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转动曲轴箱高产之轴

来源:国际金属加工商情 发布时间:2022-11-09 484
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这些机器具有快速的主轴加速时间,2.6秒的快速换刀节拍时间以及自动龙门装载系统,是高产量、全天候运行的理想选择。

要想在大批量发动机制造领域取得成功,需要将精密加工、可靠性、智能工程及最重要的自动化技术做到极致。


位于美国玛丽维尔的川崎汽车制造公司,每年生产数十万台曲轴箱,用于割草机或拖拉机。川崎汽车制造公司制造工艺工程师Shannon Walter及其团队,将成为首次成功证明以上论点的人。其精密加工自动化成果,极大地促进了川崎公司树立的最高目标之一——质量——的达成。


在一个挤满流行品牌的消费市场上,质量可不是个小要素。Walter说:“客户每年都希望能订到更多的发动机,因为我们的质量久经市场考验,赢得了市场的高度赞誉。”客户也确实得到了更多发动机。他补充说:“2022年我们将再次打破自己的年度生产记录。这样的产量增长,还促使川崎在200英里外密苏里州的布恩维尔开设了第二家工厂。”


这家公司成立于1989年,是美国唯一一家专门制造川崎发动机的企业,拥有约1000名员工,超过83613m2的制造空间,以及数量惊人的470台数控机床——从卧式加工中心(HMC)和立式加工中心(VMC)到车床和清洗机——众多领先品牌应有尽有。


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4 台格劳博G500 5 轴数控加工中心,排成两列加工单元,配上格劳
博公司设计、制造的自动高架装载龙门架,在川崎公司位于密苏里州
的玛丽维尔工厂,负责生产曲轴箱。


川崎汽车制造公司玛丽维尔工厂运营的另一个优势是垂直整合,其(从曲轴箱压铸工序开始的)95%的产品,都是在工厂内制造和组装的,确保了对所有发动机部件(曲轴箱、气缸盖、轴、盖和飞轮)制造从头到尾的控制。

成长的烦恼


即使最高效的制造业务也无法避免需求增加、劳动力短缺以及客户缩短交货时间所带来的挑战。尽管川崎汽车制造公司采取了一周七天三班倒的运营模式,也必须面对这些问题。在开发新的加工方案之前,为满足需求,公司每年必须把近20万个曲轴箱的制造任务外包。为了节约成本,保持质量标准和消除停机时间,公司需要找到一种更有力的方式来解决这个问题。


“我们设定了一个目标。我们的首要愿景就是消除操作时间和错误,完全控制质量,”Walter说,“我们成立了一个6人委员会来评估各种选择。无一例外,他们都决定向着完全自动化进军。”


Walter表示,机器人一开始就在委员会候选名单上排在前列,主要是因为川崎汽车制造公司现有的(半自动化)数控加工线由8台机器(多托盘HMC、VMC)组成。其中,有2个机器人单元专为每个完整班次里的1名员工提供服务,因为这位员工需要手动装载重达8.6-12.7公斤的铝制曲轴箱。


“我们分析了这项加工任务及其造成的问题,比如在没有完全自动化的情况下,很容易发生质量问题及零件位置错放造成的停机,”Walter解释说,“为了达到目标,我们需要一个完全自动化的解决方案,来消除停机时间,同时它还需要与半自动化生产线至少相等的速度精准地加工发动机。”


要实现制好每台发动机的目标,需要在几分钟内制成许多孔、气缸,完成钻孔、钻头、攻丝和面铣等诸多加工要求,川崎汽车制造公司明白自己需要一种动态技术,于是就向拥有全面自动化技术的先进数控加工中心制造商——格劳博公司——求助。

精度和速度


面对川崎汽车制造公司提出的苛刻要求,格劳博公司评估了既要缩短周期时间,同时还要确保质量、消除停机时间的最佳方法。格劳博团队进行了深入分析,确定与其在2条生产线上配备8台机器,由1名员工手动装载零件——这道工序问题重重——不如在2条生产线上配备4台机器,并配一台定制的高架龙门,自动为整条生产线以及每台机器上料。这个解决方案甚至可以改善川崎汽车制造公司的制造周期。


