Автоматизация в токарных операциях с большим числом заказов и небольшими объемами

Автоматизация для токарных работ существует уже несколько десятилетий; устройства подачи прутка, портальные загрузчики и роботизированные загрузчики являются основными устройствами автоматизации. Все они являются эффективными инструментами для приложений среднего и большого объема. Но адаптация к рыночному давлению постоянно вынуждает производителей станков с ЧПУ производить более мелкие партии, обрабатывая более широкий диапазон форм и размеров деталей. Этот прогресс приносит новые проблемы:

• Как меньшие размеры партий влияют на оптимальный выбор средств автоматизации для токарной обработки?
• Какой тип автоматизации лучше всего подходит для обработки деталей различных размеров и форм?
• Какие рекомендации помогут получить максимальную отдачу от инвестиций в оборудование?

Необходимость автоматизации

Давайте ненадолго вернемся назад и посмотрим на основную цель автоматизации в цехе. Обеспечивает ли это увеличение использования оборудования? Более высокая производственная мощность? Более низкие производственные затраты? Снизить затраты на оплату труда?

Большинство менеджеров механических цехов сказали бы, что настоящая причина — стремление № 1 к автоматизации — это нехватка надежной квалифицированной рабочей силы. Без рабочей силы для ведения бизнеса это будет либо меньший бизнес, либо он выйдет из бизнеса. Сокращение потребности в рабочей силе должно быть в центре внимания любого проекта по автоматизации, особенно в многокомпонентном малосерийном производстве.

Но многие руководители механических цехов говорят, что они неохотно вкладывают средства в оборудование, которое сокращает трудозатраты. Причина такого решения, вероятно, связана с тенденцией недооценивать стоимость рабочей силы и переоценивать стоимость оборудования.

Станок с ЧПУ за 250 000 долларов может показаться явно дороже, чем оператор за 15 долларов в час. Однако с учетом стоимости льгот, налогов и обучения чистая стоимость оператора составляет около 21 доллара в час. Однако, если рабочая сила недоступна для развития бизнеса, стоимость значительно выше. Амортизируя стоимость станка с ЧПУ в течение 15 лет и добавляя затраты на финансирование, техническое обслуживание, электроэнергию и аренду, станок с ЧПУ стоит около 3 долларов в час, чтобы владеть им 24 часа в сутки, семь дней в неделю, 365 дней в году. Инвестиции, которые сокращают потребность в рабочей силе, могут иметь высокую первоначальную цену, но обычно обеспечивают выдающуюся норму прибыли.

Высокий микс, низкий объем

Высокое смешивание означает множество различных типов деталей:стержни, валы, заготовки, заготовки, отливки и поковки с множеством различных типов элементов.

Низкий объем представляет собой небольшие партии. Но определение «маленький» зависит от того, кто спрашивает. Вместо того, чтобы сосредотачиваться на количестве изделий в партии, часто лучше учитывать, сколько времени требуется для запуска партии или, возможно, какой процент времени партии приходится на настройку. Если время настройки составляет более 10 % от времени выполнения партии, задание относится к области мелкосерийного производства.

Эти определения важны, потому что производство с большим ассортиментом зависит от гибкого производственного оборудования, в то время как производство с небольшим объемом должно иметь короткое время наладки. При производстве с большим ассортиментом и небольшими объемами выбор наилучшего оборудования может быть сложной задачей. Магазины должны смотреть на картину в целом и тщательно сопоставлять стоимость и доступность рабочей силы со стоимостью оборудования. Это поможет им сделать правильный выбор в отношении типов токарных станков и средств автоматизации, которые лучше всего подходят для конкретного объекта.

Варианты токарного станка для большого количества миксов и малых объемов

Недооценка необходимости сокращения трудозатрат — самая большая ошибка, которую допускают магазины при выборе токарного станка для многокомпонентного мелкосерийного производства. Они часто отказываются от возможностей фрезерования в пользу добавления операции к существующей мельнице. Из-за дополнительных затрат на противошпиндель, быстросменный инструмент или патроны эти функции могут показаться ненужной роскошью.
Но менеджеры магазинов редко сожалеют о покупке дорогих вариантов, которые сокращают трудозатраты. Варианты машин, которые сокращают труд оператора, почти всегда будут иметь высокую рентабельность инвестиций. Быстросменные кулачки патрона, быстросменные цанги и быстросменный инструмент должны быть установлены на любом токарном станке, выполняющем многокомпонентную малообъемную работу. Варианты, которые обеспечивают гибкость для запуска деталей на одном станке в режиме «один и готово», также будут иметь высокую рентабельность инвестиций.

