Будущее автоматизированной обработки: повышение точности и эффективности

ОБЗОР ОБРАБОТКИ И ОБСЛУЖИВАНИЯ СТАНКОВ

Обработка — это процесс удаления материала металлической «заготовки» для производства желаемой сложной формы.

Обслуживание станков (Machine tending) относится к автоматизированной операции промышленных станков с ЧПУ на производственном заводе, в основном с использованием систем робототехники. Пока загрузка и разгрузка является основной функцией систем обслуживания станков,

Часто робот выполняет другие ценные функции внутри системы автоматизации, такие как автономная доставка и удаление деталей автомобиля из ячейки. Другие задачи могут быть автоматизированы и интегрированы в рамках целостного взгляда на производство, включая CMM / инспекцию деталей, измерение, обдув, мойку, снятие заусенцев и финишинг, сортировку, лазерную маркировку ID, упаковку и отгрузку.

Преимущества систем обслуживания станков включают:

1. повышение производительности
2. снижение прямого труда
3. более длительные запуски станков — 24/7
4. улучшение использования станков
5. снижение общих производственных затрат
6. улучшение качества продукции
7. повышение безопасности станков
8. операционная гибкость
9. оптимизация инвентаря

Из-за сложности, функциональности и затрат, связанных с системами обслуживания станков, большинство производителей требуют процесс утверждения капитала перед инвестированием в эти системы, где высшее управление должно одобрить покупку. Обычно рассчитывается ROI (возврат инвестиций) для обоснования покупки. Futura Automation оборудована для помощи в текущем захвате затрат и расчете ROI.

https://www.youtube.com/watch?v=po7wByneVeY

ВЕРТИКАЛЬНАЯ ФРЕЗЕРОВКА — 4 или 5 ОСЕЙ?

В вертикальной фрезерной машине ось шпинделя вертикально ориентирована. Фрезы держатся в шпинделе и вращаются на его оси, обеспечивая «A» измерение. Подающий стол обеспечивает X, Y в 3-осевом станке и Z измерение в 4-осевом станке. Шпиндель — вращательная ось и может быть обычно опущен (или стол может быть поднят, давая тот же относительный эффект приближения реза к детали), позволяя вдавливающие срезы и сверление. Существует две подкатегории вертикальных фрезерных станков: консольно-вертикальный и турельный.

Когда также вращается «B» ось, то имеется 5 осей движения. 5-осевой станок предоставляет бесконечные возможности по размерам и формам деталей, которые можно эффективно обрабатывать. Термин «5-осевой» относится к числу направлений, в которых может двигаться режущий инструмент. На 5-осевом machining center режущий инструмент движется по линейным осям X, Y и Z, а также вращается по осям A и B, чтобы подойти к заготовке из любого направления. Другими словами, вы можете обработать пять сторон детали в одной установке.

ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ФРЕЗЕРОВКА —

Горизонтальный фрезерный станок имеет тот же принцип, но режущие инструменты смонтированы на горизонтальном шпинделе (см. Arbor milling) через стол. Многие горизонтальные фрезерные станки также имеют встроенный вращательный стол, позволяющий фрезеровку под различными углами; эта функция называется универсальным столом. Хотя концевые фрезы и другие типы инструментов, доступные для вертикального фрезерного станка, могут использоваться в горизонтальном, их реальное преимущество лежит в арбор-монтированных резаках, называемых боковыми и лицевыми фрезами, которые имеют поперечное сечение, похожее на круглую пилу, но обычно более широкие и меньшие в диаметре.

Ключевые производители станков:

• Mazak: HC, MEGA, UN
• Toyoda: 400, 500, 630, 850, 1000, 1250, 1600 мм паллеты
• Hurco: HM1700i
• Haas: 40-Taper, 50-Taper
• DMG Mori: NH, NHX, DMC, DMU
• Okuma: LB, LT, MULTUS
• Matsuura: H-Plus

ТОКАРНЫЙ ЦЕНТР —

Токарная обработка — процесс механической обработки для изготовления цилиндрических деталей, при котором режущий инструмент движется линейно, пока заготовка вращается. Обычно выполняется на токарном станке, токарная обработка уменьшает диаметр заготовки до указанного размера и производит гладкую поверхность детали. Токарный центр — токарный станок с компьютерным числовым управлением (CNC). Сложные токарные центры могут также выполнять различные фрезерные и сверлильные операции. 5-осевые фрезерные станки могут быть сконфигурированы как токарный центр, поэтому большинство производителей 5-осевых станков предлагают версию токарного центра.

