interesujący pod kątem ułatwienia zbrojenia maszyny. Jednak już teraz częściowo wprowadzamy robotyzację produkcji małych części”.

Skrócenie czasu wytwarzania o 10-15% w porównaniu ze starszymi systemami ECOSPEED przemówiło na korzyść inwestycji, która wykorzystywana jest do produkcji seryjnej elementów dla branży lotniczej1211

Dostępność maszyn odgrywa równie ważną rolę w Varel, a wszystko sprowadza się do wsparcia producenta. „Ogólnie rzecz biorąc, jesteśmy bardzo zadowoleni z usług oferowanych przez Starrag w porównaniu do innych producentów”, mówi Welter. „Przez ten długi czas współpracy udało nam się zbudować doskonałe relacje z personelem Starrag. Zupełnie inaczej niż w przypadku co niektórych firm, gdzie ze względu na rebranding nie zawsze jest jasne, kto jest za co odpowiedzialny”.

Centrum obróbcze ECOSPEED F 2040

System produkcyjny FFS składa się z dwóch centrów obróbczych ECOSPEED F 2040, systemu transportowego z podwójnym wózkiem załadowczym, naziemnej stacji ustawczej i magazynu na palety maszynowe o wymiarach 2000 mm na 4000 mm.

Centra obróbcze pracują z mocą znamionową 120 kW i prędkością znamionową 30 000 obr/min.

Bliźniaki umożliwiają wysoce dynamiczną 5-osiową obróbkę symultaniczną z przyspieszeniem do 1G i maksymalnym przyrostem przyspieszenia 250 m/s³. FMS charakteryzuje się automatycznie wymienną kątową głowicą frezarską z uchwytem HSK A63/80, która automatycznie odbiera narzędzia z systemu wymiany narzędzi. Ta nowa głowica wykonuje również operacje frezowania i wiercenia, które wcześniej były wykonywane przez maszyny konkurencji.

Aby zachować niewielkie rozmiary, jednostki pomocnicze i szafy sterownicze są umieszczone na platformie peryferyjnej nad systemem transportowym, co pozwala zaoszczędzić miejsce i ułatwia konserwację. System monitorowania wrzeciona rozpoznaje wahania procesu i zatrzymuje maszynę, jeśli istnieje ryzyko nadmiernego przeciążenia. Ze względu na wysoką wydajność skrawania wynoszącą do 95%, co minutę wytwarzane są wióry aluminiowe o objętości 220 litrów, które są rozdrabniane przez system odsysania wiórów w piwnicy maszyny i zasysane do centrum wiórów za pomocą rur wykorzystujących technologię próżniową.