Automatisering in toepassingen voor draaien met hoge mix en laag volume

Automatisering voor draaitoepassingen bestaat al tientallen jaren; staafaanvoer, portaalladers en robotladers zijn reguliere automatiseringsapparaten. Het zijn allemaal effectieve tools voor toepassingen met een gemiddeld tot hoog volume. Maar door zich aan te passen aan de druk van de markt, worden CNC-fabrikanten voortdurend gedwongen om kleinere batches te produceren en een breder scala aan onderdeelvormen en -afmetingen te verwerken. Deze vooruitgang brengt nieuwe uitdagingen met zich mee:

• Hoe beïnvloeden kleinere batches de optimale automatiseringskeuze voor draaitoepassingen?
• Welk type automatisering is het meest geschikt voor het verwerken van verschillende afmetingen en vormen van onderdelen?
• Wat zijn enkele praktische tips om het maximale uit de investering in apparatuur te halen?

De behoefte aan automatisering

Laten we even een stapje terug doen en kijken naar het basisdoel van automatisering op de werkvloer. Zorgt het voor een verhoogd gebruik van apparatuur? Hogere productiecapaciteit? Lagere productiekosten? Lagere arbeidskosten?

De meeste managers van machinefabrieken zouden zeggen dat de echte reden - de nummer 1 drive om te automatiseren - het gebrek aan betrouwbare, gekwalificeerde arbeidskrachten is. Zonder de arbeid om het bedrijf te runnen, wordt het een kleiner bedrijf of gaat het failliet. Het verminderen van de arbeidsbehoefte zou voorop moeten staan ​​bij elk automatiseringsproject, vooral in high-mix, low-volume productie.

Maar veel managers van machinefabrieken zeggen dat ze terughoudend zijn om te investeren in apparatuur die arbeid vermindert. De reden voor deze beslissing is waarschijnlijk te wijten aan de neiging om de arbeidskosten te onderwaarderen en de kosten van apparatuur te overschatten.

Een CNC-machine van $ 250.000 lijkt misschien duidelijk duurder dan een operator van $ 15 / uur. Als we echter de kosten van uitkeringen, belastingen en training optellen, bedragen de nettokosten van de operator ongeveer $ 21 per uur. Als er echter geen arbeid beschikbaar is om het bedrijf te laten groeien, is de waarde aanzienlijk hoger. Door de kosten van de CNC-machine af te schrijven over een periode van 15 jaar en de kosten van financiering, onderhoud, stroom en huur toe te voegen, kost de CNC-machine ongeveer $ 3 per uur om 24 uur per dag, zeven dagen per week, 365 dagen per jaar. Investeringen die de arbeidsbehoefte verminderen, kunnen vooraf een hoog prijskaartje hebben, maar bieden meestal een uitstekend rendement.

Hoge mix, laag volume

Hoge mix betekent veel verschillende soorten onderdelen:staven, assen, slugs, knuppels, gietstukken en smeedstukken met veel verschillende soorten functies.

Low-volume staat voor kleine batchhoeveelheden. Maar de definitie van "klein" hangt af van wie het vraagt. In plaats van te focussen op het aantal stuks in een batch, is het vaak beter om te overwegen hoe lang het duurt om de batch te draaien, of misschien welk percentage van de batchtijd het instellen inhoudt. Als de insteltijd meer dan 10 procent van de looptijd van de batch bedraagt, bevindt de taak zich op het gebied van productie in kleine hoeveelheden.

Deze definities zijn van belang omdat high-mix productie afhankelijk is van flexibele productieapparatuur, terwijl low-volume productie een korte insteltijd moet hebben. Wanneer de productie een hoge mix en een laag volume heeft, kan het een uitdaging zijn om de beste apparatuurkeuze te maken. Winkels moeten naar het grote geheel kijken en zorgvuldig de kosten en beschikbaarheid van arbeid afwegen tegen de kosten van apparatuur. Het zal hen helpen betere keuzes te maken in de soorten draaibanken en automatisering die het beste werken voor een bepaalde faciliteit.

Draaibankopties voor hoge mix, laag volume

Het onderschatten van de noodzaak om arbeid te verminderen is de grootste fout die winkels maken bij het kiezen van een draaibank voor high-mix, low-volume productie. Ze schuwen vaak de freescapaciteiten ten gunste van het toevoegen van een bewerking aan een bestaande molen. De extra kosten voor de subspil, snelwisselgereedschap of klauwplaten kunnen ervoor zorgen dat deze functies onnodige luxe lijken.
Maar winkelmanagers hebben zelden spijt van het kopen van dure opties die arbeid verminderen. Machineopties die de arbeid van de machinist verminderen, hebben bijna altijd een hoge ROI. Snelwisselbekken, snelwisselspantangen en snelwisselgereedschap moeten worden geïnstalleerd op elke draaibank die hooggemengd werk met een laag volume uitvoert. Opties die de flexibiliteit bieden om onderdelen in één enkele machine te draaien, eenmalig, zullen ook een geweldige ROI hebben.

