EDM's nemen een grote stap naar onbeheerde erosie

Voor het automatiseren van EDM-processen is meer nodig dan alleen goede machines

EDMing is voor het grootste deel een onbeheerd, of op zijn minst licht bijgewoond proces. In tegenstelling tot CNC-draaibanken en bewerkingscentra, waar een kapotte frees 's nachts voor een echt slechte ochtend kan zorgen, vereist het zinken van een vormholte of het snijden van een snijmal weinig babysitten - waarom zou u de machine niet op zijn bezitten nadat iedereen voor vandaag naar huis is gegaan? Als de draad breekt, zal de EDM gewoon een nieuwe inrijgen. Als de 'trade' uitvalt, zal de besturing zijn best doen om te herstellen of gewoon alles afsluiten totdat zijn menselijke meester hem te hulp komt. Geen probleem.

Om EDM echt uit te lichten, is echter veel meer nodig dan auto-threaders en slimme schakelingen. Het betekent investeringen in robots die niet alleen elektroden in het zinklood laden, maar ze ook overbrengen van en naar een nabijgelegen bewerkingscentrum voor verwerking. Het betekent draadvonken met automatische slakkenverwijdering en draadwisselmogelijkheden. Het betekent bewaking op afstand, meetsystemen tijdens het proces en palletisering van onderdelen. Het betekent vooral een uitstekende organisatie en een streven naar continue verbetering. Het is een grote investering in zowel tijd als geld, maar voor iedereen die het wil aanpakken, is er geen reden waarom dure EDM-middelen niet de klok rond kunnen draaien.

Houd er grip op

Een van de gemakkelijkste stappen in elke automatiseringsreis is om een ​​robot voor een EDM van een zinklood te houden, waar hij een taak kan uitvoeren die op het eerste gezicht vreemd lijkt voor veel machinisten. "Veel klanten met robots gebruiken ze als gigantische gereedschapswisselaars", zegt Mike Bystrek, nationaal productmanager draadvonken bij MC Machinery Systems Inc. (Elk Grove Village, IL). "Een matrijsmaker kan enkele tientallen elektroden nodig hebben voor een grote holte, en een productiewinkel kan honderd of meer elektroden hebben die over meerdere banen lopen, dus het is gebruikelijk om hiervoor een robot te gebruiken in plaats van een carrousel of gereedschapswisselaar in rackstijl."

Een robot kan meerdere machines bedienen en elektroden van een EDM naar een grafietfrees of bewerkingscentrum brengen. Het kan elektroden naar een coördinatenmeetmachine (CMM) brengen voor kwalificatie voorafgaand aan de installatie, afgewerkte werkstukken naar die CMM brengen, wachten tot ze zijn gemeten en ze ofwel op de plank leggen of ze terugbrengen naar het zinklood voor aanvullende bewerking indien nodig. Het kan ook worden gebruikt om matrijsbodems of inzetstukken te vervangen, op voorwaarde dat ze passen binnen het draagvermogen van de robot.

"Dit laatste onderdeel hangt echt af van de grootte van het werkstuk", zegt Pat Crownhart, productmanager van MC Machinery National Sinker. "Hoe groter het werkstuk, hoe groter en duurder de robot, maar als algemene vuistregel geldt dat alles wat op een 12" (304,8 mm) vierkante pallet past waarschijnlijk een eerlijk spel is voor automatisering."

Beiden waren het erover eens dat het gebruik van robots toeneemt met zinkvonken, maar Crownhart gaf verschillende redenen waarom het veel minder vaak voorkomt op draadmachines, waarbij slakkenbeheer de belangrijkste is. "Bij traditioneel stans- en matrijswerk, of bij ruimtevaartonderdelen waar je een enorme hoeveelheid materiaal verwijdert, leent het zich meestal niet voor automatisering."

Een betere winkel bouwen

Ongeacht het type of merk EDM, degenen die hun apparatuur hebben geautomatiseerd, zien duidelijk een groot rendement. De doorlooptijden zijn korter. De kwaliteit van de onderdelen verbetert. En ondanks wat in eerste instantie een enorme investering lijkt, dalen de bedrijfskosten en groeien de winstmarges (vaak aanzienlijk) als automatisering op de juiste manier wordt geïmplementeerd.

Maar niet zo snel. Volgens John Bradford, VMC/EDM turnkey en automatiseringsmanager bij Makino Inc. (Mason, Ohio), moeten EDM-eigenaren en -operators hun metaalbewerkingsprocessen stabiliseren en vervolgens optimaliseren voordat ze een automatiseringsproject starten. Dit maakt niet alleen de weg vrij voor de volgende stap, maar maakt de winkel ook capabeler.