Ключевые производители:

• Mazak: HQ, INTEGREX, MULTITEX, ORBITEC, QT
• Okuma: GENUS, MULTUS, LB, LT, LU, V40R
• Hurco: TM, TMX, TMM
• Matsuura: CUBLEX
• DMG Mori: NT, NTX, NZX, CTX, WASINO

ФРЕЗЕРОВКА (ROUTING) —

Станок с ЧПУ для фрезеровки (CNC router) — компьютерно-управляемая режущая машина, которая обычно монтирует фрезерный инструмент как шпиндель, используемый для резки различных материалов: дерево, композиты, алюминий, сталь, пластик, стекло, пены. CNC фрезеры могут выполнять задачи многих столярных станков: панельная пила, шпиндельный фрезерный станок, расточной станок. Они также могут вырезать стыки вроде щепок и шипов.

СТАНКИ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ И ДАВЛЕНИЕМ

Литье под давлением — процесс принуждения пластика (или металла в аналогичном процессе «давилки») в форму. Две половины формы зажимаются на месте с достаточной силой для выдерживания процесса литья. После завершения литья формы разделяются и детали удаляются. «Шприц», «Ворота» и «Бавьера» также потребуют удаления. Формы литейных машин могут быть закреплены в горизонтальном или вертикальном положении. Большинство машин горизонтально ориентированы, но вертикальные машины используются в некоторых нишевых приложениях, таких как вкладышное литье, позволяя машине воспользоваться гравитацией. Некоторые вертикальные машины также не требуют закрепления формы. Существует много способов закрепления инструментов к пресс-пластинам, самым распространенным быть ручные зажимы (обе половины заboltированы к пресс-пластинам); однако гидравлические зажимы (чоки используются для удержания инструмента на месте) и магнитные зажимы также используются. Магнитные и гидравлические зажимы используются там, где требуются быстрые смены инструментов.

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ХРАНЕНИЕ И КОНВЕЙЕРНАЯ ПЕРЕДАЧА ПАЛЛЕТ

Системы управления паллетами — средство хранения деталей в процессе обработки и автоматической подачи этих деталей к станку с ЧПУ как конвейером, так и в конечном счете робо-манипулятором (называемым «обслуживанием») с соответствующим инструментом, который подает деталь с зажимными приспособлениями, такими как OMIL, в станок с ЧПУ.

Trinity Automation разработала три разных уровня управления паллетами для разнообразия вариантов использования и объемов обработки.

Trinity Automation: AX1, AX2, AX5

AX1 — компактная высокоскоростная система управления паллетами, разработанная для превращения более мелких станков с ЧПУ в полностью автоматизированные производственные системы, идеально для серии Haas DT & DM, Fanuc Robodrill и подобных систем.

AX2 — средняя по размеру система управления паллетами, с диапазоном размеров до 16" диаметра на 9" высоты. Хорошо подходит для боковой загрузки Haas UMC-500, или вертикальных machining центров таких как Haas VF2 или YCM NXV1020A.

AX5 — более крупная система управления паллетами, хорошо подходит для боковой загрузки Haas UMC-750, или вертикальных machining центров таких как Haas VF4. AX5 — конечное решение, приводящее ваш бизнес по обработке на следующий уровень.

ФИНИШИНГ: СНЯТИЕ ЗАУСЕНЦЕВ И ПОЛИРОВКА

Обработанные детали чаще всего требуют некоторой степени финишинга перед применением или продажей. Снятие заусенцев можно считать грубым финишингом и может включать шлифование или барабанную обработку в среде. Полировка — другой способ финишинга детали, особенно для косметических причин. Для литьевых/давиличных деталей также есть процесс дегейтинга, удаления бавьеры или шприца. Паллеты, используемые для транспортировки деталей в процесс обработки, также могут использоваться для транспортировки тех же обработанных деталей к станции снятия заусенцев или полировки.

КАЧЕСТВЕННАЯ ИНСПЕКЦИЯ И CMM

Многие производители также будут обязаны 100% инспектировать изготовленные компоненты на качество или соответствие жестким производственным спецификациям. Существует ряд инструментов для выполнения автоматизированной инспекции, среди них машинное зрение и Координатно-измерительные машины (CMM). Во всех случаях манипулирование деталями внутрь и наружу инструментов инспекции может быть автоматически выполнено с робо-манипулятором. Детали могут быть транспортированы к инспекционной станции теми же паллетами, используемыми для обработки.

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИДЕНТИФИКАЦИОННАЯ МАРКИРОВКА

Существует несколько техник маркировки готовых деталей моделью и серийными номерами. Среди них лазерная печать, точечное пеенение, RFID тегирование и струйная печать, в обратном порядке популярности.

АВТОНОМНЫЕ МОБИЛЬНЫЕ РОБОТЫ (AMR)

Еще один инструмент для оптимизации производства и снижения затрат на труд — Автономный мобильный робот (AMR). Это все еще развивающаяся технология для транспортировки продукции по заводу без необходимости конвейеров или ручных погрузчиков. AMR может перемещать продукт к станку из другого процесса или от станка в хранение, упаковку или отгрузку.

