Automatisierung bringt Raketenteileproduktion in den Orbit

Das Aufkommen privater Unternehmen zur Entwicklung von Raumfahrzeugen hat die Produktionsumgebung für Raketen- und Satellitenkomponenten verändert. Zuvor sponserten Regierungsorganisationen, darunter die NASA und das US-Verteidigungsministerium, den Großteil der weltraumbezogenen Fertigung. Jetzt treiben die wohlhabenden Unternehmer hinter Blue Origin, SpaceX und Virgin Galactic die nächste Generation des Fortschritts in der Weltraumtechnologie voran.

Das wachsende private Raumfahrtgeschäft stellt eine neue Branche mit neuen Beziehungen, neuen Anforderungen und neuen Möglichkeiten für Hersteller dar.

Grey Manufacturing Technologies ist ein Anbieter, der davon profitiert. Das in Denver, NC, ansässige Unternehmen hat diese Gelegenheiten durch den Einsatz fortschrittlicher Bearbeitungs- und vor allem Automatisierungstechnologie genutzt, um den steigenden Anforderungen der Raumfahrtindustrie gerecht zu werden.

Der Produktmix von Grey ist umfangreich und die Stückzahlen der einzelnen Teile gering. „Der überwiegende Teil unseres Geschäfts betrifft entweder die Luft- und Raumfahrt [Flugzeuge] oder Raumfahrt- und Satellitenkomponenten“, sagte Gary Holcomb, Präsident und CEO von Compass Precision, der Muttergesellschaft von Grey. „Die meisten Jobs bestehen aus fünf bis zehn Teilen, und die meisten unterscheiden sich von früheren Jobs. Sie sind nicht gerade Prototypen, sondern komplizierte Teile in sehr kleinen Mengen, und wir liefern mehr als 100 Jobs pro Monat.“

Da die Raumfahrzeugunternehmen ihre Technologien ständig modifizieren und verbessern, sind technische Änderungen häufig. „Wir stellen vielleicht fünf Teile für einen Kunden her, dann bestellt er vielleicht fünf weitere Teile, aber mit anderen Abmessungen“, erklärte Holcomb. „Es gibt häufige Änderungsmitteilungen und viele Verschiebungen in und aus Produktionsplänen. Wir bekommen vielleicht sechs Bestellungen, die in drei Monaten fällig sind, aber eine Woche später brauchen sie zwei der Bestellungen früher, während zwei andere aus dem Produktionsplan verschoben werden.“

Die Automatisierung hat sich als Schlüsselkomponente von Grays Ansatz für die Bearbeitungsdienstleistungen für Raumfahrt- und Satellitenprodukte erwiesen. „Als wir zum ersten Mal über Automatisierung sprachen, betrachteten wir es aus Kapazitätsgründen“, sagte Evan Grose, Grey Manufacturing Operations Manager. „Wir hatten nicht genug Platz, um immer wieder dasselbe Teil auf dieselbe Palette zu laden.“

Um die Verfügbarkeit der Spindel und die Produktionsflexibilität zu erhöhen, erwarb die Werkstatt zwei fünfachsige MILL E 700 U-Bearbeitungszentren von GF Machining Solutions LLC, Lincolnshire, Illinois, die sich in einer Zelle befinden, die einen modularen System 3R Transformer-Roboter zusammen mit einem 12- Ladestation für Paletten. Der Roboter fährt auf einer Schiene, um Paletten in und aus den Maschinen zu wechseln sowie Paletten offline an der Ladestation zu laden und zu entladen. Diese kombinierten Fähigkeiten sorgen für erweiterte Lights-out-Operationen bei Gray.

Die Automatisierung von GF Machining Solutions ermöglicht es Grey, seine Arbeitslast mit geringem Volumen und hohem Mix effizient zu bewältigen. „Die Flexibilität der Ausrüstung ist sehr wichtig“, sagte Holcomb. „Tagsüber konzentrieren wir unsere Ressourcen auf die Herstellung von ein-, zwei- oder fünfteiligen Aufträgen für Weltraumkunden. Dann, bevor wir nach Hause gehen, nehmen wir die Nicht-Weltraum-Arbeiten – im Grunde bereits programmierte Luft- und Raumfahrtaufträge mit größerem Volumen – und führen sie nachts aus. Wir nutzen die Möglichkeiten der MILL E 700 in Bezug auf die Programmierbarkeit für die komplizierten, sehr kleinen Lose während des Tages und nutzen dann die Automatisierungsmöglichkeiten für die etwas umfangreicheren Arbeiten außerhalb des Weltraums, bei denen wir das Licht auslaufen lassen.“

Im Gegensatz zu typischen Mehrpalettensystemen, die die unbeaufsichtigte Produktion auf das begrenzen können, was auf die Paletten geladen wird, bevor die Lichter ausgeschaltet werden, entfernt das Transformer-Robotersystem Paletten mit abgeschlossener Arbeit aus der Maschine und ersetzt sie durch beladene Paletten. Anschließend entlädt und lädt es Teile auf die unbenutzten Paletten, während die Bearbeitung ohne Unterbrechung fortgesetzt wird. "Wir bezeichnen es als Automatisierung für die Automatisierung", sagte Holcomb.

Für unbeaufsichtigten Betrieb ist im Bearbeitungsprogramm eine Werkzeugbrucherkennung eingestellt. Wenn ein Werkzeug bricht, stoppt die Maschine und wechselt das Werkzeug. Die MILL E 700 U-Maschinen verfügen über mehr als genug Werkzeugspeicher, um Grays ausgedehnten unbeaufsichtigten Betrieb zu unterstützen, wobei die Werkzeugverschleißkompensation und der Ersatz redundanter Werkzeuge bei Bedarf im Programm angezeigt werden.