"We worden vaak benaderd door klanten die enthousiast zijn over de buzz," zei hij. "Ze willen weten hoe ze automatisering kunnen toepassen, maar begrijpen niet dat je eerst een consistent, betrouwbaar proces moet hebben - het automatiseren van een inefficiënt proces zal je niet efficiënter maken."

Brian Pfluger, productlijnmanager van Makino EDM, zei dat het bereiken van betrouwbare processen begint met een betrouwbare machine van hoge kwaliteit. “Zonder het juiste machineplatform, een platform dat in overeenstemming is met de gewenste onderdeelkwaliteit, zal het niet lukken om te werken in een verlichte omgeving. De massa van de machine, de positioneringsfeedbacksystemen, thermische stabiliteit - het zijn allemaal belangrijke componenten van de basis die nodig is om een ​​geautomatiseerde omgeving te bouwen.”

De trieste waarheid

Of het nu gaat om het afzinken van holtes, het draaien van assen of het frezen van zakken, de ongemakkelijke waarheid over onze branche is dit:het gebruik op stand-alone werktuigmachines is doorgaans niet beter dan 40%, en EDM is geen uitzondering. Het is waar dat winkels met een cyclustijd van een dag of winkels die elk jaar miljoenen van dezelfde widget maken, hogere waarden genieten, maar de trend naar steeds complexere onderdelen in lagere productievolumes, om nog maar te zwijgen van een voortdurend tekort aan geschoolde werknemers, betekent dat winkels moeten automatiseren of sterf.

Maar wat betekent automatisering eigenlijk? Zoveel mogelijk onderdelen op de tafel proppen en de machine uit laten lopen is één definitie, hoewel deze benadering leidt tot meer work-in-progress (WIP), laat staan ​​de mogelijkheid om een ​​bootlading onderdelen te slopen.

In een perfecte wereld is flow uit één stuk de regel. Insteltijden zijn net zo lang als nodig is om programma's te wijzigen, en de machine heeft geen mens nodig om die instelling uit te voeren. De armatuurkosten zijn veel lager dan in het zojuist beschreven scenario met hoge dichtheid van werkstukken, de klant kan onderdelen veel sneller hebben en er is nooit meer dan één slecht onderdeel.

Om dit doel te bereiken is herhaalbaar, zeer nauwkeurig gereedschap nodig, evenals een softwarepakket dat bewerkingsprocessen kan besturen. Denk na over elk stukje informatie dat nodig is om een ​​zinklood EDM op te zetten:de locatie van het onderdeel, de vorm en grootte van elke elektrode, hun baanpatronen en dimensionale en afwerkingsvereisten. Soortgelijke vereisten bestaan ​​voor de CMM die gebruikelijk is in elke geautomatiseerde cel, de freesmachine en zelfs de robot. Dit alles moet nu automatisch worden beheerd en het resulterende "digitale pakket" moet elk onderdeel vergezellen terwijl de robot het in de machine verplaatst.

"Gegevensbeheer is een cruciaal aspect van automatisering", zegt Bradford. "Het doel hier zou moeten zijn om operators volledig uit de fysieke omgeving te verwijderen en ze over te planten naar een virtuele omgeving - zittend voor een computerscherm waar ze taken kunnen plannen en plannen, programma's kunnen schrijven en hun kennis kunnen invoeren in een procesplan. Het resultaat is een veel hogere uptime dan wanneer u voor een bewerkingsmachine staat en deze informatie handmatig invoert.”

Winkels luisteren. Van alle EDM-apparatuur die Makino het afgelopen jaar aanhaalde, behaalde die met automatisering een winstpercentage dat bijna drie keer zo hoog was als dat van stand-alone machines. "Afgezien van de complexiteit, kun je niet discussiëren over de bezettingsgraad", legt Pfluger uit. "Waar een stand-alone machine 35% uptime zou kunnen halen, zal basisautomatisering je op ongeveer 60% brengen, en als je een celcontroller aan de mix toevoegt, kijk je naar 80% of hoger."

De factor mensen

Al dit gepraat over automatisering maakt EDM-operators misschien nerveus over hun werk, maar Bob Ianitelli, president en COO van Belmont Equipment and Technologies Co., (Madison Heights, MI) zei dat er weinig aan de hand is. "Robots kunnen niet alles doen, en in veel gevallen is het voordeliger om een ​​menselijke operator in te zetten", zei hij. “We werken bijvoorbeeld met lucht- en ruimtevaartbedrijven die twee of drie ploegen draaien. Ze hebben voldoende gekwalificeerde mensen in huis, dus de directe noodzaak om te automatiseren is er misschien niet. Automatisering moet echter worden overwogen wanneer een winkel extra output nodig heeft, maar niet de geschoolde arbeidskrachten kan vinden die nodig zijn om apparatuur buiten de normale werkuren te bemannen.”

