Výrobce ložisek splňuje přísné požadavky na přesnost a zároveň zvyšuje produktivitu

Podpora mobility

Lidstvo se po staletí pokouší zlepšovat mobilitu lidí a materiálů tak, že snižuje tření mezi pohyblivými součástmi. Tvůrci pyramid a Stonehenge byli schopni pohybovat mohutnými strukturami tak, že pod ně umísťovali dřevěné válce, aby se snížil koeficient tření a tím i síla potřebná k jejich pohybu. Tyto světové unikáty vděčí za svůj vznik jednomu z nejranějších využití ložisek v praxi.

Moderní ložiska s oběžnými dráhami a kuličkami poprvé představil Leonardo da Vinci v patnáctém století pro svůj model vrtulníku. Od té doby se návrh, mobilita a přesnost ložisek výrazně zlepšily. V odvětví polovodičů a zdravotnických zařízení způsobila miniaturizace a zvyšující se složitost výrobků revoluci v pohybových systémech a jejich komponentách. Přesnost pohybových systémů je vysoce závislá na fungování ložisek a na tom, jak jsou v systémech použita. Společnost Precisie Metaal Bearings (PM-Bearings) jako jedna z mála výrobců na světě nabízí vysoce přesná lineární ložiska.

Přední výrobce přesných ložisek

Společnost PM-Bearings se specializuje na návrh a výrobu vysoce přesných lineárních ložisek, pohybových a polohovacích systémů a je dodavatelem firem podnikajících v odvětví polovodičů, zdravotnických zařízení a obráběcích strojů. Společnost byla založena v roce 1966 jako výrobce lineárních ložisek a své portfolio expandovala o návrh, výrobu a montáž zakázkových víceosých polohovacích systémů s kompletní integrací mechatroniky. Společnost se sídlem v Nizozemsku v Dedemsvaart zaměstnává 140 lidí a má zákazníky po celém světě. Výrobky společnosti jsou velmi rozmanité – od velmi malých ložisek (10 milimetrů na délku) až po systémy velké 1,2 až 1,5 metrů čtverečních s délkou zdvihu jeden metr. Portfolio zahrnuje lineární pohybové komponenty, například přesné pojezdy, polohovací stoly a ložiska. Společnost PM-Bearings je spolu s dalšími firmami součástí skupiny PM, která se specializuje na moderní obrábění. Její celosvětová zákaznická základna sahá od Silicon Valley až po Shenzhen.

Zaměření na potřeby zákazníků

Rozmanitost potřeb zákazníků představuje pro výrobce přesných ložisek mnoho problémů. Mezi ně patří požadavky po přizpůsobení (ve většině případů se jedná až o 80 procent návrhu), krátký čas pro uvedení na trh a extrémní přesnost (například plynulý pohyb o dva mikrony na metr). Kromě toho existují požadavky na ložiska s menší velikostí a požadavky na exotické materiály, například keramiku, které se používají v nemagnetickém prostředí nebo ultra vakuu.

„Když nám zákazník pošle specifikaci, podle jeho termínu se zdá, že včera bylo pozdě“ říká Jan Willem Ridderinkhof, manažer výzkumu a vývoje a inženýrství ve společnosti PM-Bearings. „Jednoduché úpravy, například přesun díry, lze implementovat několika operacemi. Stále více a více klientů však přichází se specifikacemi zcela nových systémů. Naši práci dále komplikuje fakt, že se polovodičové komponenty neustále zmenšují.“

„Pro jeden ze strojů pro kontrolu substrátových disků využívající 5osý systém jsme obdrželi specifikaci, ve které byla při lineárním posuvu doba ustálení 500 milisekund a vibrace v rozsahu 50 nanometrů“ pokračuje Ridderinkhof. „Takové extrémní požadavky na přesnost již vyžadují nové způsoby práce. Místo dodavatele přesných ložisek se z nás stává kompletní integrátor pohybových systémů.“

