自动化将火箭零件生产送入轨道

私营航天器开发公司的出现改变了火箭和卫星部件的制造环境。此前，包括美国宇航局和美国国防部在内的政府组织赞助了大部分与太空相关的制造。现在，Blue Origin、SpaceX 和维珍银河背后的富有企业家正在推动下一代太空技术的进步。

不断增长的私人空间业务构成了一个新的行业，为制造商带来了新的关系、新的要求和新的机遇。

Gray Manufacturing Technologies 是受益的供应商之一。这家位于北卡罗来纳州丹佛市的工厂利用这些机会，应用了先进的机械加工技术，最重要的是自动化技术，以满足航天工业日益增长的需求。

Gray 的产品组合很高，而单个零件的数量却很低。葛瑞的母公司 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]，要么是太空和卫星部件。 “大多数工作都是 5 到 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，我们每月运送超过 100 个作业。”

由于航天器公司不断修改和改进他们的技术，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零件，但尺寸不同，”Holcomb 解释说。 “有频繁的变更通知和大量进出生产计划。从现在起三个月后我们可能会收到六个订单，但一周后他们需要两个更快的订单，而另外两个则被移出生产计划。”

自动化已被证明是葛瑞太空和卫星产品加工服务方法的关键组成部分。 “当我们第一次谈到自动化时，我们是从产能问题来看的，”葛瑞制造运营经理 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。”

为了提高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 Machining Solutions LLC 购买了两台五轴 MILL E 700 U 加工中心，位于一个包含 System 3R Transformer 模块化机器人和一个 12-托盘装载站。机器人骑在轨道上将托盘进出机器，以及在装载站离线装卸托盘。这些组合功能为 Gray 提供了扩展的熄灯操作。

GF Machining Solutions 自动化使葛瑞能够有效地处理其小批量/高混合工作量。 “设备的灵活性非常重要，”Holcomb 说。 “白天，我们将资源集中在为太空客户制作一件、两件或五件的工作上。然后，在我们回家之前，我们进行非太空工作——基本上是已经编程的大批量航空航天工作——并在晚上运行。我们利用 MILL E 700s 在白天为复杂的、非常小的批次提供的可编程性提供的功能，然后将自动化功能用于我们用光的更大体积、非空间工作。”

与典型的多托盘系统可能会在灯关闭之前将无人看管的生产量限制在托盘上装载的任何物品不同，Transformer 机器人系统从机器中移除已完成工作的托盘并用装载的托盘替换它们。然后，它在空闲托盘上卸载和重新装载零件，同时不间断地继续加工。 “我们将其称为自动化的自动化，”Holcomb 说。

对于无人操作，刀具破损检测设置在加工程序中。如果工具损坏，机器会停止并更换工具。 MILL E 700 U 机床有足够的刀具存储空间来支持 Gray 的扩展无人照管操作，并根据需要在程序中调用刀具磨损补偿和替换冗余刀具。

“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 解释说。 “我们选择了坚固的 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，”他补充道。

机器人自动化系统的替代方案将是更多机器，Holcomb 说，“并且取决于使用的机器数量，更多的人也会增加，因为我们不能指望一个操作员运行七八台机器。根据我们目前的订单水平，如果没有机器人技术，我们将需要至少三台机器，总共需要五个和两个人。而在我们这个行业，找人比买机器更难。”

虽然目前的零件产量很低，但预计产量会更高，这将使车间能够充分利用 Mikron MILL 五轴机床和机器人托盘系统的能力。 “在这种情况下，更高的产量并不意味着数百万件，”Holcomb 说，“我们需要几十件，而不是 5 到 10 件。”

随着商用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，该车间正在向其已经编程的大量零件迁移。这意味着 GF Machining Solutions 自动化单元提供的编程需求减少，而对延长机器时间的需求增加。

Holcomb 继续说，除了自动化之外，加工速度对于成功的航空航天和航天器部件生产至关重要——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，葛瑞还有一台配备七托盘传送带的 Mikron MILL E 500 U 和一台 MILL S 600。一台机器的主轴转速为 36,000 rpm，另一台机器的主轴转速为 20,000 rpm。

葛瑞制造公司前总经理兼总裁、现任顾问 Jerry Soots 表示，为了提高车间的响应能力和效率，葛瑞致力于采用“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 在原始工件上策略性地放置了 0.005" 到 0.010" 厚的凸片，并将工件夹在允许加工所有零件特征的燕尾形夹具中。

夹具在零件底部和机器之间提供了足够的距离。正因为如此，车间可以触及下方的特征并从各个角度进行加工。零件完成后，将在 CMM 上进行测量；当它符合要求时，他们就会关闭标签。

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项目的一部分，否则很少有部件设计更改。

“今天，商业航天公司正在做任何事情，”霍尔科姆说，“这是一种完全不同的心态。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。

“最新的 ISO 认证和 AS 9100D 是最低要求。你必须非常有技术能力。您必须能够以相对较小的体积制造这些要求严格的零件，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流动性。我们来自 GF Machining Solutions 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。”

有关葛瑞制造技术的信息，请访问 gray-mfg.com 或致电 704-489-2206。有关 GF Machining Solutions 的信息，请访问 www.gfms.com 或致电 800-282-1336。