“我们希望在实现最高速度的同时还能实现高精度。格劳博公司邀请我们到他们位于美国俄亥俄州布拉夫顿的制造厂,参观其生产线运行能力,它能将周期时间缩短到比我们的目标快5%以上。我们没想过他们能做到,但令人惊讶的是他们做到了,这给我们留下了非常深刻的印象。”Walter说。

排成一列,完全自动化


2016年底,第一条格劳博生产线在玛丽维尔工厂安装完毕,川崎汽车制造公司开始了曲轴箱的生产。这条新生产线由4台G500数控加工中心组成,分为两列单元,配上格劳博自动高架装载龙门架,在生产线的起始处设了一个装载站,在终点处也设了一个站,负责珩磨曲轴箱、做泄漏测试以及清洗曲轴箱。采用这种设置,只需1名工人即可。


这项工艺在消除停机时间、提高发动机产量方面成效斐然,因此川崎汽车制造公司在第二年又订购了第二条格劳博生产线。从那时起,川崎公司每年都会增加一条新的生产线,以满足其对发动机不断增长的需求。目前,这些生产线在这家工厂巨大的占地面积中占比10%左右。


现在,川崎公司不再采用1个工人手动装配8台机器、2个单元的半自动生产线设置,而是由1个工人负责2条生产线。这大大减少了人工装载,同时极大地提高了精准成品零件的产量,且不会停机。


Walter说:“自这些生产线安装以来,格劳博公司让我们无需外包就能满足客户需求,每年节省了500多万美元。其中,最主要的收获是减少了劳动力和停机时间,提高了质量。因为减少了人工设置次数,我们每年节省了超过16万美元的劳动力成本。通过消除因零件放错位置而造成的停机时间,我们每年的利润额外增加了3.2万美元,节省的费用中,还没包括避免了像主要机器部件损坏等情况的成本。”


格劳博公司还帮助川崎汽车制造公司解决了劳动力问题。Walter说:“我们一直在努力为玛丽维尔工厂招聘并留住足够的工人。格劳博生产线帮助我们既跟上了曲轴箱产量需求的步伐,又在曲轴箱加工区减少了50%的人力,作用重大。”

专为速度而设计


这套系统的核心是格劳博公司强韧的紧凑型G500 5轴数控加工中心,在这家公司位于布拉夫顿占地37,161m2的工厂中制造而成。这些机器具有快速的主轴加速时间,2.6秒的快速换刀节拍时间以及自动龙门装载系统,是高产量、全天候运行的理想选择。利用水平主轴设计,轴上的轴承是与主轴一起移动,在整个Z轴行程中保持恒定的铣削条件,切屑会从被加工的零件上掉落。切屑控制和排空也以其他方式得到了进一步加强。例如,零件是在排屑机的正上方加工的,而换刀是在工作区之外进行的,这消除了换刀时的切屑干扰。此外,在刀具插入主轴之前,刷子会清洁刀柄,冷却液冲洗系统会将切屑推出工作区并通过输送机排出。


“在我们这样的加工任务中,这些功能至关重要,停下来清理堆积的切屑是根本不可能的,”川崎汽车制造公司维修工程师Gary Wilmes说,“在生产线的其他区域继续运行时,甚至可以锁住一台机器,同时保持液压和气动柜开放,便于维修。”

信任+服务=牢固的合作


“我们对格劳博公司在设备安装过程中提供的支持非常满意。我们对西门子控制器很陌生,而格劳博的员工在我们需要帮助时表现出色,”Walter说,“在处理我们在格劳博生产线上遇到的每个问题或要求时,格劳博项目经理和服务工程师的态度都令我满意。”


“此外,由于他们的工厂在美国,一旦机器需要维修,我们都不必等待。他们的全面服务能力非常好。我们发现98%的问题都可以通过他们的远程诊断服务来解决。”Wilmes补充说。

本文由格劳博公司供稿


来源:荣格-《国际金属加工商情》

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