W każdym przedsięwzięciu biznesowym nadchodzi pewien istotny punkt zwrotny. Taki, w którym trzeba wybrać pomiędzy wysokimi kosztami zaawansowanych technologii, a co za tym idzie, liczyć się z potencjalnie długim okresem zwrotu z inwestycji lub kontynuować działalność bez wprowadzania istotnych zmian. Możliwy jest też wariant pośredni, który wybrali właściciele kanadyjskiej firmy Fidelity Machine & Mould Solution. Zamiast znaczącej rewolucji na całej linii produkcyjnej przeprowadzili oni jedynie modernizację systemu sterowania dla maszyn CNC.
Modernizacja używanych, ale zadbanych, centrów obróbki pionowej (Vertical Machining Center ? VMC) średniego rozmiaru kosztuje około 120 tysięcy USD. Według Jeffa Litstera, współwłaściciela Fidelity to kwota około sześciu razy mniejsza od tej, którą należałoby zaangażować w związku z zakupem nowej maszyny.
? Dzięki modernizacji nie tylko zaoszczędziliśmy sporą sumę pieniędzy, ale otrzymaliśmy maszynę, która cechuje się lepszymi osiągami, niż wiele urządzeń najnowszej generacji ? cieszy się rozmówca Control Engineering.
Fidelity wybrało częściową modernizację zaproponowaną przez Miceli Technologies (MTI) z uwagi na konkurencyjną cenę i duże możliwości podczas frezowania przy stałej prędkości. Kiedy regulator stałej prędkości (constant velocity controller ? CVC) firmy MTI został dodany do 10-letniej maszyny VMC firmy Fadal, Fidelity prawie natychmiast osiągnęło założone w sferze produkcji zyski. W zaledwie kilka godzin po włączeniu zasilania urządzenie pracowało bez żadnych problemów. Uczenie regulatora stałej prędkości krzywych zajmowało połowę mniej czasu, niż miało to miejsce w przypadku regulatorów, które Fidelity stosowało w przeszłości.
Prędkość kluczem do sukcesu
Regulator stałej prędkości MTI może ?podkręcić? prędkość i zwiększyć dokładność nawet 20-letniej maszyny. To w bardzo dużym stopniu poprawia średnie prędkości, gdy napędy w osiach X, Y i Z popychają frez wokół obrabianego elementu z prędkością 300?500 cali na minutę (albo z ich odpowiednikiem metrycznym). Kolejne korzyści uzyskane dzięki technologii CVC to:
- gładszy ruch, który objawia się: mniejszym zużyciem, lepszym wykończeniem, dłuższym życiem frezu i szybszym cyklem pracy,
- większa moc obliczeniowa,
- wzrost wydajności dzięki możliwości uruchamiania programów komputerowego wspomagania produkcji (computer-aided manufacturing CAM) bezpośrednio na terminalu regulatora.
Aktualne czasy uzyskiwane przez maszynę dochodzą do 90% zaprogramowanych, w przeciwieństwie do poprzednich regulatorów, które realizowały 30% zaprogramowanego czasu.
Technologia, którą firma MTI wbudowała w ich CVC, zawiera:
- osi interpolacji,
- wykonanie programu z prędkością 50 tysięcy bloków na sekundę (podczas gdy najlepsze nawet systemy CNC cechują się prędkościami 2 do 3 tysięcy),
- 80 wysokiej dokładności inteligentnych buforów dla algorytmów predykcyjnych, gdzie norma systemów CNC to kilka tuzinów linii kodu (w efekcie po prostu jeden bufor),
- maksymalnie 4 miliony odczytów na sekundę z enkodera (serwomotoru), pomiar skrajnego sprzężenia w pętli zamkniętej,
- 15-bitową dokładność kontroli ruchu i minimalną rozdzielczość 0,001 mikrona.
Wymagana maksymalna sprawność
Fidelity rozpoczęło działalność wykorzystując dwa pionowe centra maszynowe firmy OKK: MCV820 z 1990 roku i mniejsze PCV55 wyprodukowane w 1996 roku.
