GKN Aerospace motortillverkning utan turbulens
Applikationsrapport
Maskinverktyg för metallbearbetning med hög precision
GKN Aerospace är den världsledande tvärteknologiska leverantören av flyg- och rymdteknik. Med 50 produktionsanläggningar i 15 länder levererar företaget till över 90 procent av världens flygplans- och motortillverkare. De utvecklar och tillverkar innovativa intelligenta system och tekniker för flygindustrin, som används till exempel i fraktflygplan och i världens största passagerarflygplan. Företaget arbetar också med rymdteknik. De har till exempel tillverkat raketmunstycket till den välkända Ariane 5.
GKN Aerospace tillverkar motorkomponenter för flygindustrin
Mikael Alm, industriell IoT-ingenjör på GKN: "Vi tillverkar komponenter för flygplansmotorer. På min avdelning ND Digital arbetar vi med maskinverktyg med hög precision. Vi övervakar våra maskiner med hjälp av sensorer så att allt fungerar perfekt och inget oväntat händer. Vi använder olika givare för att säkerställa en felfri produktionsprocess. I ungefär tre år har vi använt vibrationsgivare från ifm. De övervakar spindlarna i våra maskinverktyg."
Det finns olika arbetsmoment inom metallbearbetning som är helt automatiserade och utförs av datorer. Fräshuvuden arbetar sig genom metallen med höga rotationshastigheter. Skärverktyg skapar axlar på mikromillimetern och borrar placerar exakta borrhål. Det är på detta sätt som högprecisionskomponenter för bland annat flygplansturbiner tillverkas på kortast möjliga tid.
Att säkerställa en felfri och problemfri bearbetning av arbetsstycket är av högsta prioritet. Detta är det enda sättet att ständigt garantera en hög produktkvalitet. På grund av den höga bearbetningshastigheten och processkrafterna krävs snabbt reagerande diagnossystem som omedelbart upptäcker skador på verktyget eller kollisioner under bearbetningen och som omedelbart stoppar processen för att förhindra skador på maskinen och arbetsstycket. Permanent vibrationsdiagnostik har visat sig vara det optimala förfarandet.
Tillräckliga kylmedel för att skydda verktyg och arbetsstycke
Minsta obalans avslöjar misstag
Centralt i det här systemet är en mycket känslig och extremt tillförlitlig vibrationsgivare från givarpecialisten ifm electronic, som monteras direkt på spindelhuset. Vibrationsgivaren av VSA-typ är en liten mikromekanisk accelerationsgivare som kontinuerligt känner av vibrationer på icke-roterande maskinytor.
Bild 1: Lyssnar ständigt: Vibrationsgivaren VSA004 från ifm placerad direkt på spindeln. Bild 2: Utvärderingsenheten VSE100 upptäcker de minsta avvikelserna och ger en signal om gränsvärdena överskrids.
VSA:n är så känslig att den upptäcker minsta skada på ett fräshuvud som i sig självt bara är en millimeter stort på grund av den obalans som uppstår. Förändringar i skärkrafterna, som till exempel kan orsakas av en trubbig borr eller för mycket spån, upptäcks och rapporteras till en diagnostisk enhet på grund av de förändrade vibrationsegenskaperna. På GKN kommer utvärderingsenheten VSE100 från ifm. Den bearbetar signaler från upp till fyra vibrationsgivare och kan utlösa en varning eller stoppa maskinen vid fel. Informationen överförs till den överordnade styrenheten via Ethernet.
Gränsvärden för vibrations- och kollisionsdetektering kan lagras i maskinens styrenhet för varje verktyg och för varje steg i processen. För att kunna bestämma dessa på förhand utförs en programcykel i inläsningsläge. Individuella vibrationsdata och justerbara toleransvärden lagras i styrenheten för varje verktyg. Om dessa värden överskrids under bearbetningen tolkas detta som ett fel och ger ett varningsmeddelande eller stoppar bearbetningen beroende på vibrationens amplitud.
En annan skyddsfunktion är övervakning av spindelns tillstånd. Slitage på lagren i den komplexa spindelmekaniken upptäcks och signaleras på grundval av ovanliga vibrationsegenskaper. Detta ger användaren ytterligare säkerhet.
Ytterligare givare:
Utvärderingssystemet har två analoga ingångar där ytterligare givare för övervakning av mätparametrar kan integreras. GKN använder otaliga PN7-tryckgivare för att ständigt kontrollera trycket i kylröret. Ett tryckfall kan stoppa kylprocessen och skada verktyget och arbetsstycket. Det är därför givare signalerar om drifttrycket är för lågt vid ett fel.
GKN kopplade alla givare till den centrala styrenheten via AS-i-bussystemet. En tvåtrådig platt kabel överför signaler från upp till 127 givare med hjälp av AS-i-IO-moduler till AS-i-masterenheten. Busskablage minskar kabeldragningskostnaderna avsevärt och ger större flexibilitet vid installation.
Bild 1: Tryckgivare övervakar trycket i kylkretsen.Bild 2: Minskar kabeldragningen: AS-i-moduler samlar in givardata och överför dem till styrenheten via den tvåtrådiga busskabeln.
Utvärdering
GKN använder SMARTOBSERVER för att övervaka och analysera maskinens tillstånd. Denna programvara har utvecklats särskilt av ifm för övervakning av anläggningars tillstånd. Alla uppmätta värden från givarna möts här. Förutom att illustrera alla processvärden och deras gränser skapar programvaran till exempel trendanalyser som hjälper till att optimera produktionsprocessen.
Mikael Alm förklarar: "Det är mycket viktigt för oss att förstå vad som händer under produktionsprocessen. Våra produkter är mycket dyra och vi måste kunna göra förbättringar när processerna inte är helt korrekta. Vi kan använda de insamlade uppgifterna från SMARTOBSERVER i vårt eget analysverktyg och på så sätt göra exakta bedömningar och agera därefter." Den omfattande larmhanteringen i ifm-programvaran möjliggör ett tillståndsbaserat underhåll av maskinerna.
För öppenhet och optimering: Programvaran SMARTOBSERVER samlar in, visualiserar och analyserar alla sensordata
Slutsats
Med hjälp av sensorer och SMARTOBSERVER kan maskinverktyg övervakas automatiskt och tillförlitligt. Fel upptäcks i tid och underhållsåtgärderna är kalkylerbara och tillståndsbaserade. Detta sänker inte bara kostnaderna utan garanterar också maximal tillgänglighet och högsta produktkvalitet.
Mikael Alms slutsats: "I många år har jag arbetat med denna typ av underhåll och det fungerar som det ska. Den kombinerade lösningen med ifm:s givare och programvara kommer att hjälpa oss att förstå och förbättra vår utrustning i framtiden, precis som den gör nu. ifm erbjuder utmärkt kundsupport som alltid har hjälpt oss att hitta en lösning på våra problem." Det nära samarbetet med kunden återspeglas också i ifm:s slogan: "ifm close to you"