„Wir sind den Weg der Automatisierung gegangen, weil unsere Arbeit immer komplexer wird und es schwieriger ist, Mitarbeiter mit den richtigen technischen Fähigkeiten zu finden“, erklärt Holcomb. „Wir haben uns für den robusten Transformer-Roboter anstelle eines Knickarmroboters entschieden, weil die Fähigkeit des Bearbeitungszentrums, komplexe Bewegungen auszuführen, den Einsatz eines vollknickgelenkten Roboters überflüssig macht“, fügte er hinzu.

Die Alternative zum robotergestützten Automatisierungssystem wären mehr Maschinen, sagte Holcomb, „und je nachdem, wie viele Maschinen im Einsatz sind, auch mehr Menschen, denn wir können nicht erwarten, dass ein Bediener sieben oder acht Maschinen bedient. Basierend auf unserem aktuellen Auftragsbestand und ohne die Robotik bräuchten wir mindestens drei weitere Maschinen für insgesamt fünf und zwei weitere Personen. Und an diesem Punkt in unserem Geschäft ist es schwieriger, die Leute zu finden, als die Maschinen zu erwerben.“

Während die Stückzahlen derzeit gering sind, werden höhere Stückzahlen erwartet, die es der Werkstatt ermöglichen werden, die Fähigkeiten der Mikron MILL-Fünfachsenmaschinen und des Palettenrobotersystems voll auszuschöpfen. „Höhere Volumina bedeuten in diesem Fall nicht Millionen von Stücken“, sagte Holcomb, „wir brauchen ein paar Dutzend Stück im Gegensatz zu fünf bis zehn.“

Die Automatisierung wird immer wichtiger, wenn das Geschäft mit kommerziellen Raumfahrzeugen wächst und reift. Laut Holcomb erlebt der Shop eine Umstellung auf größere Stückzahlen von Teilen, die er bereits programmiert hat. Dies bedeutet weniger Bedarf an Programmierung und mehr Bedarf an verlängerter Maschinenzeit, die die automatisierte Zelle von GF Machining Solutions bietet.

Holcomb sagte weiter, dass neben der Automatisierung auch die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für die erfolgreiche Produktion von Luft- und Raumfahrtkomponenten ist – von denen die meisten die Bearbeitung komplizierter Aluminiumteile bei hohen Drehzahlen erfordern.

Zusätzlich zu den beiden Maschinen in der automatisierten Zelle verfügt Gray über eine Mikron MILL E 500 U und eine MILL S 600 mit Sieben-Paletten-Karussells. Eine Maschine hat eine Spindel mit 36.000 U/min, die andere mit 20.000 U/min.

Laut Jerry Soots, ehemaliger General Manager und Präsident von Grey Manufacturing und jetzt Berater, trägt Grey zur Reaktionsfähigkeit und Effizienz der Werkstatt bei und hat sich einem „Single-Setup“-Ansatz für die Bearbeitung verschrieben. Um dieses Produktionsziel auf einer 5-Achsen-Fräsmaschine zu erreichen, hinterlässt Gray strategisch platzierte 0,005" bis 0,010" dicke Laschen an rohen Werkstücken und greift das Werkstück in eine Schwalbenschwanzhalterung, die die Bearbeitung aller Teilemerkmale ermöglicht, so Soots. P>

Die Vorrichtung bietet viel Abstand zwischen der Unterseite des Teils und der Maschine. Aus diesem Grund kann die Werkstatt darunterliegende Merkmale erreichen und in jedem Winkel bearbeiten. Sobald das Teil fertig ist, wird es auf einem KMG gemessen; Wenn es konform ist, werden die Laschen maschinell entfernt.

Die aufkeimende private Raumfahrtindustrie schafft neue Beziehungen zwischen Raumfahrzeugunternehmen und ihren Zulieferern. Vor dreißig Jahren mussten Anbieter ihre Fähigkeiten den Luft- und Raumfahrtunternehmen anbieten, die im Allgemeinen nicht aktiv nach Lieferanten suchten. Sofern eine Komponente nicht Teil eines neuen Flugzeugprogramms war, waren Konstruktionsänderungen an Teilen selten.

„Heute machen die kommerziellen Raumfahrtunternehmen alles spontan“, sagte Holcomb, „das ist eine völlig andere Denkweise. Sie suchen aggressiv nach qualifizierten Lieferanten, die auf ihren ständigen Strom neuer Produkte und fortlaufender Designänderungen reagieren können.

„Die neuesten ISO-Zertifizierungen und AS 9100D sind die Mindestqualifikationen. Man muss technisch sehr kompetent sein. Sie müssen in der Lage sein, diese anspruchsvollen Teile in relativ geringen Stückzahlen herzustellen, manchmal aus Aluminium, manchmal aus schwierigeren Materialien. Sie müssen agil genug sein, um die erforderliche Flexibilität bei der Produktionsplanung zu ermöglichen. Unsere 5-Achs-Fräsmaschinen und die Automatisierung von GF Machining Solutions spielen eine Schlüsselrolle bei der Erfüllung all dieser Anforderungen.“

Für Informationen zu Grey Manufacturing Technologies besuchen Sie grey-mfg.com oder rufen Sie 704-489-2206 an. Informationen zu GF Machining Solutions finden Sie unter www.gfms.com oder telefonisch unter 800-282-1336.