PM-Bearings chápe, že aby si udržela výhodu nad konkurencí, musí mít úplnou kontrolu nad realizací svých výrobků – od návrhu až po dodání. Z tohoto důvodu se firma rozhodla pro komplexní sadu řešení od specialistů na správu životního cyklu výrobků, společnosti Siemens Digital Industries Software. Díky softwaru NX™ pro CAD návrhy, Simcenter™ pro predikce chování, NX CAM pro CAD obrábění a Teamcenter® pro PLM mohou všechny zúčastněné strany používaly stejná data a provádět správná rozhodnutí. PM-Bearings používá tato řešení již více než deset let, podporu jim poskytuje cards PLM Solutions – prodejce společnosti Siemens Digital Industries Software. „Mít k dispozici místní kontakt je pro nás velmi užitečné“ vysvětluje Ridderinkhof. „Při nasazování a přizpůsobování Teamcenteru odvedli skvělou práci. U Simcenteru zase udržují stálý kontakt s experty společnosti Siemens Digital Industries software.“

„Naším cílem ve společnosti cards PLM Solutions je umožnit zákazníkům vyrábět ty nejlepší možné výrobky“ říká Erik Burghoorn, generální ředitel cards PLM Solutions. „Využíváme naší odbornosti k tomu, abychom firmám pomohli implementovat softwarová řešení využívající osvědčených postupů. cards PLM Solutions pomáhá svým zákazníkům zvyšovat jejich efektivitu digitalizací výrobních procesů.“

Realizace nápadů s NX

Provádí lineární ložisko spíše valivý nebo klouzavý pohyb? Bude tento pohyb lineární nebo kruhový? Je hnací síla motorizovaná nebo nemotorizovaná? Který materiál je nejvhodnější z hlediska provozních podmínek ložiska – kovový nebo keramický? Walter Meijerink, inženýr mechatroniky ve společnosti PM-Bearings, rozhoduje o těchto věcech každý den. Při své práci používá NX k navrhování lineárních pojezdů a polohovacích systémů, přičemž musí brát v potaz požadovanou přesnost, opakovatelnost a provozní prostředí. „Jsem zodpovědný za transformaci požadavků zákazníků na konečné výkresy“ říká Meijerink. „NX CAD mi pomáhá rychle a efektivně rozvíjet mé nápady při tvorbě návrhů.“

Místo klasifikace pomocí alfanumerických kódů umožňují funkce rozměrových řad součástí v Teamcenteru klasifikovat součástí podle předdefinovaných kritérií. Díky tomu je možné určovat povolené variace součástí a předávat definované metriky a konstrukční normy. Například podobné součásti různých délek mohou být seskupeny do jedné rozměrové řady. „Rozměrová řada součástí je užitečná funkce“ říká Meijerink. „Dokážu rychle vytvořit sestavu z různých součásti, což mi šetří spoustu času.“ Celý model lze snadno sdílet s návrhovými analytiky a CAM inženýry, takže vývoj výrobku je velmi rychlý. „Další klíčovou vlastností NX CAD, která je pro mou práci důležitá, je možnost číst data od zákazníků, kteří používají jiné CAD aplikace“ dodává Meijerink.

Rychlejší iterace analýzy

„Integrované aplikace NX CAD a Simcenter 3D CAE nám pomáhají urychlovat naše každodenní úkoly“ říká Mathys te Wierik, inženýr výzkumu a vývoje ve společnosti PM-Bearings. „Po dokončení návrhů je nutné provést analýzu z hlediska tuhosti a výkonnosti. Simcenter v tomto vyniká. Mohu snadno připravit geometrii pro simulace a podle potřeby ji i zjednodušit, například pomocí středních ploch, následně ji osíťovat, odeslat úlohu do řešiče NX Nastran a poté analyzovat výsledky.“

„Podle potřeby mohu geometrii upravit, například posunout výztužná žebra za běhu, přímo v aplikaci Simcenter“ dodává te Wierik. „Protože jsou všechny asociované součásti aktualizovány automaticky, mohu provést řešení a analýzy poté porovnat, což šetří spoustu času. Po několika iteracích návrhu a analýzy je validovaný návrh odeslán přímo CAM inženýrovi bez nutnosti exportovat data do jiného formátu. “

„V minulosti jsme řešili výpočet metodou konečných prvků externě“ říká te Wierik. „Získání výsledků trvalo dva týdny. S aplikací Simcenter můžeme nyní získat výsledky během několika minut nebo hodin, podle složitosti analýzy. Tím se spousta věcí urychluje. Díky tomu, že simulace provádíme sami, získáváme navíc mnoho informací o našich výrobcích.“

Přesnost v řádu nanometrů

Extrémní požadavky na přesnost rozměrů a minimalizaci vibrací až do nanometrů znamenají pro PM-Bearings množství komplikací. Přesnost, která je velmi závislá na procesu obrábění, ovlivňuje výkonnost a estetiku výrobků. Efektivní obrábění přesných pohyblivých součástí z 3D návrhů vyžaduje přesné výrobní pokyny pro obsluhu a stroje v dílně. NX CAM s integrovanými funkcemi pro CAD, NC programování a simulace obrábění umožňuje společnosti PM-Bearings definovat úplný výrobní plán dlouho před spuštěním prvního výrobního cyklu.