Обязательный дополнительный шпиндель

Почти все токарные детали требуют двух операций. При автоматизации токарных станков противошпиндель является особенно выгодным вариантом, значение которого часто упускается из виду или неправильно понимается. Даже если токарный станок выполняет только прутковую обработку, а контршпиндель просто позволяет удалить разделительную выпуклость, контршпиндель окупится в течение срока службы станка, а не оператору, повторно загружающему детали или стачивающему выпуклость вручную.

Автоматизация зажимного устройства — это то, где вспомогательный шпиндель действительно приносит дивиденды. Без вспомогательного шпинделя типичный робот или портальный погрузчик может выполнять только одну операцию за раз. После завершения первой операции оператор должен настроить кулачки патрона для второй операции, перевернуть детали и повторно загрузить детали обратно в подачу.

При принятии решения о добавлении вторичного шпинделя следует рассмотреть следующие вопросы:

• Будут ли все детали, которые нужно изготовить, располагаться на входе лицевой стороной вниз на готовой стороне?
• Требуется ли для деталей синхронизация от первой до второй операции, и сможет ли входной канал надежно поддерживать синхронизацию?

Если ответ на любой из этих вопросов отрицательный, без вспомогательного шпинделя вторую операцию необходимо будет загружать вручную, что увеличивает трудозатраты и стоимость производства.

Подача прутка, портал или робот-погрузчик

Как правило, тип работы, запланированной для машины, диктует выбор типа автоматизации. Высокая смесь означает, что гибкость необходима для различных размеров и форм деталей. Малый объем требует короткого времени настройки для обработки небольших партий. К сожалению, нет четкого решения по автоматизации для приложений с большим набором и небольшим объемом. Наилучший выбор обычно определяется набором компонентов, который должна поддерживать автоматизация.

Устройство подачи прутка является наиболее популярным выбором автоматизации для токарных станков. Они просты, надежны и доступны по цене. Основным ограничением устройства подачи прутка является размер детали с максимальным диаметром около 4,75 дюйма. Для большого ассортимента и малых объемов магазинные устройства подачи прутка с сервоприводом и короткой загрузкой, как правило, обеспечивают самый широкий диапазон размеров прутка с кратчайшим временем настройки. Для работы, которая в основном подпадает под ограничения устройства подачи прутка, это лучший выбор.

Портальные загрузчики — еще одна проверенная технология автоматизации токарных станков. Портальные загрузчики часто можно приобрести непосредственно у производителя токарных станков в качестве интегрированного решения, поэтому можно меньше беспокоиться о соединении сложной части автоматизированного оборудования со сложным токарным станком с ЧПУ. С точки зрения функций портальный загрузчик во многом похож на робота-загрузчика:он берет деталь с подачи, загружает деталь в патрон токарного станка, вынимает деталь из патрона после завершения операции и помещает деталь в из корма. Портальный погрузчик обычно оснащается двойным захватом для повышения эффективности. С помощью двойного захвата робот может выгружать только что законченную деталь, удерживая следующую деталь для обработки в другом захвате.

Портальные погрузчики, как правило, могут быть сконфигурированы для перемещения валов или закрепления заготовок. Время настройки может быть относительно коротким для аналогичных деталей, но может быть довольно длительным, чтобы перейти от вала длиной 2 дюйма на 15 дюймов к шайбе диаметром 6 дюймов. Еще одним недостатком портальных загрузчиков является то, что они могут вообще не работать с деталями некоторых размеров и форм. Портальные погрузчики часто используют штабелеукладчики для паков, которые требуют, чтобы сырье и готовые детали укладывались друг на друга.

Несколько лет назад роботы-погрузчики были доступны только с полностью индивидуальными системами. Это были дорогостоящие системы, предназначенные для приложений с большими объемами и, как правило, не очень хорошо подходящие для требований большого ассортимента и малых объемов. Сегодня благодаря ряду новых технологических разработок роботы-загрузчики стали привлекательным вариантом автоматизации токарных станков для операций с большим ассортиментом и небольшими объемами.

