Барьеры на пути к облегчению работы в прецизионной обработке

Что такое Lights Out Machining и насколько это реалистично?

Отключение обработки это метод автоматизации производства, позволяющий свести к минимуму или исключить необходимое количество человеческого взаимодействия. Идея заменить людей гаджетом или процессом, который будет выполнять ту же работу быстрее, лучше или дешевле, не нова.

В последние годы привлекательность робототехники и автоматизации продолжает расти, в том числе в области точной обработки. Полностью автоматизированное производство без отключения света — с его потенциалом повышения производительности, большей пропускной способности, экономии энергии и снижения затрат на рабочую силу — вероятно, мечта каждого владельца механического цеха.

Но реальность — это вызов, особенно в мире прецизионной обработки. Даже в тех случаях, когда утверждается, что они предлагают полностью автоматизированное производство без отключения света, говорить о том, что какая-либо услуга точной обработки «работает сама по себе» весь день и всю ночь, — это немного фантастика.

Критерии рентабельной обработки

Любая несложная производственная операция — будь то прецизионная обработка с ЧПУ или какой-либо другой производственный метод — должна иметь некоторые основы, чтобы быть успешной:

• Все механизмы, включая инструменты, периферийные устройства и программные средства, должны работать вместе безупречно. Оборудование должно выдерживать непрерывную работу, в идеале с возможностью самоконтроля и либо автоматического исправления, либо отключения при возникновении проблемы.
• То же самое касается механизмов, используемых для подачи материала в оборудование, подачи охлаждающей жидкости, удаления мусора и выгрузки готовой продукции.
• И вопреки мечте о том, что «люди не требуются», удаленный мониторинг со стороны человека — опять же, с возможностью исправить мелкие проблемы или отключить систему в случае серьезной проблемы — является дополнительным преимуществом.

Возможно, самое главное, чтобы определить, способна ли машина работать в режиме непрерывного отключения света, необходимо выяснить, обеспечивает ли она высочайший уровень надежности. Целью является Cpk ≥1,67, то есть способность 99,9999 % деталей соответствовать требованиям.

Это (буквально) допустимая частота отказов — один случай на миллион.

И даже если машина может работать в режиме отключения света, принято считать, что отключение света является жизнеспособным решением только в том случае, если оно обеспечивает окупаемость инвестиций в течение двух лет.

Где используется операция Lights Out сегодня

Есть много приложений, где робототехника является благом, даже если автоматизирована только часть производственного процесса. Во всем, от пивоварения до упаковки, от центров FedEx до складов Amazon и обработки багажа в аэропортах, автоматизация играет важную роль в двух случаях:

• Там, где надежность один на миллион.

ИЛИ

• Там, где есть возможность самостоятельно корректировать процесс экономически эффективным способом

Некоторые распространенные примеры

В автоматизированных упаковочных операциях используется встроенная система маневрирования «годен/не годен», чтобы обеспечить качество во время работы без отключения света. Например, камера может проверить, что продукт, сходящий с линии, качественный, а машина может отклонить некачественный продукт или отключиться, если возникнет проблема.

Роботизированная контактная точечная сварка широко используется для непрерывной работы в автомобильной промышленности. (Подробнее о контактной точечной сварке можно прочитать на нашем веб-сайте.) На самом деле, это, вероятно, тот образ, о котором люди думают чаще всего, когда представляют себе роботов, работающих на производственной линии.

Однако, в отличие от изготовления картонной коробки, этот вид операции требует иного уровня контроля качества. В конце концов, вы не можете хорошо отклонить всю машину, потому что один сварной шов плохой. Как проверить, что электрод не вышел из строя где-то на очень длинной и сложной сборочной линии?

Основные приложения для автоматизации

В Японии корпорация FANUC управляет тем, что многие считают лучшим в области автоматизированного производства без отключения света. В гигантском комплексе из 22 заводов круглосуточно работают роботы, производящие других роботов для таких клиентов, как Tesla Motors и Apple. По словам вице-президента FANUC Robotics America Гэри Зивиола:«Мы не только выключаем свет, но и кондиционирование воздуха и отопление».