Net als bij de andere bronnen in dit artikel, merkte Ianitelli op dat 2018 een uitstekend jaar was voor automatisering, "meer dan enig ander", zei hij. Veel hiervan is te wijten aan het tekort aan mensen, evenals de sterke vraag die velen in de industrie momenteel ervaren. Om een ​​lang verhaal kort te maken, de behoefte aan automatisering zal niet snel verdwijnen.

Ianitelli was het eens met de aanbevelingen die tot nu toe zijn gedaan voor zeer nauwkeurige gereedschappen, eersteklas verbruiksartikelen en betrouwbare apparatuur, maar wees op een overweging die over het hoofd kan worden gezien:brandbestrijding. "Bij machines die een oliediëlektricum gebruiken, is er een brandpotentieel", zei hij. "Dit is misschien niet zo'n groot probleem als er een operator aanwezig is en toegang heeft tot een brandblusser, maar elke verlichting die onder water wordt uitgevoerd, moet investeren in een hoogwaardig brandbestrijdingssysteem. Klanten dienen bij hun gemeente te informeren naar codes en beperkingen, aangezien deze kunnen variëren.”

Afhankelijk van de complexiteit kunnen de kosten van deze systemen aanzienlijk zijn, maar net als bij de rest van de automatiseringsinvestering zijn ze gemakkelijk te rechtvaardigen. "Elke winkel is anders en er zijn natuurlijk veel variabelen waarmee u rekening moet houden voordat u grote uitgaven doet aan gereedschap, robots, softwaresystemen en al het andere", legt Ianitelli uit. “Dat gezegd hebbende, veel van onze klanten verdienen hun investering in twee jaar terug, anderen in slechts zes maanden. Het hangt allemaal af van de toepassing en wat je probeert te bereiken.”

Laat de tank vallen

Evan Syverson, marketingmanager bij Sodick Inc. (Schaumburg, IL), waarschuwt winkels om zichzelf grondig te informeren voordat ze de trekker overhalen voor een automatiseringsinvestering. “EDM is al een behoorlijk onbemand proces; automatisering brengt het alleen maar naar een hoger niveau”, zegt hij. “Het belangrijkste is om uw vereisten te beoordelen en ervoor te zorgen dat u over de juiste apparatuur voor de klus beschikt. Ik bezocht onlangs een winkel die ervan overtuigd was dat ze een complete lineaire productiecel nodig hadden. In werkelijkheid hadden ze alleen een relatief eenvoudige robot nodig om hun zinklood met elektroden te voeden. Ze hadden veel meer kunnen uitgeven dan nodig was.”

Het is ook geen vereiste dat winkels in een nieuwe machine investeren, op voorwaarde dat een oudere EDM mechanisch nog steeds in orde is, functies heeft zoals een droptank voor gemakkelijke toegang tot de robot en een manier om op afstand te monitoren. Breng het dan in ieder geval in de automatiseringsvouw.

"Je kunt alles automatiseren wat je wilt, maar als er niemand is om je te vertellen dat er iets fout is gegaan of wat de status is, verlies je kostbare machinetijd", zegt Syverson. “Dit is een gebied waar het Industrial Internet of Things (IIoT) een grote impact heeft. Het is nu veel gemakkelijker om apparatuur op afstand te beheren, taken in te plannen en alles beter bij te houden; winkels worden veel flexibeler, efficiënter en het opent veel deuren voor mensen.”

Recht en smal

Syverson zag in dat zijn klant geen lineaire productiecel nodig had, maar dat geldt niet voor alle EDM-winkels. Fred Holzmacher, regiomanager bij Erowa Technology Inc. (Arlington Heights, IL), zei dat er goede redenen zijn om in een dergelijk systeem te investeren.

"Grotere mallenwinkels en degenen die meerdere apparaten willen automatiseren, vinden lineaire cellen kosteneffectiever", zei hij. “Ervan uitgaande dat je het werk hebt om de robot bezig te houden en de cyclustijden lang genoeg zijn om elke machine te onderhouden, worden de totale investeringen verminderd. Je kunt klein beginnen en het uitbreiden naarmate je behoeften groeien door een paar voet spoor aan het ene uiteinde toe te voegen. Het is gemakkelijk om dezelfde robot te gebruiken op een zinklood, een draad, een elektrodefrees - elke machine die hetzelfde gereedschapsplatform gebruikt. En lineaire cellen worden doorgaans geleverd met een celcontroller, waardoor de planningsflexibiliteit en het gebruiksgemak aanzienlijk worden vergroot.”