? Po kilku latach pracy potrzebowaliśmy bardziej wydajnych urządzeń, żeby spełniać wymagania dotyczące zakończeń produkowanych przez nas przewodów ? mówi Jeff Litster. ? Mechanicznie, nasze urządzenia były w stanieporuszać się z prędkością 300 do 400 cali na minutę [IPM], ale przestarzałe regulatory nie były w stanie dokładnie przesuwać maszyn w zakresie tych prędkości.
Litster powiedział, że wykonanie zakończeń przewodów jest zawiłą i ambitną pracą, którą zawsze wykonuje się na krótko przed końcem całego cyklu produkcji.
? Zauważyliśmy, że nie możemy pozwolić sobie na zatrzymanie produkcji na żadnej maszynie OKK w celu zmodernizowania systemów regulacji, z powodu napiętych terminów ? dodaje przedstawiciel Fidelity. ? Słabą stroną oryginalnych regulatorów była ich niezdolność przetwarzania informacji wystarczająco szybko tak, aby poruszać maszynę zgodnie z jej fizycznymi możliwościami. Poza tym regulatory nie były w stanie czytać dużej ilości danych z dużymi prędkościami, co prowadziło do zubożenia informacji. Maszyny dosłownie nie wiedziały, dokąd mają się przesunąć.
Tego rodzaju trudności zdecydowały o konieczności przeprowadzenia modernizacji. Według Litstera dzięki MTI uzyskano nieograniczone możliwości przetwarzania i komunikacji.
? Mogliśmy włożyć program o dowolnym rozmiarze, jaki tylko chcieliśmy, i nie musieliśmy martwić się o to, że wykończymy maszynę albo nie dostarczymy jej informacji wystarczająco szybko ? tłumaczy rozmówca Control Engineering.
Co ważne, obróbka z możliwością predykcji i wysoką dokładnością jest dla Fidelity ważniejsza, niż samo uzyskanie prędkości rzędu setek cali na minutę. Zakład zwykle wykonuje bowiem drobne prace. Rdzeń formy wtryskowej i otwór dla końcówki mają rozmiar powieści w miękkiej oprawie. W formach wtryskowych segmenty przewodów i przylutowane łączniki są wprowadzane do narzędzi formierskich i osłaniane odpornym plastikiem chroniącym przed wilgocią, brudem, wstrząsom, napięciom i naprężeniom.
Te małe bloczki ? często o wymiarach 6 x 8 x 3 cala ? stanowią główny problem w procesie obróbki ze względu na mały obszar pracy w rdzeniu i otworze. Jak podkreślają przedstawiciele zakładu, małe frezy i ciasne promienie często prezentują więcej wyzwań i większe trudności geometryczne, a ponadto mniejsze frezy są dużo mniej odporne. Fidelity używa frezów z zakończeniem kulowym o średnicy zaledwie 0,015 cala. Jak zaznacza Litster, to jest ?ekstremalna? obróbka z prawie zupełnym brakiem miejsca dla frezu.
Lepsza kontrola frezowania
Fidelity robi także narzędzia dla wielu innych typów form, przy czym powierzchnia zawsze stanowi kwestię krytyczną. Każda niedokładność w powierzchni matrycy negatywnie wpływa na jakość produktu.
? Zazwyczaj podajemy dane dużo szybciej w fazie końcowej niż w przypadku usuwania chropowatości ? mówi Litster. ? Tylko około 10% naszego czasu frezowania poświęcamy na dogładzanie.
Być może najważniejszą rzeczą w regulatorach MTI jest to, że pozwalają Fidelity na programowanie trajektorii frezowania z węższą tolerancją. To umożliwia lepszą kontrolę podczas frezowania i lepsze wykończenie. Zakład musiał na drugiej maszynie dostosować się do tolerancji i zwolnić ją na tyle, aby nie doprowadzić do uszkodzenia powierzchni.
Litster wymienił także inne korzyści regulatora stałej prędkości, włączając w to:
- obniżenie czasu frezowania o jedną trzecią ? niektóre jednogodzinne programy wykonywane są obecnie w 40 minut, z lepszym wykończeniem powierzchni i dłuższym czasem życia frezu;
- przyspieszenie frezowania nawet o 70%;
- możliwość instalacji oprogramowania CAM na tej samej jednostce centralnej, co regulator.
Artykuł pod redakcją dra inż. Krzysztofa Jaroszewskiego, asystenta w Zakładzie Automatyki Instytutu Automatyki Przemysłowej Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego
