Mete-blogi – Koneenrakennuksen ytimessä – Metecno Oy

Mete-blogi

Huippudynaaminen CNC-kone.

Huippudynaamisen CNC-koneen anatomia – ”Nopeat liikkeet ovat näyttäviä”

Blogi 02.12.2021

CNC-kone on monille tuttu, mutta mikä huippudynaaminen CNC-kone oikein on? Kiteytetysti, se on liikkeiltään tavallista CNC-jyrsinkonetta huomattavasti nopeampi ja erityisesti suurempiin kiihtyvyyksiin kykenevä CNC-kone.

Nopeus taas mahdollistaa selvästi korkeamman tehokkuuden koneistuksessa ja esimerkiksi lasertyöstössä.

Koska huippudynaaminen CNC-kone hallitsee tavallista työstökonetta korkeammat nopeudet ja kiihtyvyydet, tämä asettaa sen mekaaniselle toteutukselle korkeita vaatimuksia. Etenkin, kun koneen tulisi suoriutua työprosessista tarkasti ja värähtelemättä.

Mitä siis pitää ottaa huomioon koneen suunnittelussa alusta alkaen?

Huomioi nämä huippudynaamisen CNC-koneen suunnittelussa

Huippudynaaminen CNC-erikoiskone on vaativa koneautomaatioratkaisu, joka vaatii niin valmistajalta kuin myös tilaajalta sitoutumista usean kuukauden yhteistoimintaan.

Valmistajan näkökulmasta tärkeintä on tietenkin kuunnella tarkasti asiakkaan toiveet ja suunnitella optimaalinen ratkaisu niiden toteuttamiseksi.

Muutama tekninen vaatimus tulee huomioida erityisesti CNC-koneen korkean dynaamisuuden saavuttamiseksi:

Nopeus ja kiihtyvyysHuippudynaaminen CNC-kone vaatii osaamista.

Huippudynaaminen CNC-kone on mahdotonta toteuttaa vain kasvattamalla tavallisen CNC-koneen nopeuksia ja kiihtyvyyksiä, esimerkiksi tehokkaammilla moottoreilla.

Keskeistä on huomioida suurten momenttien ja massahitausvoimien aikaansaamat muodonmuutokset ja taipumat, jotka siten heikentävät koneen tarkkuutta.

Kiihdytysten tuottama rasitus voi johtaa myös välyksien kasvamiseen tai jopa voimansiirron rikkoutumiseen. Tästä syystä huippudynaamisissa koneissa kannattaakin suosia lineaarimoottoreita, joissa liike toteutetaan ilman minkäänlaista mekaanista voimansiirtoa.

Massa

Suuri massa aiheuttaa ongelmia nopeissa liikkeissä muun muassa korkean voimantarpeen sekä rungon ja komponenttien ylimääräisen rasittumisen muodossa.

Liikkuva massa kannattaa siis keventää minimiin esimerkiksi käyttämällä runko-osissa kevyempiä materiaaleja teräksen sijasta.

Jäykkyys

Mitä tahansa materiaalia ei kuitenkaan voi käyttää painon pudottamiseksi.

Koneen pitää säilyttää jäykkä rakenteensa koneistuksen loppulaadun varmistamiseksi. Keskenään risteävien vaatimusten täyttäminen vaatiikin mekaniikkasuunnittelulta erityistä osaamista ja huolellisuutta.

Case: Metecno Oy:n toteuttama huippudynaaminen CNC-kone

Valmistimme asiakasyrityksen tarpeisiin äskettäin huippudynaamisen 3-akselisen CNC-koneen, joka kykenee tuottamaan akseleille jopa 1,5 G:n kiihtyvyyden, kuitenkaan heikentämättä tarkkuutta merkittävästi.

