Революция в электроэрозионной обработке: более быстрая и эффективная автоматизация в эпоху Индустрии 4.0

Хотя электроэрозионные станки (ЭЭО) обеспечивают высокие допуски, способны обрабатывать практически любые металлы и идеально подходят для тонких или хрупких деталей, квалифицированных операторов для таких станков становится всё труднее найти, а роботы не всегда могут заполнить этот пробел. Автоматизированные процессы в станках, новые конструкции и функции Индустрии 4.0 помогают решить эту проблему.

Эрик Остини, менеджер по продуктам компании GF Machining Solutions (Линкольншир, штат Иллинойс), чей отец и дед работали с электроэрозионной обработкой, рассказал: «После окончания учебы я думал, что знаю всё об ЭЭО, но мой отец сказал, что через несколько лет в профессии я пойму, что ничего не знаю, потому что раньше операторы могли слушать генератор и понимать, что нужно отрегулировать на станке. Сегодня всё автоматизировано. Вы не знаете, что приходилось делать раньше, чтобы заставить эти станки работать. Вы просто нажимаете кнопку, и они работают».

Производители станков сделали так, чтобы операторам не нужно было понимать «что» и «почему» происходит внутри, тем самым компенсируя их нехватку знаний и опыта.

«Мы делаем процессы более автоматизированными не только потому, что технологии движутся в этом направлении, но и из-за квалификации людей, которые используют это оборудование», — добавил Остини. «Хороших операторов очень трудно найти. Если можно сделать станок более автоматизированным, чтобы он мог выполнять много задач, которые делает хороший оператор, то даже посредственный оператор сможет проявить себя».

В компании Belmont Equipment and Technologies (Мэдисон-Хайтс, штат Мичиган) была разработана собственная схема для мультиконтактного 감지 деталей на приспособлении заказчика, которая проверяет правильность загрузки деталей путем касания датчиков, исключая ошибочную загрузку и трудоемкое вмешательство оператора в процессе наладки.

Также компания разработала программное обеспечение для обработки, использующее встроенные технологии с возможностью их редактирования для создания пользовательских настроек под конкретные применения. «В зависимости от способностей или знаний оператора станки сделаны так, чтобы новичок мог управлять станком с предустановками, а мастер — настраивать параметры под конкретные задания, которые затем может выполнять любой следующий оператор», — сказал Тони Тилл, вице-президент по операциям Belmont.

Паллеты для деталей и электродов

Как и другие типы станков, электроэрозионные машины могут использовать паллетные сменщики для автоматизации производственного процесса, утверждает Грег Лангенхорст, технический менеджер по маркетингу MC Machinery Systems Inc. (Элк-Гров-Виллидж, штат Иллинойс), полноценного дистрибьютора станков, включая электроэрозионные станки Mitsubishi. «При использовании любых автоматизированных наладок для нитевой или копировальной электроэрозионной обработки заготовки — как для электродов копировальной обработки, так и для деталей — обычно устанавливаются на инструментальную базу с опорными поверхностями. Например, электрод копировальной обработки может быть установлен на инструментальную паллету. Графит отправляется на фрезерный станок для обработки, затем автоматически перемещается и устанавливается в патрон для контроля на КИМ».

Для автоматизированного производственного нитевого электроэрозионного реза меньших деталей станки Mitsubishi используют шестиосевого робота Mitsubishi для обмена заготовками в электроэрозионном станке. В этой шарнирной системе заготовка может быть вертикальной или горизонтальной, верхней стороной вверх или вниз или под углом, так как робот может обеспечивать такую артикуляцию.

«Для крупногабаритных заготовок мы используем роботов System 3R или Erowa. Обычно эти устройства имеют фиксированный плоский захват, который берет заготовку из инструментальной стойки и устанавливает её на стол станка в точно той же ориентации. Роботу потребовался бы переворачивающийся или поворотный захват для загрузки головки и стола на копировальный станок или для установки подвешивающихся графитовых заготовок на стол графитового фрезерного станка», — сказал Лангенхорст.

Робот Erowa Compact 80 — относительно новое решение, которое может обменивать электроды и заготовки на копировальном электроэрозионном станке по оси Z. Он обрабатывает паллеты размером до 11,8 × 11,8 дюйма (300 × 300 мм) с деталями весом до 176 фунтов (80 кг). «Его можно использовать для создания рабочей ячейки, если поставить его между графитовым фрезерным станком и копировальным электроэрозионным станком», — сказал Лангенхорст. «Он может загружать графитовые заготовки во фрезерный станок и извлекать готовые электроды, а затем загружать заготовки на копировальный станок и брать электроды прямо из фрезерного станка, сразу направляя их в работу».

