ANCA让机床设计不再复杂

作者:《Dimensions》员工

ANCA数控机床是一家全球领先的私营制造商,可提供数控磨床、运动控制系统以及生产制造解决方案,在全球拥有超过1,000名员工,年销售额约为2.8亿澳元。ANCA数控磨床可用于制造汽车、航空航天、电子、智能手机及医药行业的精密切割工具和组件。《Dimensions》采访了澳大利亚墨尔本的Pat Boland,希望了解数控机床行业现在正面临的挑战,以及ANCA数控机床如何应对这些挑战。

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An ANCA CNC machine tool in action.

Pat Boland, co-founder of Australian Numerical Control and Automation (ANCA)

1974年,25岁的电气工程师Pat Boland与同事Pat McCluskey在澳大利亚墨尔本共同创办了澳大利亚数值控制与自动化公司(ANCA)。他们的想法是,用硬连线逻辑升级现有的数控(NC)加工机床,方法是将它们与一台价值4,000澳元、约5英尺高的“迷你计算机”连接起来。最终制成的计算机数控(CNC)机床成为一种灵活的可编程设备,用于木材、金属、陶瓷、塑料和复合材料切割操作中的磨削和切割工具及模具。

CNC提高了机械加工操作的精度,因此生产的部件仅有非常小的公差,以实现更好的贴合度。如果该部件为钛杵臼关节,并将通过外科手术植入患者来替代受损的髋关节,那么高精度贴合会对将来的活动能力和舒适度产生巨大影响;飞机上精密加工部件的磨损程度越小,其使用寿命就越长,从而增强安全性,并降低维护需求。同时,数控加工的可重复性精度可降低大量消费类电子产品部件的成本,如智能手机外壳。

CNC mill

“我们现在所销售的大部分机器都是自动化、可机器人操控的。”

Dimensions:是什么独特之处让您的公司成为行业领导者?

Pat Boland:我们的业务范围狭窄,而这个市场竞争十分激烈。与其他公司相比,ANCA有两大特别之处。首先,我们是行业的创新者。多年来,我们研发了众多产品及工艺,极大地改变了我们行业。例如,我们通过数控机床研发了专业的激光测量仪,可以非常精确地测量一些重要的几何属性。

另一个重要的特点是,我们是一家垂直化整合的公司,因此我们任何技术都不依赖外部供应商,从设计到制造的每个步骤都可以在内部完成。这意味着,比起依赖外部人员来促成改变,我们可以通过调整自身技术更快地满足需求。例如,我们可以通过运行机器的CNC和伺服软件来控制机器本身。

Modal analysis of CNC machine component.
数控机床部件的模态分析。
Collet meshing using ANSYS Mechanical.
使用ANSYS Mechanical进行夹头网格划分。
D:当前数控加工领域面临的主要挑战有哪些?

PB:自动化是挑战之一。我们现在所销售的大部分机器都是自动化、可机器人操控的。在以自动化方式运行的同时要保持高精度,这是一项颇具挑战性的任务。机器人将在机器中装卸组件和工具,想让机器人将各部件装配成固定装置,并将固定装置装载到机器,这一过程需要一台集视觉系统、激光标记和坐标测量设备于一体的机器。

此外,切割工具精度的要求也在不断提高。在任何机械加工中,最终加工的精度受切割工具精度的限制。如果切割工具存在几何误差,成品部件也将存在几何误差。因此,我们在数控机床内安装了专业的激光测量设备,以精确测量几何结构。这使得无人操纵的高度自动化制造成为可能。

“高精度可以成就更一致的成品。”

Dimensions:是什么推动了ANCA对更高精度的追求?

PB:高精度可以成就更一致的成品。标准化切割工具制造商正在研究当前切割工具与3年前生产的切割工具之间的相同性能。如果一种工具的使用寿命为500小时,而同一设计的另一种工具的使用寿命只有100小时,这对客户来说毫无意义。客户的系统依靠产品使用寿命的一致性,而使用寿命是由切削刃的微观几何形态决定的。因此,这对我们机器所生产的产品提出越来越严格的精度要求和表面光洁度要求。

D:这些年来,机床操作人员所需的技能
是否发生变化?

PB:是的,与以往的手动工具磨床相比,他们需要更多计算机技能。我曾见过一些手动操作员完成一些令人难以置信的操作行为,但这些技能已不再是必需。但是,操作员可通过优化流程来创造一个更好的世界,如今的操作员必须是一个机器安装专家,确保所有磨轮安装就位并处于最佳切割状态。

D:你们会使用仿真技术来解决这些机器所面临的工程问题吗?

PB:仿真技术是我们非常重要的工程工具。我们的设计工程团队使用ANSYS Mechanical进行摩擦、变形和刚度等研究,以及振动的谐波模态分析。相对于构建并测试物理原型,仿真数控机床的物理属性对我们而言速度更快、成本更低。我们可以虚拟地检测任何潜在问题,并有信心在我们开始构建模型前纠正这些问题,这有助于我们更快地将产品交付客户而且定价更具竞争力。

最近,我们的制造工程师向设计团队开始学习使用Mechanical,对固定装置、夹具、起重设备以及其它用于制造过程中的实用工具进行仿真。除了利用ANSYS解决方案之外,我们还自主研发了实际机器操作的下游仿真软件。

D:数控加工行业的未来前景如何?

PB:除了中国和韩国外,我们看到大部分市场态势良好。很多国家的智能手机供应链中都使用到我们的机器。但在过去五年,那里发生了惊人的投资浪潮,导致现在他们的数控机床库存过剩。那些地区的新订单不会影响到我们的部分业务。然而我们目前保持的优势是,全世界都在使用我们的切割工具。除此之外,它们还被广泛应用于各个行业,从木工、家具制造、金属切割、采矿到脑外科、医疗方面的精密切割工具应用。这些行业对数控机床的需求增加,应该可以弥补智能手机行业需求的削减。

Dimensions:听起来,只要人们在制造东西,他们就需要用到你们的数控机床。

PB:是的。只要人们坐椅子、用刀叉、开着某种汽车(电动、自动或是其他)到处转,都需要用到切割工具。

是的。只要人们坐椅子、用刀叉、开着某种汽车(电动、自动或是其他)到处转,都需要用到切割工具。

ANCA数控机床公司概况

ANCA office

ANCA数控机床由ANSYS渠道合作伙伴LEAP澳大利亚有限公司提供支持。

2017年收入:
2.8亿澳元
员工人数: 1,000
总部: 澳大利亚墨尔本

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