航天零部件的熄灯加工

　　商业航天的出现改变了航天器和卫星部件的制造。此前，包括美国国家航空航天局(NASA)和美国国防部(U.S.Department of Defense)在内的政府机构资助了大部分与太空相关的制造。现在，Blue Origin、SpaceX和维珍银河(Virgin Galactic)背后富有的企业家正在推动下一代航天技术的进步。

　　不断增长的商业航天业务为制造商带来了新的要求和新的机遇。

　　Gray制造技术公司是受益的供应商之一。这家位于美国北卡罗来纳州丹佛市的工厂正利用这些机会，将先进的机械加工技术——最重要的是自动化技术——应用到制造环节中。

　　Gray公司的产品组合很多，但单个零件的数量却很低。Gray公司的母公司Compass Precision总裁兼首席执行官Gary Holcomb说：“我们的绝大多数业务要么是航空飞机，要么是航空器和卫星部件。大多数订单都是5-10件，而且大多数都与以前的工作不同。它们不完全是原型，而是体积很小的复杂零件，我们每月制造超过100种零件。”

　　由于航天器公司不断修改和改进他们的设计，因此工程变更频繁。“我们可能会为客户制造五个零件，然后他们可能会再订购五个，但尺寸不同，”Holcomb说道，“同时，生产计划也不断更改。比如，我们可能会收到6个需要我们在3个月内交货订单，但一周后其中2个订单的交货时间提前，另外2个订单则被取消。”

　　自动化已被证明是Gray公司机械加工车间的关键组成部分。“当我们第一次谈到自动化时，我们是从产能问题来看的，”Gray公司制造运营经理Evan Grose说，“我们没有足够的空间在同一个托盘上一遍又一遍地装载相同的零件。”

　　为了保证主轴正常运行时间和生产灵活性，该车间从伊利诺伊州林肯郡GF加工解决方案那里购买了2台五轴MILLE 700 U加工中心，同时还有1个System 3R Transformer模块化机器人和1个12托盘装载站。机器人将托盘送入或取出机床，以及在装载站离线装卸托盘。这些组合功能为Gray公司实现了长时间的熄灯加工。

　　GF的自动化单元使Gray公司能够有效地处理其小批量/高混合订单。“设备的灵活性非常重要，”Holcomb说，“白天，我们将资源集中在为航天客户制作1件、2件或5件的工作上。然后，在我们下班之前，我们会安排非航天零部件的加工工作——基本上是已经编程好的大批量零件，适合在晚上加工。”

　　与传统的多托盘系统可能会在熄灯之前限制无人看管的托盘的装载量不同，Transformer机器人系统完全不受装载物品的限制，它可以不间断地从机床中取出已完成工作的托盘，送入新的托盘，保持机床不停工。

　　对于熄灯加工，刀具破损检测也至关重要。如果刀具损坏，机床会停止并更换刀具。MILL E 700U机床有足够的刀具存储空间，并且可根据需要在程序中调用刀具磨损补偿和冗余刀具替换功能。

　　“我们走上了自动化的道路，因为我们的工作越来越复杂，而且很难找到拥有合适技术技能的员工，”Holcomb说，“我们选择了Transformer机器人而不是关节式机器人，因为加工中心能够进行复杂的运动，因此无需使用全关节式机器人。”

　　随着航天器业务的发展和成熟，自动化将变得更加重要。根据Holcomb的说法，越来越多的零件将是已编程过的。这意味着GF自动化单元提供的编程需求减少，而对延长机床运行时间的需求增加。

　　Holcomb继续说，除了自动化之外，加工速度对于航天器零部件生产至关重要——其中大部分需要以高转速加工复杂的铝制零件。

　　除了自动化单元中的两台机器外，Gray公司还有1台配备7托盘传送带的Mikron MILL E 500 U和1台MILL S 600。一台机器的主轴转速为36000rpm，另一台机器的主轴转速为20000rpm。

　　Gray公司前总裁兼总经理、现任顾问Jerry Soots表示，为了提高车间的响应能力和效率，Gray公司致力于采用“单一设置”的加工方法。Soots解释说，为了在五轴铣床上实现这一生产目标，Gray公司在原始工件上加工出0.005"-0.010"厚的凸舌，并将工件夹在燕尾形夹具中。

　　夹具保证了零件底部与机床之间的距离。正因为如此，刀具可以触及零件下方并从各个角度进行加工。零件完成后，将在坐标测量机上进行测量；当它符合要求时，操作人员会用机器切掉多余的凸舌。

　　GF加工解决方案使Gray公司能够有效地处理其小批量/高混合工作量。

　　蓬勃发展的私人航天制造业正在航天器公司与其供应商之间建立新的关系。三十年前，供应商不得不向航空航天公司推销他们的能力，而这些公司通常不会积极寻找供应商。除非某个部件是新飞机计划的一部分，否则很少有部件设计更改。

　　“今天，商业航天公司的心态发生了彻底的改变，”Holcomb说，“他们正在积极寻找能够对他们源源不断的新产品和持续的设计变更做出响应的合格供应商。”

　　“ISO认证和AS 9100D是最低要求。你必须非常有技术能力。你必须能够以相对较小的占地面积制造这些要求严苛的零件，它们有时使用铝材，有时使用更难的材料。你必须足够敏捷，以适应他们在生产调度中所需的灵活性。对于我们来说，来自GF加工解决方案的的五轴铣床和自动化在实现所有这些需求方面发挥了关键作用。”Holcomb说。