Он отметил, что один из клиентов MC Machinery — формовочный цех, использующий большие прямоугольные рамочные приспособления. «Они могут загрузить одну большую деталь или несколько заготовок на эту раму/стол, как обычно делают на электроэрозионном станке для ночной или выходной смены. Станок снимет одну раму с четырьмя или пятью разными готовыми деталями и установит другую загруженную раму. Заготовки предварительно настраиваются вне станка на раме/столе, чтобы они были все квадратными и точными. Затем все нулевые точки могут быть определены на КИМ и переданы на станок для загрузки с программой обработки, чтобы сэкономить машино-время, или измерены один раз после загрузки на станок нитью перед запуском программы».

Для повышения возможностей даже неспециалистов компания Makino Inc. (Обёрн-Хиллз, штат Мичиган) недавно выпустила набор функций удаленного мониторинга под названием HyperConnect и разработала несколько функций в существующей системе управления Hyper-i для улучшения возможностей оператора, включая функцию E-Tech Doctor, которая захватывает знания и опыт продвинутого оператора и преобразует их в легко используемую функцию для операторов любого уровня квалификации.

«Повышение интеллекта и возможностей наших адаптивных энергетических технологий помогает снизить требуемый уровень квалификации оператора для достижения высоких результатов», — сказал Брайан Пфлюгер, менеджер по продуктам EDM в Makino. «Станок способен делать больше самостоятельно, имея более надежные самоадаптивные возможности, что освобождает операторов для переключения их времени на другие цеховые занятия».

Если производитель использует роботы, некоторые серии нитевых и копировальных электроэрозионных станков компании Sodick Inc. (Шаумбург, штат Иллинойс) оснащены сегментированными дверями опускаемого бака, чтобы сделать внутреннее пространство станков доступным для манипуляторов роботов. «Чем больше процессов можно автоматизировать, тем операторы могут заниматься более важными вещами или делать больше вещей одновременно», — сказал Эван Сайверсон, менеджер по развитию аддитивного бизнеса в Sodick.

Чтобы сделать свои электроэрозионные станки проще и легче в управлении, MC Machinery Systems создала систему на базе знаний. Например, нитевой электроэрозионный станок использует разные диаметры нити и обрабатывает разные типы и толщины материалов заготовок. «Для каждого типа задания у нас есть так называемые E-Packs — это настройки мощности, значения скорости подачи и значения компенсации реза, связанные с конкретными заданиями. Таблица данных в системе управления станка содержит всю эту информацию, поэтому оператору нужно только ответить на вопросы на пульте управления, чтобы выбрать тип нити, материал заготовки и толщину, а также требуемую точность и чистоту поверхности. Станок сам все рассчитывает. Будет ли это один проход или пять проходов, станок делает всё сам.

«У нас также есть ползунок на пульте управления, который предлагает выбор между скоростью слева и точностью справа», — продолжил Лангенхорст. «Когда вы сдвигаете ползунок вправо, станок замедляется и углы становятся точнее. Если вам не нужна высокая точность и нужна скорость, сдвиньте его полностью влево. Если нужно что-то среднее, можно выбрать промежуточное положение».

Создание систем управления для роботов

Когда Остини из GFMS сказал, что оператор с базовыми знаниями электроэрозионной обработки должен просто нажать кнопку, чтобы заставить станок работать, он имел в виду это буквально. Благодаря программным изменениям оператор может отрегулировать настройку мощности нажатием одной кнопки в зависимости от того, что он хочет сделать.

Если оператор хочет резать на 10–15% быстрее стандартного режима, он нажимает кнопку, и программное обеспечение корректирует все настройки генератора. Наоборот, сказал Остини, допустим, пятница, время уходить домой. Оператор нажимает кнопку, и станок переходит в консервативный или экономный режим. В этом случае нить замедляется резко.

Раньше это создавало неточности в детали, сказал Остини. «Но поскольку мы разработали технологию вокруг этой настройки, мы скорректировали генератор так, что сохраняем ту же точность, но он экономит 30–35% расхода нити». GFMS добавила аналогичную одно-кнопочную автоматизацию и на копировальной стороне.

GFMS также добавила функции измерения и валидации на электроэрозионных станках с использованием оптических прицелов и зондов Renishaw, чтобы убедиться, что оператор правильно настроил задание. После резки зонд и прицел могут быть использованы снова для валидации задания перед извлечением заготовки.

«Например, в наших станках CUT 1000 есть система под названием IVU [интегрированный блок зрения], которая измеряет, что было отрезано, и сообщает до извлечения детали со станка, была ли деталь отрезана правильно», — сказал Остини. «Если нет, то либо вы исправляете это прямо там, либо отправляете в брак».

Belmont Equipment and Technologies предлагает разные модели, разработанные вокруг уровней автоматизации, которые клиент может захотеть сейчас или в будущем. «Это может включать решения от полностью роботизированной под-ключ системы до предварительно проводной конструкции с механическими изменениями, позволяющими легко добавить автоматизацию позже», — сказал Тилл.