Seuraavassa koneen keskeiset, kiinnostavimmat yksityiskohdat:

  • Huippunopea. Kone kykenee pikaliikkeillä 100 m/min. huippunopeuksiin ja jopa 2 G:n kiihtyvyyksiin.
  • Liikkuvat runkokappaleet toteutettiin innovatiivisesti hiilikuidusta, jonka ansiosta liikkuva massa saatiin kevyeksi.
  • Liikkeet toteutettiin lineaarimoottoreilla, koska niiden avulla saatiin minimoitua mekaaniset välykset voimansiirrossa, jota dynaamisissa koneissa tulisi olla mahdollisimman vähän.
"Huippudynaamisen CNC-koneen tuottamat nopeat liikkeet ovat näyttäviä silloin, kun kone ei värähtele ja työprosessi on kerta toisensa jälkeen muuttumaton lopputulosta myöten."

Tällaisella koneella on valtavasti sovellusmahdollisuuksia niin mekaanisessa kuin lasertyöstössäkin.

Olemme teollista tuotantoa tehostavien räätälöityjen CNC-koneiden asiantuntija. Ole yhteydessä meihin, kun yrityksesi työprosessi materiaaliin katsomatta vaatii toteutuakseen huippudynaamista CNC-konetta!


Lue myös nämä


Digitaalinen kaksonen Metecnon menetelmäksi – älykäs mallinnus asiakkaan eduksi

Blogi 01.07.2021
Lue lisää


Digitaalinen kaksonen KUKA Sim Pro.
Digitaalinen kaksonen on ohjelmiston tuottama virtuaalinen simulointimalli, kopio aiotusta koneratkaisusta. Älykäs digitaalinen vastine fyysiselle lopputulokselle. Innovaatio, joka on valmis muuttamaan niin koneenrakennuksen perinteisiä toimintatapoja kuin teollisuuden tapoja kasvaa digitaalisen murroksen keskellä. Vanha menetelmä, jota on alettu hyödyntää laajemmin vasta aivan viime vuosina.

Muutosta voisi verrata aikaan, jolloin insinöörit siirtyivät työskentelemään kynän ja paperin ääreltä tietokoneille. Jatkossa suunnitellun koneratkaisun voi nähdä realistisessa toiminnassa tietokoneen ruudulta ja simulointimallista saadulla datalla konetta voidaan kehittää ennen sen valmistuksen aloittamista.

Digitaalinen kaksonen - MeteMAN-erikoiskone ja KUKA-robotti.
Digitaalisen kaksosen hyödyt

Digitaalisen kaksosen keskeisin tavoite ja samalla todellinen hyöty on säästää aikaa, vaivaa ja rahaa.

Sen avulla voidaan koneenrakennuksessa välttyä virheratkaisuilta, kun rakennettavaksi aiottu robottisolu tai tuotantokokonaisuus nähdään virtuaalisesti toiminnassa jo ennen komponenttien tilaamistakaan.

Järjestelmäsuunnittelija ja koneen tilaaja voivat yhdessä arvioida simuloinnin pohjalta, onko laitteen valmistaminen aiotuilla spekseillä mielekästä.

Mikäli ei, digitaalisen kaksosen tarjoamilla tiedoilla voidaan puuttua ongelmakohtiin alkaen jo vaikkapa ratkaisun ulkomitoista. Digitaalinen kaksonen tarjoaa edistyneen väylän aikaisten, kustannustehokkaiden korjausliikkeiden tekemiseen ilman fyysisiä testejä.

Sen erityinen hyöty on kyky määrittää koneen elinkaarta. Digitaalinen kaksonen mahdollistaa koneeseen tehtävien huoltojen ajoittamisen ja jopa komponenttien kulumisen ennustamisen.

Paljon potentiaalia suunnittelun optimointiin

Enää ei ole pakko rakentaa valmiiksi asti, jotta nähdään, mitä lastentauteja ryhdytään korjaamaan heti koneen, solun tai tuotantolinjan käyttöönoton jälkeen.

Digitaalinen kaksonen poistaa tavalliset huolet ratkaisun toimivuudesta, läpimenoajoista ja jopa investoinnin takaisinmaksuajasta. Myös aina tärkeät turvallisuusnäkökohdat voidaan varmistaa digitaalisen kaksosen avulla entistä paremmin.

