革新船舶动力：Mercury Marine前沿自动化实践

作为威斯康星州的骄傲，Mercury Marine在当地简称为“Merc”。这家美国标杆企业拥有81年历史，积淀深厚，是社区荣耀和船民最爱，其成功令竞争对手羡慕。Mercury Marine是全球领先的船舶推进系统制造商——隶属Brunswick Corp.的26亿美元业务部门，全球多地雇佣逾5,200名员工。

Jason Noworatzky、Bill Cusick和Chris Erke（左至右）属于为Mercury Marine全球工厂生产所有内燃机和舷外驱动齿轮及轴类的团队。

80多年创新船用发动机开发，使位于威斯康星州Fond du Lac的基地成为公认的工程实力和生产卓越重镇。如今沿41号州际公路延伸的广阔园区拥逾250万平方英尺空间，容纳各类工程制造学科及约3,300名员工。

4号工厂生产Mercury Marine全球工厂所有内燃机和舷外驱动所需的全部齿轮和轴类。这项庞大任务涵盖螺旋桨轴、传动轴、转向轴、前进齿轮、倒车齿轮及小齿轮，服务于MerCruiser内燃机和舷内外驱动发动机、MerCruiser Alpha和Bravo舷内外驱动、Mercury柴油发动机和柴油舷内外驱动、Mercury SportJet及所有舷外发动机。制造工程师、工业工程师和程序员团队由Jason Noworatzky（4号工厂工程经理）统领。针对轴类和齿轮制造的一切工序，Noworatzky先生及团队制定制造和质量程序及资本支出计划，以高效生产并满足Mercury严苛规格。随后依据速度、人工成本和零件完美度选型最佳机床和自动化。“质量——我们围绕质量构建流程，”Noworatzky先生说。

用于舷外机的转向轴中空段，原在五机单元两操作员工艺下生产，现由双刀塔双主轴车床配合送料器和卸料器一体化完成。

某零部件原工艺极其依赖人工：舷外机用转向轴中空段。原工艺为多机单元。起步是带尾座和送料器的单主轴单刀塔车床，继而转运至钻床，再转中心磨，最后转滚齿。此生产法延用数十年。“我在这25年，一直如此，”制造工程师Bill Cusick说。原五机单元需两名操作员。

最终这些单元机床需替换。寻求现代方案，Cusick先生调研新型机床。“技术终追上，使我们能在单机集成所有工序，”Cusick指出，“无需再跑旧滚齿机。”

高级程序员Chris Erke谈质量：“跨机床加工难以保持真位度和跳动，单机集成可控制这些指标。”

微妙平衡

“此举很大部分为质量，”Cusick先生说，“即单机完成。”团队在机床产能能力、台数和预测产量间寻求微妙平衡。制作评分表后，一方案胜出。Cusick联系公司信赖的本地机床经销商Morris Midwest，启动旧五机单元替换对话。“我们制定SOW（工作说明书），要求车床完整覆盖我方加工工序，”Cusick说，“对增设工序后所需循环时间有清晰预估。”

Cusick和Erke向Morris Midwest传达：认为双刀塔双主轴车床配送料器和卸料器可行。“新技术下，我们认为单机完成‘进料端入、成品端出’非问题，”Erke说，“我们大致知晓如何单机完成，但由Morris Midwest选型、工程设计并负责所有验收试车。”

“弗兰肯车床”诞生

2017年，首台送料器/车床/卸料器组合单元交付4号工厂。因体量大、能力强，新Okuma LT3000 EX获昵称“弗兰肯车床”。随即第二单元（一号精确复制品）就位，被车间员工戏称“弗兰肯车床新娘”。

三台Okuma LT3000 EX车床配送料器和卸料器投入轴类生产。

两台“弗兰肯车床”两侧均配Edge Technologies设备，使工艺成真正“一次装夹完成”技术优势。此自动化配置是实现所需质量“一次完成”的缺失拼图。Okuma LT3000 EX为开放架构车床，属8英寸卡盘级高柔性双主轴车削中心。这款多功能卧式双主轴机床在所有刀塔上集成车铣钻功能。