Индустрия 4.0 и анализ данных

Пока квалифицированные операторы трудно найти, некоторые элементы Индустрии 4.0 помогают компенсировать разницу, создавая эффективность в операциях. Среди целей Индустрии 4.0 — создание возможности сбора данных станков, которые можно анализировать для выявления проблем.

«Многие клиенты ищут обратную связь по данным, которая даст им знание процесса для анализа того, как управлять своими станками максимально эффективно», — сказал Тилл. «Наряду с этим это позволяет им выявлять проблемы до их возникновения. Существует несколько автономных программных пакетов, которые занимаются аналитической стороной, мы работаем с клиентами, чтобы установить необходимые связи для обратной связи».

Поиск неисправностей — ключевая часть Индустрии 4.0, согласился Остини. «Как только вы что-то видите, вы хотите знать, почему, — сказал он. — И именно здесь аналитика должна стать более интуитивной». Он привел пример владельца цеха, смотрящего на то, как долго станок резал по сравнению с простоем. Он замечает в данных, что в 16:00 станок чаще простаивает, чем работает, и спрашивает, почему.

«Именно тогда нужно иметь возможность посмотреть на другие данные», — сказал Остини. «Это может быть техническое обслуживание, или простой из-за аварии, или простой, потому что оператор настраивает деталь». Компания в Индиане сделала это и заметила постоянный сбой в течение недели. Они посмотрели на данные и отметили, что это происходит при смене смены. Производительность падала, потому что уходящий оператор оставлял задание в станке, а приходящий не знал, что это, и ему приходилось разбираться. В результате компания добавила 15 минут к каждой смене, чтобы создать перекрытие, и два оператора могли проводить передачу смены. Компания оценила изменение через год и поняла, что сэкономила 100 000 долларов, даже учитывая дополнительную оплату оператора.

Плавающие датчики предотвращают проливы

Sodick сделала свои электроэрозионные станки доступными для роботов и сделала доступ для людей более удобным с помощью дверей опускаемого бака. Эта функция есть в серии нитевых электроэрозионных станков ALN и серии копировальных станков AG.

«Это особенно полезно с точки зрения автоматизации, потому что вместо того чтобы кто-то физически открывал дверь, дверь достаточно низкая, чтобы робот мог зайти и сменить инструмент или заготовку», — сказал Сайверсон.

Благодаря многосегментным стенкам двери, которые опускаются одна в другую, бак можно открыть частично. Это позволяет операторам получить доступ к заготовке, не полностью сливая бак и не открывая дверь полностью. Также дверь имеет плавающий датчик, сказал Сайверсон. «Так бак наполняется диэлектрикой во время обработки, и вы очевидно не хотите опускать дверь с полным баком жидкости. Если уровень воды слишком высок, она остановится на уровне воды, а не продолжит идти вниз, предотвращая случайный пролив».

Серия копировальных станков AG оснащена охлаждаемыми линейными двигателями и опцией оси C, которая может вращаться со скоростью до 2000 об/мин.

В Makino более новые станки способны делать больше самостоятельно. Опции могут включать автоматические сменщики инструментов для копировальных электроэрозионных станков и систему автоматической нитевой наладки для нитевых электроэрозионных станков, оба варианта продлевают бесперебойную работу станка. Высокоуровневая автоматизация обычно включает использование робототехники для обмена заготовками для повышения использования станка и может включать обслуживание нескольких станков одним роботом.

Новый HyperConnect предоставляет четыре функции для улучшения удаленного доступа и сетевого взаимодействия, когда станки подключены к внутренней сети. С EDM Mail станок может отправлять электронные обновления о статусе станка, включая остановку станка, чтобы минимизировать простой и потерю производства. С EDM Viewer оператор может удаленно мониторить и получать доступ к управлению станком на ПК или умном устройстве. Это позволяет оператору «видеть» точно, где и что делает станок во время бесперебойной работы. С Machine-to-Machine Viewing оператор может просматривать любое другое сетевое управление Hyper-i непосредственно с пульта управления станка, не покидая рабочее место. А с PC Viewer оператор может получать доступ и отображать любую программу и данные с сетевого ПК на 24-дюймовом (610 мм) дисплее станка. Эта функция позволяет оператору выполнять все задачи, необходимые для управления станком, с пульта Hyper-i, включая другое специализированное программное обеспечение, такое как Microsoft Office или специализированное САПР/КАМ.

Помимо уже упомянутого E-Tech Doctor, Makino разработала несколько других функций системы управления Hyper-i, включая несколько консервированных циклов подбора (включая выравнивание заготовки без необходимости внутренних зондов), верификацию измерений, отслеживание и отчетность об использовании станка.

«Идея функции отслеживания использования — предоставить цеху необходимые инструменты для мониторинга эффективности и эффективности их текущих процессов, что является распространенной областью недостатков для большинства цехов», — сказал Пфлюгер. «Этот новый инструмент отслеживания предоставляет средства для измерения использования станка 24/7 и выявления областей для улучшения».