Olennaista digitaalisen kaksosen käytössä on tiedonsiirto; siinä ei tarvitse tyytyä mallinnuksen aistinvaraiseen havainnointiin näytöltä, vaan kaksonen tarjoaa reaaliaikaista, validia dataa koneen tai robotin toiminnasta rasituksen aikana. Tämä taas mahdollistaa pientenkin yksityiskohtien optimoinnin sillä tiedolla, että optimointiin käytetty suunnitteluaika ei mene hukkaan.

Tiedonsiirto ylempään ohjausjärjestelmään tapahtuu OPC UA-rajapinnan läpi, jolloin PLC-logiikan, HMI:n, toimilaitteiden ja robottien yhteistoiminta voidaan realistisesti konfiguroida, kehittää ja testata. FAT-testeihin sisällytetään myös virtuaalinen käyttöönotto. Virtuaalisella käyttöönotolla lyhennetään tuntuvasti varsinaiseen fyysiseen käyttöönottoon kuluvaa aikaa asiakkaan tiloissa, kun ratkaisun toiminta on jo verifioitu digitaalisesti. Simulointi tuottaa myös dataa prosessista, jota pystytään näppärästi visualisoimaan sisäänrakennetuilla työkaluilla.

Digitaalinen kaksonen tarjoaa reaaliaikaista tietoa.Digitaalinen kaksonen Metecno Oy:ssä

Olemme päättäneet Metecno Oy:ssä ryhtyä hyödyntämään digitaalisen kaksosen potentiaalia. Ensimmäinen käyttöönottamamme digitaalinen kaksonen tulee olemaan KUKA Sim Pro.

Visual Componentsin tuottaman simulointiohjelman avulla voidaan tarkasti mallintaa ja kerätä tietoa KUKA-robottien toiminnasta tuotantoympäristössä. Digitaalinen kaksonen voidaan toki tuottaa lukuisilla muillakin ohjelmistoilla ja saatamme jo lähitulevaisuudessa ottaa niitä käyttöömme.

Kohti parempaa tarjousta

KUKA Sim Pro liittyy kiinteästi Metecno Oy:n palvelutarjonnassa niin robotiikan sovelluksiin kuin MetePRE-esisuunnitteluun.

MetePRE-esisuunnittelun tuloksena voimme vastaisuudessa tapauskohtaisesti tarjota valmiin virtuaaliesityksen KUKAn robotista osana tuotantosolua. Käyttökokemusten myötä voimme laajentaa palvelutarjontaa digitaalisen kaksosen sovelluksissa, sillä niitä on tarjolla paljon niin laitteiden, prosessien kuin järjestelmien osalta.

Lisätiedot:

Matti Metsähonkala, toimitusjohtaja
puh 020 741 6210
matti.metsahonkala@metecno.fi


Esisuunnittelu – teollisuuden kone- ja automaatioratkaisun kivijalka

Blogi 30.10.2019

Lue lisää

Esisuunnittelu on keskeinen osa koneenrakennuksen ja automaatioratkaisun suunnitteluprosessia. Esisuunnittelun päätavoite on tuottaa luotettava, laadukas ehdotus asiakkaan ongelman ratkaisemiseksi ja yrityksen tuottavuuden parantamiseksi.

Ennen kuin itse konetta, kokoonpanoa tai tuotantosolua lähdetään suunnittelemaan, on tärkeää kartoittaa investoinnin kannattavuus ja sen toteuttamisvaihtoehdot. Etukäteen huolella mietitty kokonaisratkaisu ehkäisee tavanomaisen projektin aikana syntyvät muutostarpeet, jotka toteutuessaan merkitsevät myös huomattavia lisäkustannuksia.

Esisuunnittelu tuottaa lisäarvoa

Erillinen esisuunnittelu on yhä kysytympi palvelu, koska se koituu asiakkaan hyödyksi.

Mikäli yrityksen tarjouspyyntöön vastataan vain karkeilla teknisillä tiedoilla ja haarukoidulla budjetilla, päähuomio kiinnittyy usein investoinnin toteutuksen kokonaiskustannukseen.

