3D-печать улучшает автоматизацию в металлообработке

Ручное инспектирование деталей на регулярных интервалах заставляло эту автоматизированную токарную ячейку приостанавливать производство. 3D-печать желоба для сбора деталей для доставки за пределами ячейки устранила эту проблему. (Все фото любезно предоставлены Superior Metal Products, если не указано иное.)

Год назад я смог посетить Superior Metal Products в Омахе, чтобы написать историю о сложной роботизированной ячейке, в которой двухшпиндельный токарный центр Doosan TW2600 выполнял операции фейсинга на семействе литых чугунных насосных компонентов. Кратко, эта ячейка имела входящий конвейер, подающий заготовки роботу FANUC, который загружал их в станок, а затем выгружал готовые детали и помещал их на тележку.

Это был второй роботизированный machining-ячейки цеха. Первый, установленный в 2018 году, имеет токарный центр Okuma LB3000 EXII, работающий беспилотно благодаря робототехническому блоку загрузки и хранения деталей LoadAssistant от Halter. Этот самодостаточный блок, установленный прямо слева от двери станка, имеет двухсторонний индексируемый стол для хранения заготовок и готовых деталей соответственно. Операторы могут безопасно обращаться к половине стола для удаления готовых деталей и загрузки новых заготовок, пока робот манипулирует материалом для обслуживания станка на другой половине стола.

Это фото, сделанное мною до добавления желоба для сбора деталей, показывает, как оператору приходилось входить в зону робота для доступа к детали для инспекции.

Частичное ограждение разделяет оператора станка от части стола хранения, к которой может обращаться робот. Однако область перед дверью станка открыта, чтобы оператор мог подойти к станку при необходимости. Это возможно, потому что лазерный сканер блока может обнаруживать, когда оператор приближается к этой области. Он заставляет робота замедляться, когда человек входит в определенную внешнюю зону безопасности напольного пространства, и останавливается, если человек входит в определенную внутреннюю зону ближе к станку и роботу.

За годы эта настройка позволила Superior Metal Products реализовать неплохой объем беспилотной работы станка. Тем не менее, обязательная инспекция деталей на определенных интервалах означала, что оператор должен был входить в зоны безопасности для доступа к деталям для измерения, временно прерывая производство. Умный пластиковый желоб для сбора деталей, напечатанный на настольном 3D-принтере цеха и установленный на ограждении LoadAssistant, решил эту проблему. Робот теперь может сбрасывать детали для инспекции в желоб, где оператор может получить к ним доступ на поддоне без входа в лазер-сканируемые зоны безопасности и без остановки производства. Фактически, это только один пример того, как Superior Metal Products использовал свой 3D-принтер для создания предметов, которые не только полезны на цехе, но, возможно, легче создавать, чем традиционная обработка.

Печать как альтернатива обработке

Superior Metal Products имеет обилие оборудования в своем 30 000 кв. футов объекте. Это включает VMC, HMC и токарные центры, а также зубонарезные, броачинговые, шлифовальные, лаппинговые, сварочные и балансировочные оборудования. 3D-пластиковый принтер цеха, настольная модель Lulzbot TAZ-6, был приобретен в конце 2017 года.

Первый шаг к 3D-печати — создание CAD-модели детали(ей). Вот модель компонентов, составляющих желоб для сбора деталей.

Фрэнк О'Коннор, президент Superior Metal Products, говорит, что хотя он не знал точно, как принтер может помочь поддерживать потребности цеха, время казалось правильным для покупки и экспериментов с ним. С тех пор цех напечатал ряд предметов, которые оказались ценными в поддержке различных machining-процессов в их объекте.

«Удивительно, сколько внутренних применений типичный цех может иметь для 3D-напечатанных предметов», — говорит О'Коннор. «Хотя правда, что некоторые предметы могут быть обработаны, производство их через 3D-печать иногда является более легким путем».

