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双重功能:曲轴和凸轮轴的全部磨削在同一台磨床上完成

成功地进行了平衡

  高度的可使用性、内在的精度,有效保障的经济性—这就是为什么BRP-罗泰克斯公司采用Junker磨床的三个理由。最新的投资又实现了加工能力的柔性平衡能力。

  目前这一点已经更多的成为规则而不是例外:

  隐藏在声名显赫的产品和商标之后的供应商虽然不是那么著名,但是没有他们的工艺技术和生产专业知识,这些产品也许就不会存在,或者至少不会以现在的效率和质量特性存在。

  内燃机发动机就是一个很好的实例。位于奥地利君斯凯尔的BRP-罗泰克斯公司开发和制造用于休闲工业的高端产品领域。为此需要2冲程和4冲程发动机,用于所谓全地面运动车辆ATV (All Terrain Vehicles)、电动雪橇 (Ski-Doos)、休闲游艇 (Sea-Doos) 以及比赛用无车体小型汽车和摩托车,特别是用于宝马品牌以及意大利的阿普力亚品牌车。

  发动机的核心部件 – 曲轴和凸轮轴受控在BRP-罗泰克斯自己的工厂内精心制造,如同最重要的铝质部件一样,比如,电机外壳和气缸头部。每年有230,000台发动机离开这家工厂—进行批量成熟地开发、制造和装配,并且全部在自己的发动机检验台上进行核心及重要部件的检验。

和汽车制造过程的要求一样严格,只是批量更小一些

  BRP-罗泰克斯公司的质量标准绝对不亚于任何一家汽车制造厂。对此,BRP-罗泰克斯公司负责投资规划的弗里德里希?帕辛格尔先生(参见图片1,3和4)深信不疑:“我们发动机的单位升功率达到了150马力,并且可实现每分钟高达16,000的转速。

  基本规则是,对于高效机组的要求,要比对于每个单一组件所允许的故障之和的要求更加严格,这样才能保证整个系统的优良品质。

  每个发动机组成部分的功能必须得到持续的考验。比如,对于经过锻造的单件曲轴来说,其高品质是从调质材料就开始的。

  这就要求借助于工业淬火炉进行热处理,继而在磨床上持续一致地以高度严格的要求,采用CBN砂轮进行硬质最终精加工。”对于曲轴和凸轮轴(参见图片2)的磨削加工来说,BRP-罗泰克斯公司是在来自黑森林的机械制造厂家Erwin Junker(勇克)公司生产的磨床上完成的。两台Junker公司Jucrank型曲轴磨床和一台Jucam型凸轮轴磨床多年来一直在脚踏实地地执行着自己的任务。从2000年起,BRP-罗泰克斯公司开始加工经过锻造的曲轴。这台诺特拉赫市出品的磨床以其卓越的能力使人确信,曲轴上连杆轴承以及主轴承的全部磨削任务都可以通过在一台机床上一次装夹全部完成。由此而实现的质量优势是磨床的一大亮点。同样具有优势的事实是,如果将磨削任务经济性地分割到两台机床上,BRP-罗泰克斯公司具有相同结构的轴类产品的批量太小了—虽然这种工艺方式对于汽车工业领域的大批量生产是可行的。即使在今天,100件到最大5000件的批量也可以灵活地通过针对物流状态精确定位的生产控制来调度。

自动化实现了多机床操作

  因为发动机部件装配线的供货只能通过一个小的仓库进行缓冲,所以BRP-罗泰克斯公司特别注重机床的工艺可使用性,而且也注重缜密、安全的采用cpk-数值的磨削流程,这个数值根据检验标记分别为1.33或者1.67。Rotax公司的测量技术专家米夏埃尔?艾德勒先生(图片1和4)深信,只有对电机车间进行持续的自动化,特别是实现自给自足,才能够更经济有效地进行经营:“在投资决策范围内,我们重视机床加工和程序处理能力,而且也重视自动化。我们装备了从Frai公司买来的Junker公司出品的带有龙门式上下料装置的磨床,通过机床上端的一个舱口上料。对于后处理监控和内部处理过程监控,机床上配置有Marposs测量系统。在机床出厂前,Junker公司就为此监控测量系统配备了适合的接口,以便使这些测量数据通过机床控制系统可以被编程或者被控制。通过这种方式,一个操作工人可以同时操作3台甚至4台机床。”由于从整个生产年度上看,在所加工产品中,有些部分属于需求量特别大的类型,所以在同一时间段将生产不同的曲轴和凸轮轴型号,并以不同的批量组合经过该电机车间。这样造成的结果是,在两台曲轴加工机床以及一台凸轮轴加工机床上会出现不均衡的加工负荷。