КАК ВЫБРАТЬ СИСТЕМУ?*

Успех в производстве всегда будет о прибылях, также известных как Возврат Инвестиций (ROI). Есть два элемента Возврата или Прибыли: Доходы минус Расходы. Расходы также можно разделить на две части: Прямые и Нагруженные (Накладные). Прямые расходы происходят на заводе и являются фактической стоимостью производства компонента. Прямые расходы также можно разделить на две части: труд и капитализация (амортизация). Труд включает не только часовую оплату, но также льготы, налоги на занятость и дополнительные затраты поддержки, включая риски безопасности. Повторяющийся и простой труд, который может быть заменен машиной, должен быть заменен для глобальной конкурентоспособности.

Некоторые цеха все еще остаются привязанными к своим традиционным путям, веря, что знакомые технологии увидят их через новые вызовы. Это не сработает — по крайней мере, не в сегодняшнем глобальном рынке. Признание новых технологий, таких как достижения в ЧПУ, является стратегическим решением, гарантирующим будущую конкурентоспособность компании.

Обоснование новых технологий — многошаговый процесс:

Шаг 1: Понимайте свои затраты
Используйте прозрачную систему калькуляции, оцените все факторы затрат, включая прямые «all-in» или полностью нагруженные трудовые затраты, оцените, как новые технологии могут улучшить денежный поток, и рассчитайте стоимость детали и влияние инвестиций в новые технологии на производственные затраты и возврат инвестиций.

Шаг 2: Понимайте потенциальные выгоды ЧПУ технологий
Некоторые измеримые выгоды включают повышение производительности, сокращение времени наладки и смены инструментов, улучшение времени работы, пропускной способности, уровня брака и затрат на инструменты, при снижении бремени затрат на обслуживание и подготовку работы.

Также важны неосязаемые выгоды ЧПУ: качество, точность и улучшенная чистота поверхности, без зависимости от мастерства оператора. Это также может повысить гибкость процесса, с быстрой сменой инструментов с стандартизированными вставками и точечной токарной обработкой вместо дорогих формовочных инструментов.

Шаг 3: Понимайте затраты старого оборудования
Старое оборудование означает более скромные эффективности, более длительные, чем планировалось, времена наладки, требующие исчезающих навыков для наладки и операции. Не менее важно, старое оборудование не может статистически удерживать допуски и производит чрезмерное количество бракованных деталей, нанося ущерб эффективности и добавляя к материальным затратам.

Расчет окупаемости
Существует несколько способов оценки окупаемости новых технологий. Анализ Возврата Инвестиций (ROI) может помочь вам принять хорошее решение о покупке дорогого или менее дорогого станка.

ROI анализ показывает, как инвестиция повлияет на денежный поток компании, основанный на доходах и расходах, связанных с проектом. ROI дается как процентная ставка возврата.

Компания, выполняющая ROI анализ, должна определить ставку возврата для инвестиции на основе стоимости проекта и влияния инвестиции на ее денежный поток. Как только ставка возврата определена, компания должна определить, является ли она приемлемой ставкой возврата. Обычно ставка возврата 20 процентов или более считается приемлемой.

Есть еще
Однако этот метод обоснования не учитывает важные технические и стратегические аспекты для поддержания конкурентоспособности. Качество, например, является одним из сегодняшних приоритетов для конечных пользователей. Этот фактор — хороший пример того, что не полностью распознается в ROI анализе. Качество зависит не только от типа используемого оборудования, но и от процесса, такого как изготовление деталей полностью в один шаг.

Помимо качества, есть ряд других выгод — неосязаемых выгод — которые будут иметь влияние на конкурентоспособность компании. Они могут быть так же важны, как влияние инвестиции на денежный поток. Учет этих других выгод — более долгосрочный подход к инвестициям, который может обеспечить выживание компании.

Пока метод ROI анализа традиционно использовался для анализа высокообъемных многогодовых проектов, он также может быть использован для анализа мудрости покупки станка для низкообъемного производства большой разновидности деталей за несколько лет. Приведенный пример был очень простым, и есть много дополнительных факторов, которые вы можете захотеть рассмотреть, такие как налоговые последствия касательно нового оборудования.

Наконец, ROI не обязательно то же самое, что рентабельность и конкурентоспособность. Рентабельность зависит от стоимости за час ставки рассматриваемого для покупки станка и от влияния неосязаемых выгод. В зависимости от решения компании по капитальным инвестициям, влияние на денежный поток может быть совершенно отличаться от долгосрочной конкурентоспособности и рентабельности.

Можно иметь высокий ROI и низкую рентабельность, и наоборот тоже верно.

Смотрите на покупку нового станка с обеих точек зрения. Выполните ROI анализ, и также посмотрите на долгосрочное влияние инвестиции. Хотя рентабельность может изначально быть выше при взгляде на менее дорогой станок; из-за долгосрочных выгод, покупка более качественного станка может быть наиболее благоприятным выбором для производителя точных деталей.

*Благодарности Джеффу Рейнерту из Index Systems в статье, опубликованной в: https://www.americanmachinist.com/cad-and-cam/article/21892337/justifying-investment-in-cnc-technology