用车床自动化掀起波澜

作为獾州的骄傲，Mercury Marine 在当地被简称为“Merc”。这个美国偶像的 81 年历史赋予了它丰富的历史，使其成为社区的骄傲和划船公众的最爱。同时，它的成功也让 Merc 的竞争对手们羡慕不已。 Mercury Marine 是全球领先的各类船用推进系统制造商，是 Brunswick Corp. 的一个价值 26 亿美元的部门，在全球多个地点拥有 5,200 多名员工。

Jason Noworatzky、Bill Cusick 和 Chris Erke ( L-R) 是为 Mercury Marine 在全球范围内使用的舷内和舷外驱动器生产所有齿轮和轴的团队的一员。

超过 80 年的创新船用发动机开发使威斯康星州丰杜拉克 (Fond du Lac) 成为极其知名的工程实力和卓越生产宝库。如今，41 号州际公路旁的庞大校园拥有超过 250 万平方英尺的空间，其中包含各种工程和制造学科，以及实现这一切的大约 3,300 名员工。

在 4 号工厂，所有齿轮和轴都是为 Mercury Marine 在其世界各地工厂生产的所有舷内和舷外驱动器生产的。这项庞大的工程包括用于所有 MerCruiser 舷内和船尾驱动发动机、MerCruser Alpha 和 Bravo 船尾驱动、Mercury 柴油发动机和柴油船尾驱动、Mercury SportJet 以及所有舷外发动机的传动轴、传动轴、转向轴、前进齿轮、倒档齿轮和小齿轮。负责这项繁重任务所需的制造工程师、工业工程师和程序员团队的人是工厂 4 工程经理 Jason Noworatzky。对于与轴和齿轮制造过程有关的一切，Noworatzky 先生和他的团队创建并建立了制造和质量程序以及有效生产零件所需的资本支出，最重要的是，满足 Mercury 的严格规范.接下来，他们会根据速度、人工成本和零件完美程度来选择最好的机械和自动化设备。 “质量——我们围绕它建立流程，”Noworatzky 先生说。

本款转向轴为公司舷外机最初是在一个由两个操作员组成的五机单元中生产的，但现在由一台两刀塔、两主轴的车床加工，并结合了送料机和卸料机。

一个特别费力的部件是用于 Mercury Marine 舷外机的转向轴的空心部分。前一个过程是一个多机器单元。该工艺的开始是一台带有单刀塔和带有棒料进料器的尾座的单主轴车床。然后它将被运送到另一台机器进行钻床操作。接下来，零件被转移到另一台机器进行无心磨削操作，然后运送到最终的滚齿操作。这种零件生产方法已经使用了几十年。 “我在这里工作了 25 年，一直都是这样，”制造工程师 Bill Cusick 说。以前的多机单元流程使用两个操作员。

最终很明显，这些牢房中的机器需要更换。为了寻找现代解决方案，Cusick 先生研究了新的现代机械。 “这项技术终于赶上了，所以我们现在可以在一台机器上使用所有流程，”Cusick 先生指出。 “我们不再需要在旧滚齿机上运行它们。”

高级程序员 Chris Erke 对质量问题发表了看法。 “很难在一台机器上保持真实位置和跳动，而不是在一台你可以控制的机器上完成所有工作。”

精细的平衡

“对我们来说，这一举措的很大一部分是质量，”库西克先生说。 “这意味着在一台机器上完成。”团队必须在机器容量和能力、机器数量和预计的生产要求之间做出微妙的平衡。在创建了一种记分牌之后，一个解决方案胜出。 Cusick 先生去找公司值得信赖的本地机床经销商 Morris Midwest，就更换旧的五机单元展开对话。 “我们创建了一份 SOW（工作说明书），解释说我们想要一台能够完成我们的加工过程的车床，”Cusick 先生说。 “我们对我们认为在添加额外操作时获得所需的周期时间有一个很好的想法。”

Cusick 先生和 Erke 先生向 Morris Midwest 转述说，他们相信一台带有两个转塔和两个主轴的车床，再加上一个棒材进料器和一个卸料器，就可以工作。 “有了新技术，我们不认为生产它会成为问题，所以它会一气呵成，最终完成，”Erke 先生评论道。 “我们几乎知道如何完成它，但 Morris Midwest 选择了合适的机器，完成了所有工程并处理了所有径流。”

弗兰肯拉特的崛起

2017 年，第一台新的棒材进料机/车床/卸料机组合单元交付给 4 号工厂。由于其尺寸和功能，新的 Okuma LT3000 EX 被亲切地称为“Frankenlathe”。不久之后，第二个牢房（与第一个牢房完全相同）位于第一个牢房旁边，并很快被店员称为“弗兰肯拉特的新娘”。

三台 Okuma LT3000 EX 车床，带送料器和卸载机，被添加来处理轴的生产。

“Frankenlathes”两侧都有 Edge Technologies 的机器，使该过程成为真正的一次性技术优势。当前设置中采用的自动化是生产具有所需质量的“一次性完成”零件所需的缺失部分。 Okuma LT3000 EX 是一种开放式结构型车床，是 8 英寸卡盘级别中高度灵活的双主轴车削中心。这款多功能卧式双主轴机床在所有转塔上集成了车床和铣/钻功能。