Автоматизация также используется во всевозможных процессах, враждебных человеку. Сюда входят производственные этапы, на которых возникают проблемы с качеством или безопасностью, а также на которых человек не может работать со скоростью машины, например точечная сварка в автомобиле, описанная выше.

Таким образом, когда рабочая среда или задача связаны с высокой температурой или высокой скоростью или когда речь идет о токсичных веществах, робототехника дает огромное преимущество.

Вызовы, связанные с прецизионной обработкой с ЧПУ

Все очень интригующе. Но хотя мы и не против механической обработки без присмотра, мы по-прежнему скептически относимся к ее жизнеспособности в прецизионных механических цехах, где непрерывная неконтролируемая автоматизация остается проблемой.

Использованные материалы

Например, в нашем мире способность выполнять механическую обработку без отрыва от производства зависит не только от геометрии детали, но и от используемого материала. Как правило, более мягкий материал — тот, который не изнашивает инструмент так же быстро, как более твердый материал, или не образует много волокнистой стружки, которая может намотаться на инструмент — лучше подходит для задач, связанных с отключением света.

Это означает, что с подходящим более мягким материалом вы можете настроить свою машину в 17:00 на всю ночь, а утром вы вернетесь к корзине, полной деталей, которые находятся в пределах допуска, и ни один из инструментов не сломан или не изношен.

Тем не менее, более твердый материал, такой как нержавеющая сталь, никем не рекомендуется для прецизионной обработки с ЧПУ. Это потому, что такой твердый, прочный материал может быстро изнашиваться или ломаться инструменты. Или вы прибудете утром к большому количеству деталей, которые не соответствуют техническим требованиям, потратив впустую то количество материала, которое вы загрузили в машину, и нарушив график доставки.

Необходимые допуски

Допуски являются еще одним важным фактором. Если у вас есть допуск ± 0,005 дюйма (0,127 мм) и надежный материал, прецизионная обработка не представляет проблемы. Но если у вас есть допуск ± 0,0005 дюйма (0,0127 мм) или меньше, вы напрашиваетесь на неприятности.

Это потому, что в зависимости от материала процесс изнашивает инструмент. Если вы держите внешний диаметр (OD) 0,0002 дюйма (0,00508 мм) и выполняете процесс без присмотра, утром ваши детали, скорее всего, не будут соответствовать техническим требованиям из-за износа инструмента.

Что нужно и чего нельзя делать при обработке материалов без использования света

Определенные материалы, естественно, больше подходят для прецизионной обработки с ЧПУ. Например, можно использовать латунь, алюминиевый сплав 6061 и некоторые пластмассы, из которых не образуется длинная волокнистая стружка, которая может намотаться на инструмент.

Даже нержавеющая сталь 303 может быть использована для механической обработки без света. Однако сначала вам нужно запрограммировать оборудование на работу в течение нескольких часов, чтобы проверить его на устойчивость и износ инструмента.

Некоторые материалы абсолютно не подходят для производства светильников. Это включает в себя любимца индустрии медицинского оборудования, нержавеющую сталь 304, которую трудно обрабатывать, она образует волокнистую стружку и оставляет заусенцы. Кроме того, 316, 17-4 и большинство других нержавеющих сталей плохо поддаются механической обработке и могут повредить инструменты.

Суперсплавы нельзя подвергать механической обработке, а титан ни в коем случае нельзя оставлять без присмотра. (Мы видели видеоролики о том, как машина загорается от искр, испускаемых титановыми деталями — это было довольно круто, но определенно не рекомендуется!)

Другие камни преткновения в темноте

Для прецизионной обработки тысяч и тысяч деталей множество современных швейцарских винтовых станков с ЧПУ Metal Cutting может обеспечить бесперебойное производство, поскольку мы можем загрузить устройство подачи прутка и настроить машину на автоматическую работу. В зависимости от диаметра мы можем загрузить до двенадцати стержней диаметром 0,630 дюйма (16 мм); при наименьшем стандартном диаметре исходного материала 0,090 дюйма (2,25 мм) мы можем загружать даже больше.