  这种状态在去年中期由于加工数量的增长—因为BRP-罗泰克斯公司的产量几年以来一直呈现两位数增长状态—使磨削加工能力的瓶颈状态日益尖锐地表现了出来。

  解决这个问题的方案是通过第四台、具有特别柔性的Junker机床解决的。弗里德里希?帕辛格尔先生对此做了下列解释:
“不同发动机型号的多变需求,导致我们有时候分别需要大约1.4台凸轮轴磨床和2.6台曲轴磨床,而在另一个阶段又各需要2台凸轮轴磨床和曲轴磨床。经过和勇克公司共同努力,我们找到了完善的解决方案,以便能对此类的产量波动进行灵活的均衡。在Jucrank 6S机型基础上研制的一台新型磨床,可以通过一次装夹不但完成曲轴,也完成凸轮轴的整体加工。这种柔性为我们提供了双重帮助:第一,每一台附加的单功能机床都会产生空置的生产能力,相反机床在这种新型方式下实现完全满负荷运行。第二我们因此节约了许多投资。目前,我们的办法是先铣削凸轮轴。将来,当铣床生产能力出现瓶颈时,我们也可以先在磨床上进行粗磨削。这样,我们以后在做生产计划时可以更好地保持流程方式和机床利用率之间的平衡。”

要求机床在工件类型改变时和在一级方程式赛车时一样实现快速换装

  原则上说,在一台机床上完成凸轮轴和曲轴的加工,对于Junker公司来说并不新奇,即使在这里是作为例外情形描述的。截至目前,此类解决方案多用于较小批量的生产中,比如一级方程式中的赛车组。从细节上看起来,在针对BRP-罗泰克斯公司开发的新机床上具有用户专用的解决方案。Junker公司的区域销售经理汉斯?克劳斯?布劳赫勒先生(参见图片1)解释说:“借助于Evolution2开发系统,每个用户都可以得到一个能最佳化地满足自己要求、量身定制的解决方案。正如Jucrank 6S60机型的解决方案:通过在一个带有回转轴的刀架滑板上面设置3根磨削轴,这台机床的结构方案是针对BRP-罗泰克斯公司的凸轮轴及曲轴复合加工任务首次研制的。该机型和为单种工件设置的磨床之间决定性的区别是,内部安装了Junker专业软件以及我们更重视高效率的换装。最后,不仅是因为我们将机床从开始就设计为两个结构部分,而是因为总体上产品周期大大缩短,并且由此使得BRP公司在目前可加工大约35种不同曲轴和凸轮轴品种的基础上,又继续提高了加工品种的多样性。”

  制备的便捷性是绝对必要的因素,因为机床每天都被要求进行制备换装,而这种制备便捷性是从大量缜密的实践经验中找到方法的。举例:CBN砂轮的修整是在机床上进行的。工件夹紧方案的设计是为了使修整位置和中心架的位置在加工整个零件族的过程中始终保持不变。这样不仅可以节约对这些部件进行定位的时间成本,也可以在制备之后使加工流程持续加快,因为控制系统不必再花费时间去寻找刀具修磨器的新位置。此外,工作台结构设计上也特别考虑到制备的方便性,并且也是针对BRP-罗泰克斯公司的零件族进行设计确定的。该磨床采用FANUC控制系统,型号为16i。该控制系统包含了标准化的针对所有磨削轴、刀架滑板和夹紧系统的基本运行流程的全部指令。

  在Junker公司EJ-OP型号的统一操作表面上,设置了用于监督和控制全部机床系统的最重要数据,包括用于砂轮平衡的数据、上下料数据、检验工件释放以及测量技术数据。

  Junker公司专门开发的一个CAM软件在工作准备阶段于BRP-罗泰克斯公司PC机内进行程序运行,这些针对工件专门开发的修正值在以循环为基础的变量程序内可以很快地在机床上反映出来。