Kenny Prins, CAM inženýr zodpovědný za plánování a řízení výroby v PM-Bearings, ze svých zkušeností ví, že pro správné zahájení výroby ihned napoprvé je potřeba vytvořit digitální plán. „Na začátku bylo všechno programování prováděno na stroji“ říká Prins. „Pro každou změnu jsme museli celý program zkontrolovat a upravit, což byl proces, který byl časově náročný a náchylný k chybám. Výsledné odstávky personálu a obráběcích strojů v dílnách nás stály spoustu času a peněz. S NX CAM a digitálním dvojčetem obrobku, nástrojů a strojů můžeme urychlit programování až o 80 procent, což nám pomáhá udržet si konkurenceschopnost.“

Stejně jako mnoho výrobních společností musí firma PM-Bearings frézovat, soustružit a dokončovat výrobky vysoké kvality rychleji a přitom prodlužovat životnost svých nástrojů. „Když obdržím model pro výrobu od konstruktérského týmu, nejdříve ověřím, zda daný úkol zvládnou naše nástroje a stroje“ vysvětluje Prins. „Rychlým ověřením operací v NX CAM mohu zjistit, zda fyzický stroj a nástroje budou mít s navrženou součástí problémy. Tato velmi výkonná funkce nám pomáhá eliminovat možné výrobní problémy v rané fázi plánování. Pokud výrobní problém odhalíme, spolupracujeme s týmem konstruktérů na úpravě návrhu. Naše týmy se při spolupráci a sdílení dat spoléhají na Teamcenter. Díky procesu s uzavřenou smyčkou se změna v návrhu automaticky projeví v analýze i plánu až do výroby.“

„Další funkcí, kterou používám každý den, jsou flexibilní strategie obrábění v NX CAM“ pokračuje Prins. „Ne všechny řezy jsou stejné. Přesnost konečné součásti přímo souvisí s napětím vyvolaným během obrábění. Strategie obrábění se může velmi lišit, je rozdíl zda frézujete velký kovový blok nebo malé součásti o tloušťce pět milimetrů. Software automaticky navrhuje dráhu nástroje pro odebírání materiálu, ale také nám umožňuje využít našeho know-how a upravit strategii obrábění nejlepším možným způsobem. Naše zkušenosti můžeme zachytit a opakovaně využít, což nám umožňuje obráběcí procesy vylepšit tak, abychom dosáhli vynikající kvality součástí a delší životnosti nástrojů.“

Přesnost díky digitalizaci

„Sdílení 3D modelů a přístup k nejnovějším informacím jsou největší přednosti Teamcenteru“ říká Ridderinkhof. „Formát JT umožňuje vizualizovat model nejen CAM týmu, ale i zbytku firmy, například zaměstnancům plánujícím výrobu a pracovníkům v dílně. Také inženýři v oddělení montáže využívají možnost zobrazovat i otáčet modely, skrývat komponenty a sledovat jednotlivé funkční celky. Tyto funkce se uplatní také při předvádění výrobků zákazníkům a interním vzdělávání zaměstnanců. Atributy připojené k položkám, jako je jméno dodavatele a číslo součásti, se používají k automatickému generování rozpisky v systému ERP, čímž dosahujeme digitalizace i v nákupním oddělení a snižujeme množství lidských chyb.“

„Zavázali jsme se zůstat lídrem v přesném obrábění, takže si musíme udržet náskok před konkurencí“ pokračuje Ridderinkhof. „Abychom mohli našim zákazníkům i nadále dodávat nejpřesnější ložiska a polohovací systémy, digitalizovali jsme naše procesy pomocí řešení společnosti Siemens Digital Industries Software. Čím více času trávíme se softwarem na začátku výrobního procesu, tím lepší jsou výrobky naší firmy. Celková efektivita ve společnosti se zvyšuje. Jsme schopni dodávat širokou řadu ložisek v kratším čase a zároveň eliminovat chyby a zvyšovat kvalitu, což se kladně projevuje na naší ziskovosti.“