Dit laatste punt is vooral belangrijk voor winkels die moeite hebben om bekwame operators te vinden, en dat zijn ze tegenwoordig vrijwel allemaal; omdat celcontrollers zijn uitgerust met geavanceerde software, wordt het aanpassen aan veranderende workloads eenvoudiger. "Stel dat uw klant zojuist heeft gebeld en heeft gezegd dat de lijn niet werkt en wil weten hoe snel hij een vervangend onderdeel kan krijgen", legde hij uit. “Met een celcontroller pak je gewoon de volgende taak op het scherm en laat je deze vallen waar je maar wilt. De software doet de rest.”

Zonder celcontroller moet deze dagelijkse activiteit worden beheerd door een mens - iemand die begrijpt welke taken waar kunnen worden uitgevoerd en naar de productievloer gaat en de robot herprogrammeert. Met een celcontroller worden productiewachtrijen met tientallen of zelfs honderden verschillende opdrachten eenvoudig beheerd en worden kostbare fouten vermeden.

"Je krijgt echt meer waar voor je geld met een lineair systeem", zei Holzmacher. “Dankzij de controller krijg je een hoger intelligentieniveau dan een standaardrobot. U kunt taken langer uitstellen en het is gemakkelijker om te beslissen welke machines welke taken uitvoeren en wanneer. Dat wil niet zeggen dat stand-alone robots hun plaats niet hebben – we verkopen er nog steeds veel van – maar lineaire systemen brengen je naar een hoger niveau.”

De Kool-Aid drinken

Mark Cicchetti is erbij geweest en heeft dat gedaan. Voordat hij zijn baan opnam als technisch directeur voor de EDM-divisie bij Absolute Machine Tools Inc. (Lorain, OH), had Cicchetti zijn eigen winkel, waar hij met veel van dezelfde problemen te maken kreeg als zijn huidige klanten. Zijn advies? Perfectioneer uw processen zoveel mogelijk voordat u automatisering achterna gaat.

"We begonnen met het installeren van hetzelfde werkstukopdruksysteem op elke machine in de winkel," zei hij. "Je kunt een onderdeel of elektrode van de draad naar het zinklood, de molen naar de molen, de draaibank naar de CMM brengen en dit doen zonder het te verplaatsen."

Dankzij gestandaardiseerde werkstukopslag konden Cicchetti en zijn team alle ongeveer 600 taken per maand offline vooraf instellen op een CMM - niet meer aanraken in de machine. Het stelde hen in staat om bij elke stap in het productieproces eenvoudig te verifiëren dat onderdeelkenmerken overeenkwamen met de CAD-gegevens - geen inspectie-inrichtingen meer, geen tijd meer verloren bij het ophalen van datumpunten. En omdat ze nu altijd wisten waar alles was, konden processen offline worden gesimuleerd, de resulterende programma's en offsets gebundeld in een mooi pakket dat klaar was om te uploaden naar de bewerkingsmachine.

De bottom line is dit:gestandaardiseerde werkstukopspanning stelde Cicchetti in staat het gebruik van EDM te verhogen van 3.500 uur per jaar tot meer dan 5.000 uur, zonder te automatiseren.

"In plaats van drie mannen die elk twee machines installeerden, had ik nu een man die zes machines installeerde en het in ongeveer een vijfde van de tijd voor elkaar kreeg", zei hij. "We hebben dat allemaal gedaan zonder een robot - als we er een hadden gehad, zouden de resultaten nog beter zijn geweest."

Eerst eerst

De ironie van dit alles is dat, nu Cicchetti aan de andere kant van het hek staat, hij winkeleigenaren en managers uitdaagt om hun processen te heroverwegen om het machinegebruik te verbeteren en naar automatisering toe te werken. "Het is niet ongebruikelijk dat we een machine verkopen en de klant het jaar daarop voor een tweede laten terugkomen", zei hij. "Als ze me vertellen dat ze maar 3.500 uur hebben geklokt, stel ik voor dat het een beter idee is om hun productieprocessen eens goed te bekijken."

In de regel daalt het gemiddelde gebruik op de tweede machine en nog meer op de derde, legt Cicchetti uit. Maar door vooraf de juiste tooling te gebruiken, wordt alles gestroomlijnd. Het legt discipline op de werkvloer en maakt de weg vrij voor maximale machinebezetting. Herhaalbaarheid is gegarandeerd. En als automatisering dan zin heeft, zijn de winkel en zijn mensen er klaar voor.

"Je kunt machines toevoegen, je kunt gereedschap toevoegen, maar als je de processen en de verantwoordelijkheden van alle betrokkenen niet optimaliseert, zul je nooit succesvol zijn", zei hij. “De hele cultuur moet veranderen. Zonder een visie, een paradigmaverschuiving, zal de overgang naar geautomatiseerde productie veel moeilijker zijn. Maar voor degenen die het kunnen bereiken, is automatisering een fluitje van een cent.”