Загрузчик коботов

Коллаборативные роботы, или коботы, стали популярным вариантом, потому что они не требуют специальных мер безопасности, портативны и относительно просты в программировании. Тем не менее, распаковка нового кобота и добавление его к высокопроизводительной автоматизированной машине с малым объемом производства может оказаться непростой задачей. Установка захватов, проектирование и изготовление входной и выходной подачи, открывателей дверей и интерфейса с ЧПУ — нетривиальные задачи. Теоретически загрузчик коботов может обрабатывать детали различных форм и размеров; однако его эффективность зависит от того, как спроектированы входная и выходная подача и захват. Время настройки зависит от тех же факторов, но, вероятно, будет значительно больше в собственной системе, чем в «продукте» автоматизации.

Загрузчик роботов в коробке

Робот-в-коробке (RIB) — это новая категория автоматизации, которая быстро набирает обороты на рынке. RIB сочетает в себе промышленного робота со встроенной системой безопасности, захватами, гибкой подачей и разгрузкой и стандартным интерфейсом для популярных станков с ЧПУ. RIB обычно предварительно запрограммированы и имеют простой пользовательский интерфейс, который оператор может освоить всего за пару часов. RIB обычно имеет систему подачи/отдачи, которая является более гибкой, чем система портального загрузчика. RIB часто бывают портативными, что позволяет магазину адаптировать автоматизацию к лучшей машине для работы. Некоторые поставщики RIB сделали минимальное время настройки и гибкие системы подачи и вывода своим инженерным приоритетом. Из-за этого RIB обычно имеют преимущество перед портальными загрузчиками в среде с большим количеством компонентов и небольшими объемами.

RIB с MultiGrip

MultiGrip — это новая технология крепления, разработанная специально для рынка автоматизации с большим ассортиментом и небольшими объемами. Это крепление доступно в VBX-160, RIB производства VersaBuilt Robotics. Хотя этот продукт первоначально был разработан для вертикальных фрезерных станков, он нашел свое применение в токарных станках и обладает некоторыми уникальными возможностями по сравнению с традиционными роботизированными захватами. Одна из проблем традиционных захватов с тремя захватами заключается в том, что они не всегда хорошо подходят для захвата различных форм. Хотя они хорошо работают с круглыми шайбами, они могут не подойти для длинных валов или любых деталей, которые не имеют круглой поверхности для зажима.

Роботизированный захват MultiGrip не захватывает детали, как традиционный захват. Вместо этого он берет поддающиеся механической обработке губки MultiGrip и использует их для захвата деталей. Челюсти могут быть легко обработаны, чтобы соответствовать различным формам деталей:валам, шайбам и почти бесконечному разнообразию геометрических форм. Затем робот может загрузить деталь в существующую цангу или кулачки патрона, как традиционный робот-погрузчик. Эта система по существу представляет собой автоматическую смену инструмента для робота, сокращающую время настройки.

Опционально токарный станок можно оснастить промежуточными кулачками MultiGrip. В этой конфигурации VBX-160 может загружать кулачки и деталь непосредственно в патрон токарного станка для обработки. Затем MultiGrip действует как устройство автоматической смены инструмента для робота и устройство автоматической смены кулачков для токарного станка. VBX-160 позволяет исключить еще один этап настройки и позволяет системе обрабатывать несколько номеров деталей за одну загрузку. Для многокомпонентных и малосерийных приложений система может быть загружена в конце смены четырьмя различными номерами деталей и будет автоматически обрабатывать детали, включая выбор соответствующих программ на ЧПУ, поэтому операторы приветствуются куча готовых деталей утром.

VBX-160 с MultiGrip может обрабатывать валы диаметром до 6 дюймов и длиной 15 дюймов, а также шайбы диаметром до 10 дюймов и высотой 6 дюймов.

В целом ландшафт производства станков с ЧПУ меняется. Клиенты требуют от цехов с ЧПУ более сложных деталей с короткими сроками изготовления и небольшими партиями. В то же время становится все труднее найти рабочую силу для настройки и запуска станков с ЧПУ. Правильные инвестиции в инструменты, приспособления и автоматизацию позволяют магазинам лучше удовлетворять потребности своих клиентов, снижать зависимость от труднодоступной рабочей силы и повышать рост и прибыльность своего бизнеса.