Требуется мониторинг

Однако природа прецизионной обработки с ЧПУ такова, что во время обычной восьмичасовой смены вам все равно нужен кто-то, кто будет следить за загрузкой и следить за тем, чтобы все работало правильно. Таким образом, даже в мастерских точных станков, которые говорят, что у них не работает свет, вы можете быть уверены, что кто-то там следит за тем, чтобы ничего не случилось.

Проблемы с загрузкой панели

Прецизионная обработка также создает проблемы при автоматической загрузке прутка. Во-первых, вы всегда должны учитывать допуск на диаметр обрабатываемого материала. Кроме того, то, что у вас есть загрузчик прутков, не означает, что он будет правильно загружать материал, и практически каждый проект требует обучения.

Например, если вы работаете с деталями меньшего диаметра, если машина не настроена идеально, она может попытаться загрузить два стержня материала одновременно, что приведет к очень плохим результатам.

Поддержание инструмента в чистоте

Еще одним требованием является то, что процесс отключения света должен включать подачу воздуха под высоким давлением или какой-либо другой высококачественный метод, чтобы не допускать образования стружки в рабочей зоне, чтобы она не перерезала и не затупила инструмент. Вам также необходимо подумать о том, как разгружать готовые детали, принимая во внимание, насколько хрупкими могут быть эти детали, чтобы гарантировать, что они не будут повреждены после обработки.

Надежность Lights Out в прецизионной обработке

Не поймите нас неправильно — мы не говорим, что производство без освещения невозможно при прецизионной обработке с ЧПУ. Но это требует объединения и получения информации от всех заинтересованных сторон и поставщиков на этапе планирования, чтобы убедиться, что у вас есть:

• Идеальный материал
• Подходящий размер и геометрия детали
• Cpk ≥1,67 на оборудовании
• Допуски не настолько жестки, чтобы обеспечить надежность процесса на уровне 99,9999 %

Даже при самой точной обработке было бы трудно обеспечить надежность инструмента, загрузчика прутка, подачи СОЖ и жестких допусков один к миллиону. Но если все эти условия соблюдены, то можно придумать производство без света.

Например, здесь, в Metal Cutting, мы можем протестировать, какой станок, инструмент и материал позволят достичь заданных результатов в процессе безотказной работы. Или мы можем протестировать полуавтоматический процесс, когда мы программируем машину на производство дополнительных деталей не в непрерывном режиме в ночное время, а в дополнительную половину смены в нерабочее время.

Проблема рентабельности инвестиций в прецизионную обработку

Для производителей, которые производят один и тот же продукт снова и снова, окупаемость инвестиций в течение двухлетнего контрольного показателя для производства без света вполне осуществима. Однако прецизионная обработка с ЧПУ в основном предназначена для изготовления множества различных деталей в более короткие сроки.

Это означает, что у многих мастерских точного машиностроения просто нет времени проверять, могут ли их операции работать без остановки. Кроме того, два года — это долгий срок для этих мастерских, чтобы дождаться окупаемости инвестиций, что делает стоимость механической обработки непомерно высокой…

Здесь, в Metal Cutting, каждый день мы обычно цитируем новые проекты механических цехов, требующие от 200 до 20 000 деталей. Хотя у нас есть задания, которые выполняются годами, у нас редко бывают проекты, которые непрерывно выполняются в течение двух лет. Таким образом, все планеты редко выстраиваются в одну линию, и у нас есть время, чтобы изучить варианты производства без света.

В конце концов, обработка с жесткими допусками имеет так много переменных, что она не может гарантировать одну из миллионов надежности, поэтому она еще не подходит для производства с полной нагрузкой. Тем не менее, какие бы сложности ни возникали в вашем проекте, технологии автоматизации, несомненно, будут продолжать играть все более важную роль в производстве мелких деталей.

А пока, чтобы получить советы о том, как создать наилучшие спецификации для ваших мелких деталей, загрузите наше бесплатное руководство Как точно настроить запрос предложения с максимальной выгодой:часто задаваемые вопросы по поиску мелких деталей.