前两单元配FMB Turbo 5-65送料器。此为仓储式单元，最长送料12英尺，油浸导轨在旋转棒材周围形成流体动力轴承效应保障平稳运行。标准仓储容量11英寸。考虑零件长度和循环时间，Okuma单班可加工大量线性英尺管材，Edge Technologies增配Edge BarLift延长仓储加载系统，额外提供28英寸库存，减少操作员人工补料。

FMB Turbo 5-65 12英尺仓储式送料器，油浸导轨在旋转棒材周围形成流体动力轴承效应保障平稳运行。

“过去可能有一两台车床带卸料器，但这是我们在主流产品上迈出的最大一步（卸料器），”Noworatzky先生说。“成品掉落会损伤花键，成品有表面光洁度要求。”

一、二号单元2017年安装，配Edge Technologies FleXsys LE（装载/提取）单元卸料。该单元专为大型零件自动化设计——特别是长轴类作业。设计用于送料和回退按零件长度切割的棒材——最大直径2.5英寸、长37英寸——配合单主轴CNC车床生产。12英尺管料经FMB Turbo 5-65送入Okuma主轴。

Edge BarLift延长仓储加载系统额外提供28英寸库存，延长无人运行时间。

弗兰肯车床3号：自动化进阶

第三单元2019年底到货，配Edge Technologies最新开发的Rebel 80伺服卸料器，适配直径8-80 mm零件提取。较一、二号单元旧版本更通用。旧版本控制系统不像FMB送料器那样与车床通讯，需额外编程FleXsys LE。虽调试后运行良好，但Mercury Marine要求Edge提供修复通讯短板的更新卸料配置。Rebel 80伺服卸料器应运而生。Edge一直在研发新卸料器，将Mercury安装的通讯问题列为首要任务。现三号单元中，Okuma LT3000 EX、FMB送料器、Edge卸料器三者通讯协同，实现工业4.0型优化一体化运行。

前两台车床配FleXsys LE卸料器（大型零件自动化），第三台Okuma配Rebel 80伺服卸料器，适配8-80 mm直径零件提取，具备与送料器和机床优化通讯能力。

Rebel 80伺服卸料器提供多种零件移除方式，通过末端执行器连接零件从副主轴拉出。可用末端执行器机制包括：棒材夹头外径夹持、扩张内径夹持、三点外径夹持、送料指、角度夹持、铁磁材料电磁铁、异形材料专用工程方案。

为保护零件表面（如转向轴花键），提取V型托盘将轴轻柔放置在覆盖非金属材料的仓储表面。可调倾斜工作台使卸料器能“大直径零件轻松卸料”。

Rebel 80伺服卸料器具备轴向移动轨道，便于远离车床更换主轴衬套及维护车床后部。配备遥控手柄和对话式控制（触屏菜单编程），存储无限零件程序。

三号单元亦受益送料器技术进步。FMB Turbo 5-65升级为A型，搭载新型自适应导轨系统。聚氨酯导轨自动调整至合适直径，单一导轨覆盖5-65 mm棒材直径。此特性使Mercury Marine可快速切换不同轴径，无需更换导轨组，助力即时生产快速换型。

除提升零件质量，这些单元还降低人工成本、优化空间利用。理想情况下Noworatzky先生希望白纸重新配置产线。他表示驱动团队的两大因素是工序集成和人力共享。

展望未来，Noworatzky认为增设此类送料器和卸料器自动化将成常态。“此后新单元不见有无自动化者。无论FANUC机器人、龙门系统、送料器或卸料器，”他预测将采用最小化作业人力的方案。“人力是稀缺资源，”Noworatzky总结。

因运营此类单元需更高技术技能，Mercury Marine提供课程提升员工技能。“确实需要更高水平操作员，”Noworatzky说。为此Mercury派操作员至当地社区大学修读一、二级机加工课程，结业可考取NIMS认证。

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Edge Technologies | 314-692-8388 | edgetechnologies.com

作者简介

Kevin Shults

Kevin Shults是广告设计专业人士，在机床行业耕耘24年，最近20年担任精密机加工行业某OEM营销总监。联系邮箱：shultscomm@yahoo.com。