自动化推动火箭零件生产迈向新高度

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，NASA 和美国国防部等政府机构资助大部分航天相关制造。现在，Blue Origin、SpaceX 和 Virgin Galactic 背后的富有企业家正在推动下一代航天技术进步。

不断壮大的私营航天业务构成了一个具有新关系、新要求和新机遇的新行业。

Gray Manufacturing Technologies 就是受益供应商之一。这家北卡罗来纳州丹佛的车间凭借先进加工应用，更重要的是自动化技术，满足航天工业日益增长的需求。

Gray 的产品组合高混合、单个零件产量低。“我们绝大多数业务是航空航天[飞机]或航天卫星部件，”Compass Precision 总裁兼 CEO、Gray 母公司负责人 Gary Holcomb 说。“大多数订单 5-10 件，且大多不同于前序订单。它们不完全是原型件，而是极小批量的复杂零件，我们每月发货超 100 个订单。”

因航天器公司持续修改改进技术，工程变更频繁。“我们可能为客户做 5 个零件，然后他们再订 5 个但尺寸不同，”Holcomb 解释。“频繁收到变更通知，生产计划频繁进出。可能收到三个月后交付的 6 个订单，一周后其中两个要提前，另外两个推出计划。”

自动化已证明是 Gray 实现航天卫星产品加工服务的关键组件。“最初谈自动化，我们是从产能角度考虑，”Gray Manufacturing 运营经理 Evan Grose 说。“我们没有空间反复在同一托盘上装载同一零件。”

为提高主轴正常运行时间和生产灵活性，车间从 GF Machining Solutions LLC（伊利诺伊州林肯郡）采购了两台五轴 MILL E 700 U 加工中心，组成包含 System 3R Transformer 模块化机器人和 12 工位托盘装载站的单元。机器人沿轨道在机床间切换托盘，并在装载站离线装卸托盘。这些综合能力为 Gray 提供延长无灯生产能力。

GF Machining Solutions 自动化让 Gray 高效应对小批量/高混合负载。“设备灵活性至关重要，”Holcomb 说。“白天我们集中资源为航天客户做 1-2-5 件工作。下班前，我们拿非航天工作——基本上已编程的大批量航空航天工作——夜间无灯运行。我们白天利用 MILL E 700 的可编程性应对复杂极小批量，夜间用自动化能力跑相对大批量的非航天工作。”

与典型多托盘系统不同，后者可能将无人值守生产限制在关灯前托盘上已装载的内容，Transformer 机器人系统将完成工件的托盘从机床取出并替换为已装载托盘。然后在加工不间断进行时，在空闲托盘上卸载和重新装载零件。“我们称之为给自动化的自动化，”Holcomb 说。

为无人值守运行，刀具断裂检测设在加工程序中。刀具断裂时机床停止并换刀。MILL E 700 U 机床刀库容量足以支持 Gray 的长时间无人值守运行，刀具磨损补偿和冗余刀具替换按程序调用。

“我们走上自动化道路，是因工作复杂性增加，且难觅具备正确技能组合的员工，”Holcomb 解释。“我们选择强健的 Transformer 机器人而非关节机器人，因为加工中心做复杂运动的能力使全关节机器人变得没必要，”他补充。

机器人自动化系统的替代方案是更多机床，Holcomb 说，“视机床数量而定，还要更多人，因为不能指望一个操作员跑七八台机床。按当前订单量，没有机器人我们至少再要三台机床共五台，再加两个人。而在我们业务现阶段，找人比买机床更难。”

虽然当前零件量低，但预期会有更高产量，让车间充分发挥 Mikron MILL 五轴机床和机器人托盘系统能力。“这里的高产量不意味着百万件，”Holcomb 说，“我们需要几十件而非 5-10 件。”

随着商业航天器业务增长成熟，自动化将变得更重要。据 Holcomb 称，车间正经历向已编程零件的高产量迁移。这意味着编程需求减少，而 GF Machining Solutions 自动化单元提供的延长机床时间需求增加。

Holcomb 继续表示，除了自动化，加工速度对成功生产航空航天和航天器部件也至关重要——大多要求高转速加工复杂铝件。

除自动化单元两台机床外，Gray 还有一台 Mikron MILL E 500 U 和一台 MILL S 600，配七工位托盘转盘。一台主轴 36,000 rpm，另一台 20,000 rpm。

据前 Gray Manufacturing 总经理兼总裁、现顾问 Jerry Soots 称，为提升响应力和效率，Gray 坚持“单次装夹”加工方法。在五轴铣床上实现这一生产目标，Soots 解释，Gray 在毛坯上策略性保留 0.005"-0.010" 厚的工艺凸耳，用燕尾夹具夹持工件，允许加工所有零件特征。

夹具提供工件底部与机床充足距离。因此车间能到达底部特征并从各角度加工。零件加工完在 CMM 测量；合格后再铣除工艺凸耳。

蓬勃发展的私营航天制造业正在航天器公司与供应商间创造新关系。三十年前，供应商必须向航空航天公司推销能力，后者通常不主动找供应商。除非零件属于新飞机项目，零件设计变更罕见。

“今天，商业航天公司全凭即时反应，”Holcomb 说，“心态完全不同。他们积极寻找合格供应商，能响应其持续不断的新产品和持续设计变更。

“最新 ISO 认证和 AS 9100D 是最低门槛。你得技术过硬。能在相对低产量下造这些苛刻零件，有时用铝，有时用更难材料。得足够敏捷适应他们生产排程要求的流动性。我们的五轴铣床和 GF Machining Solutions 自动化在满足所有这些需求中扮演关键角色。”

Gray Manufacturing Technologies 信息请访问 gray-mfg.com 或致电 704-489-2206。GF Machining Solutions 信息请访问 www.gfms.com 或致电 800-282-1336。