Kokonaiskustannus ei kuitenkaan kerro, mitä asiakas saa konkreettisesti ja miten hän hyötyy investoinnista. Nopealla aikataululla tehty ylimalkainen tarjous saattaa ohjata sekä asiakkaan että palveluntarjoajan ajatuksia suunnitelman toteutuksesta väärille urille.

Laadukas esisuunnittelu herättää luottamusta…

MetePRE - laadukas esisuunnittelu.Tästä syystä kannattaa harkita erillistä esisuunnittelua, jossa investoinnin epävarmuustekijät minimoidaan, ja päähuomio on ratkaisun teknisessä toteutuksessa ja siitä saatavissa hyödyissä.

Esimerkiksi Metecnon oma MetePRE®-esisuunnittelu on työkalu, jonka hankkiessaan yritys pystyy muodostamaan vahvan, perustellun käsityksen siitä, onko projektin toteuttaminen tai mahdollisesti siitä luopuminen yrityksen etujen mukaista.

…ja antaa paljon tietoa

Joskus jo esisuunnitteluvaiheessa huomataan, että ratkaisulta toivottuja ominaisuuksia ei voida käytännössä toteuttaa halutun budjetin puitteissa.

Tällöin investoinnin lykkääminen tai sen suunnittelu uudelta pohjalta on aiheellista. Toisaalta esisuunnittelu useimmiten vahvistaa ennakkokäsityksiä ja tuo varmuutta investointiprojektin käynnistämiseen. Laadukas esisuunnittelu, joka tarjoaa tarkat tekniset tiedot ja kiinteän budjetin investoinnille, vaatii aikaa, mutta antaa vastineeksi yritykselle sitä eniten hyödyttävät tiedot.

Esisuunnittelulla pystytään vastaamaan käyttäjävaatimuksiin ja asiakkaan muihin yksityiskohtaisiin kysymyksiin. Muun muassa koneen pääominaisuudet ja tarvittaessa erittely jonkin ominaisuuden toteuttamiskustannuksista, rajapintatiedot, viimeistelty layout-kuva ratkaisusta ja esimerkiksi kappaleen tahtiaika tuotannon tehokkuuden laskemiseksi ovat tyypillisiä, täsmällisiä esisuunnittelun tuottamia tietoja.

Esisuunnittelu merkitsee konkretiaa

Käytännössä 3D-mallinnus on tärkeä apuväline laadukkaan esisuunnittelun tekemisessä.

Se konkretisoi suunnittelijan ajattelua ja asiakas näkee kaipaamansa ratkaisun omin silmin. Alustavat, seikkaperäiset keskustelut asiakkaan kanssa ovat myös tärkeässä roolissa ohjaten suunnittelua oikeaan suuntaan: mitä yritys tarvitsee, millaisessa tuotantoympäristössä kone toimii, minkälaisia optioita automaatiolta odotetaan tulevaisuudessa tai minkälaista takaisinmaksuaikaa investoinnilta kaivataan. Tarpeen vaatiessa esisuunnittelun aikana rakennetaan laite, jolla voidaan testata suunniteltua ratkaisua.

Eritellyt laskelmat komponenttien ja työn kustannuksista täydentävät esisuunnittelua ja mahdollistavat eri vaihtoehtojen vertailun. Esisuunnittelun tuloksena syntyvä tarjous asiakkaalle, tarkalla toimitusajalla ja kiinteällä hinnalla, antaa myös perspektiiviä tarkastella kilpailevia tarjouksia B ja C kriittisemmin. Onko niissä huomioitu palveluntarjoaja A:n esisuunnittelussa tekemät havainnot, millaisella kustannustasolla ja minkälaisin varauksin?

Esisuunnittelu haastaa palveluntarjoajan

Yritys voi käyttää esisuunnittelua myös palvelun mittarina.

Se on muiden kriteerien joukossa myös yksi tapa arvioida palveluntarjoajaa – miten suunnitteluprosessia on viety eteenpäin ja täyttääkö lopputulos asetetut laatukriteerit? Hyvin tehty esisuunnittelu antaa vahvan viitteen siitä, että palveluntarjoaja kykenee tarjoamaan ratkaisulle myös laadukkaan toteutuksen.