感谢Junker软件使得每次首个试制工件即成为合格件

  一个对于自动化程序不可或缺的,而且是Junker独家配方的是—测量控制系统。汉斯?克劳斯?布劳赫勒先生解释说:“Marposs测量系统以软件为辅助,可精确地测量每个轴承的尺寸精度,比如,在线测量直径以及磨削后测量连杆轴承的圆整度。因此,机床完全有能力在没有测量室的检验备忘录的情况下,使工件达到所要求的质量。每次首个试制工件完成后即成为合格件,即使该工件可能仍需要通过控制系统进行反馈式修整。

  即使面对的是功能强大的软件,该机床操作人员也无需是大学信息技术专业出身,这主要归功于全新的复合操作结构。这个结构高度兼容:从圆整度修正开始到切削条件的描绘以及所要求的参数修正。该软件覆盖了日常生产加工的所有事件,直至维修、保养或者在故障状态下给出简短的正文信息提示。

24小时不间断的可使用性要求可靠稳定的主轴

  Junker磨床的技术可使用性远远超过了95%,这是实现经过核算的主加工时间达到80%的前提条件。这一点又被BRP-罗泰克斯公司引证为资本回收率的基础。执行复合加工的机床每周六天三班24小时不间断运行,使得机床停机时间比率为20%,这是一个要求很高的预定目标—这个时间比率由制备时间(包括换刀时间),保养时间和故障停机时间共同组成。

  CBN技术在很大程度上为减少辅助时间比率做出了贡献。和常规的砂轮相比较,采用CBN砂轮可以使机床加工时间延长十倍(参见图片5)。另一个在持续运转时的关键机床要素是高效率的磨削主轴。磨削主轴的制造从头到尾全部由Junker公司自行完成。

快速的投产运行,优良的维修服务

  为什么BRP-罗泰克斯公司再一次决定采用勇克公司的机床配置方案,投资规划负责人帕辛格尔先生阐述到:“在合作过程中我们已经非常了解勇克的公司理念。这种了解使得勇克的调试运行比新寻找的机床制造厂家进行的研发调试要迅速顺利许多。另外,在预防性维护保养方面也同样会有事半功倍的益处。”

  谈到服务质量的问题,帕辛格尔先生几乎感觉不到BRP-罗泰克斯公司与诺特拉赫市(勇克总公司所在地)之间650公里的距离。统计一下过去六年中的故障状态,几乎没有出现过什么解决不了的异常情况。

  “绝大多数问题是通过数据线在线回答的。此外,我们在Junker公司还有明确指定的、称职敬业的联系对象。”即使到了今天,BRP-罗泰克斯公司已经很少需要Junker公司的技术指导了,但还是会派人前往诺特拉赫的实验部门进行学习。

  帕辛格尔说:“在这个项目中,我们在进行机床验收时,还临时另外添加了一个工件。Junker公司欣然接受了编程任务并且立刻着手编制加工工艺。这一点对于快速启动我们的生产流程来说,才是真正最重要的因素。”

  对于既可进行曲轴磨削又可磨削凸轮轴的 Jucrank 6S机型的验收工作,项目参与者们充分进行了经验交流;从左侧起:汉斯?克劳斯?布劳赫勒(Junker公司),君特?瓦格纳(BRP-Rotax公司),米夏埃尔?艾德勒,弗里德里希?帕辛格尔(两人皆为BRP-Rotax公司人员),麦克?雷普勒(Junker公司),马丁?艾格尔(BRP-Rotax公司)和马库斯瓦尔特(Stadler公司)

  每一台四冲程发动机的核心部分:由于发动机巨大的功率密度,对曲轴(左侧)和凸轮轴(右侧)必须提出较高的要求。BRP-罗泰克斯公司将两个工件完全控制在自己厂内进行加工。

  Junker公司的EJ-OP操作界面为磨床的经济性运行提供了所有重要的信息。

  BRP-罗泰克斯公司在机床验收时将是否遵守任务手册中要求的数据白纸黑字地记录了下来;从左侧起:乌伟?宋塔克(Junker公司),弗里德里希?帕辛格尔(BRP-Rotax公司),君特?瓦格纳(BRP-Rotax公司)和米夏埃尔?艾德勒(BRP-Rotax公司)。

  可回转的主轴箱(B-轴):在Jucrank 6S机型上设置了三个CBN砂轮,用于柔性地进行曲轴和凸轮轴的精磨加工。


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