前两个单元配备了 FMB Turbo 5-65 棒材送料机。这些是弹匣式装置，可喂入长达 12 英尺的杆，并具有充油通道，可在旋转杆周围产生流体动力轴承效应，以实现平稳运行。标准单元的弹匣存储容量为 11 英寸。凭借该轴部分的零件长度和循环时间，Okuma 可以在轮班期间处理相当多线性英尺的油管，因此 Edge Technologies 添加了 Edge BarLift，这是一种扩展的弹匣装载系统，具有额外的 28 英寸库存运行时间更长，无需操作员手动加载供料器。

FMB Turbo 5-65 12-foot弹匣式棒材进料器具有充油通道，可在旋转棒材周围产生流体动力白令效应，以实现平稳运行。

“我们过去可能有一两台装有卸料器的车床，但这是迄今为止我们在最主流的产品（卸料器）上迈出的最大一步，”Noworatzky 先生说。 “我们不能丢弃这部分，因为它会损坏花键。完成的零件有表面光洁度要求。”

一号和二号单元于 2017 年安装，并配备了 Edge Technologies 的 FleXsys LE（装载/提取）单元，用于零件卸载过程。该装置专为大型零件的自动化而设计，特别是长轴作业。它设计用于进给和收回切割成零件长度的棒料——直径最大 2.5 英寸，长 37 英寸——用于单主轴 CNC 车床的生产。使用 FMB Turbo 5-65 将 12 英尺的管材送入 Okuma 的主轴。

Edge BarLift 扩展杂志装载系统具有额外的 28 英寸库存，无需操作员干预即可长时间运行。

Frankenlathe 3：自动化的兴起

第三个单元于 2019 年底抵达，配备了新的 Rebel 80 伺服卸载机，这是 Edge Technologies 最新开发的自动零件移除系统，用于提取直径范围为 8 至 80 毫米的零件。这是一个比在单元 1 和单元 2 上运行的先前版本更通用的单元。较旧的设备没有像 FMB 棒材进给器那样与车床通信的控制系统。需要对 FleXsys LE 进行额外编程。尽管这些装置在调整后运行良好，但 Mercury Marine 要求 Edge Technologies 提供更新的卸载机配置，以解决这个缺点。 Rebel 80 Servo Unloader 的开发就是答案。 Edge 一直在研究新的卸载器，并将通信问题作为 Mercury 安装的主要优先事项。现在，在第三个单元上，Okuma LT3000 EX、FMB 棒料送料机和 Edge unloader 都通过工业 4.0 类型的优化进行通信并作为一台机器运行。

虽然前两台车床配备了 FleXsysLE卸料机，专为大型零件的自动化而设计，第三台 Okuma 配备 Rebel 80 伺服卸料机，旨在提取直径从 8 到 80 毫米的零件，并具有优化的与棒材送料机和机床的通信能力。

Rebel 80 伺服卸料器具有多种拆卸零件的方法，通过各种方法将提取器连接到零件上，以便将其从副主轴中拉出。这些设备被称为末端执行器。可用的末端执行器机构包括用于外径夹持的杆夹头、膨胀内径夹持器、三点外径夹持器、进给指、角夹持器、铁磁材料电磁铁以及异形和异形库存的特殊工程解决方案。

为了保护零件光洁度，在转向轴上的花键的情况下，提取 V 形托盘将轴轻轻地放置在用非金属材料覆盖的弹匣表面上。斜台可调，使卸料机“轻松卸”大直径零件。

Rebel 80 伺服卸荷器具有轴向移位轨道，允许装置轻松滑离车床，以便更换主轴衬套和对车床后部进行维护访问。它配备了一个遥控挂件和一个具有触摸屏和菜单驱动编程的会话控件。该控件还可以存储无限的零件程序。

第三个单元也受益于棒材进料器技术的进步。 FMB Turbo 5-65 作为 A 型号配备，具有新的自动调节导轨系统。聚氨酯导向通道自动调整到适当的直径，允许一个导向通道运行直径从 5 毫米到 65 毫米的棒材。此功能使 Mercury Marine 能够快速更改为不同的轴直径，而无需更改导向通道设置。这种设计有助于快速设置以实现即时生产。

随着零件质量的提高，这些单元具有降低劳动力成本和更好地利用地面空间的优势。理想情况下，Noworatzky 先生将有一张白纸来按照他的意愿重新配置他的生产车间。他解释说，推动他的团队的两件事是合并运营和尝试分担劳动力。

展望未来，Noworatzky 先生认为，增加这些车床所采用的棒材进料机和卸料机等自动化设备将成为常态。 “从现在开始，我预计不会有任何不具备某种自动化功能的新细胞进入这里。无论是 FANUC 机器人、龙门系统、棒材送料机还是卸料机。”他预测，这将最大限度地减少工作所需的劳动力。 “劳动力是一种溢价，”Noworatzky 先生总结道。

由于操作此类细胞需要更高的技术专长，水星海事为员工提供课程以提升他们的技能。 “它确实需要你拥有更高水平的操作员，”Noworatzky 先生说。为实现这一目标，Mercury 将其操作员送到当地的社区学院，在那里他们参加 1 级和 2 级加工课程。完成后，他们可以通过测试获得 NIMS 认证。

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关于作者

凯文舒尔茨

Kevin Shults 是一名广告和设计专业人士。他在机床行业拥有 24 年的经验，其中最近 20 年担任精密加工行业 OEM 的营销总监。通过 [email protected] 联系 Shults 先生。