Он объясняет, что с 3D-печатью он создает CAD-модель детали; устанавливает горсть параметров печати, включая температуру, процент наполнения (внутренняя геометрия) и толщину стенки; нажимает «печать»; и возвращается позже, чтобы найти готовую деталь на строительной пластине принтера. С обработкой ему пришлось бы создать эскиз или ту же CAD-модель детали; написать CNC-программу (к тому времени 3D-принтер мог бы печатать деталь, и он мог бы переключиться на что-то другое); найти и распилить заготовки материала; собрать режущие инструменты и возможно зажимные приспособления; настроить станок; и, наконец, инспектировать обработанную деталь. Это потребляет не только его время, но и станок, который в противном случае мог бы запускать производственные детали.

«Я не ругаю обработку. Обработка намного круче 3D-печати», — шутит О'Коннор. «Кроме того, мое существование зависит от спроса на обработанные детали. Но для единичных или мелкосерийных деталей, которые могут безопасно и надежно функционировать, когда сделанные из печатаемых материалов, 3D-печать — хороший вариант».

Здесь главная часть желоба в процессе печати. Обратите внимание на поддерживающие структуры в середине, которые удаляются после завершения печати.

Деталь желоба с поддоном для сбора для автоматизированной ячейки Okuma — хороший пример. Вход желоба находится в защищенной зоне (внутри ограждения и лазер-сканируемых зон), а его выход — снаружи этой зоны. О'Коннор говорит, что выгоды не только включают доступ к детали без приостановки производства и последовательное соблюдение частоты инспекции, но и что оператор ячейки может выполнять задачу рядом с ячейкой и быстро взглянуть на присутствие детали в поддоне, чтобы знать, время ли инспектировать деталь.

Пользовательская рутина в управлении Halter LoadAssistant принимает конверсационные данные для регистрации длины детали и корректировки точки сброса детали соответственно для обеспечения плавного входа в желоб.

О'Коннор говорит, что операция сброса детали роботом — пользовательская рутина, созданная через контроль LoadAssistant. Оператор просто добавляет рутину в список задач робота и затем заполняет значение реестра в учебном пульте FANUC для определения частоты сброса на инспекцию. Когда счетчик реестра достигнут, следующая готовая деталь помещается в желоб вместо доставки на стол LoadAssistant. «Приятный аспект пользовательской рутины в том, что она использует конверсационные данные Halter для регистрации длины детали и корректирует точку сброса соответственно для обеспечения плавного входа в желоб», — говорит О'Коннор.

Другие примеры печати

Во время моего визита в 2019 году я заметил ряд других полезных устройств, которые Superior Metal Products спроектировал и напечатал для поддержки различных цеховых потребностей. Вот примеры одного, который я видел, а также других, которые недавно были добавлены.

3D-напечатанные поддоны, такие как этот, который я сфотографировал, держат быстрозаменные инструменты, используемые на двухревольверном токарном станке в другой автоматизированной machining-ячейке в цехе. Поддоны лежат на крае обмуровки станка для легкого доступа оператора. О'Коннор говорит, они также предоставляют команде ухода за ячейкой визуальный индикатор о том, какие инструменты нуждаются в индексации или замене вставок, пока ячейка работает. Когда поддоны на рабочем столе ячейки (вне ограждения безопасности), инструменты с режущими кромками, направленными к станку, готовы к установке, в то время как те, с режущими кромками, направленными от станка, нуждаются в обновлении вставок перед следующим циклом смены.

Специфические зажимные челюсти, такие как эти, могут быть 3D-напечатаны для размещения полусложных форм. Эти были напечатаны из полиэтилентерефтала гликоля (PETG) материала с твердым наполнением. Они выдерживают 50 фт-фунтов крутящего момента зажима висков и использовались для фрезеровки, сверления, растачивания и броачинга для этой конкретной детали. О'Коннор отмечает, что не было признаков деградации к концу 25-штучного запуска.

Эта модульная система хранения с поддонами и общей концепцией стойки рабочей станции используется для хранения различных инспекционных калибров. Штыревые калибры, резьбовые калибры, детально-специфические инспекционные приборы и так далее комплектуются контролерами качества и отправляются на цех как часть наладки/выпуска задания для производства.