De 'must-have' subspil

Bijna alle gedraaide onderdelen vereisen twee bewerkingen. Bij het automatiseren van draaibanken is de subspil een bijzonder voordelige optie, waarvan de waarde vaak over het hoofd wordt gezien of verkeerd wordt begrepen. Zelfs als de draaibank alleen staafwerk doet en de subspil alleen de verwijdering van de afsteekknobbel toestaat, zal de subspil zichzelf terugbetalen gedurende de levensduur van de machine in plaats van een operator die de onderdelen herlaadt of de kern met de hand afslijpt.

Het automatiseren van een opspantoepassing is waar een subspil echt zijn vruchten afwerpt. Zonder subspil kan een typische robot- of portaallader slechts één bewerking tegelijk uitvoeren. Nadat de eerste bewerking is voltooid, moet de operator de spanklauwen instellen voor de tweede bewerking, de onderdelen omdraaien en de onderdelen weer in de invoer laden.

Bij de beslissing om een ​​subspil toe te voegen, moeten de volgende vragen in overweging worden genomen:

• Zullen alle te maken onderdelen in de invoer worden geplaatst met de afbeelding naar beneden aan de afgewerkte kant?
• Moeten de onderdelen worden geklokt van de eerste tot de tweede bewerking, en zal de invoer in staat zijn om de boeking op betrouwbare wijze te handhaven?

Als het antwoord op een van deze vragen nee is, moet de tweede bewerking zonder subspil met de hand worden geladen, waardoor de arbeidskosten en de productiekosten toenemen.

Stafaanvoer, portaal of robotlader

Over het algemeen bepaalt het type werk dat voor de machine is gepland, het type automatisering dat moet worden gekozen. Hoge mix betekent dat flexibiliteit nodig is voor een verscheidenheid aan verschillende maten en vormen van onderdelen. Een laag volume vereist korte insteltijden om kleine batches te verwerken. Helaas is er geen duidelijke automatiseringsbeslissing voor toepassingen met een hoge mix en een laag volume. De beste keuze wordt meestal bepaald door de reeks onderdelenmix die de automatisering moet ondersteunen.

Staafaanvoer is de meest populaire automatiseringskeuze voor draaibanken. Ze zijn eenvoudig, betrouwbaar en betaalbaar. De belangrijkste beperking van de staafaanvoer is de onderdeelgrootte, met een maximale diameter van ongeveer 4,75 inch. Voor toepassingen met een hoge mix en een laag volume bieden servo-aangedreven staafaanvoersystemen in magazijnstijl over het algemeen het breedste scala aan staafformaten met de kortste insteltijden. Voor werk dat voornamelijk binnen de beperkingen van de staafaanvoer valt, is het een moeilijk te verslaan keuze.

Portaalladers zijn een andere beproefde automatiseringstechnologie voor draaibanken. Portaalladers zijn vaak rechtstreeks verkrijgbaar bij de fabrikant van de draaibank als een geïntegreerde oplossing, zodat u zich minder zorgen hoeft te maken over het combineren van een gecompliceerd stuk automatiseringsapparatuur met een gecompliceerde CNC-draaibank. Qua functie werkt een portaallader veel als een robotlader:hij pakt een onderdeel uit de invoer, laadt het onderdeel in de klauwplaat, pakt het onderdeel uit de klauwplaat wanneer de bewerking is voltooid en plaatst het onderdeel in de uit voer. Een portaallader wordt doorgaans geconfigureerd met een dubbele grijper om de efficiëntie te verhogen. Met een dubbele grijper kan de robot het zojuist voltooide onderdeel lossen terwijl het volgende onderdeel in de andere grijper wordt vastgehouden.

Portaalladers kunnen over het algemeen worden geconfigureerd om assen of opgespannen werkstukken te laten lopen. Insteltijden kunnen relatief kort zijn tussen vergelijkbare onderdelen, maar kunnen behoorlijk lang zijn om van een 2-inch bij 15-inch lange schacht naar een 6-inch diameter puck te gaan. Een andere beperking van portaalladers is dat ze bepaalde afmetingen en vormen van onderdelen misschien helemaal niet aankunnen. Portaalladers gebruiken vaak een stapellader voor pucks waarbij het ruwe materiaal en de afgewerkte onderdelen op elkaar moeten worden gestapeld.

Robotladers waren een paar jaar geleden alleen beschikbaar met volledig op maat gemaakte systemen. Dit waren dure systemen, gericht op toepassingen met een hoog volume en over het algemeen niet goed geschikt voor de eisen van een hoge mix, een laag volume. Tegenwoordig hebben een aantal nieuwe technologische ontwikkelingen robotladers tot een aantrekkelijke automatiseringsoptie voor draaibanken gemaakt voor toepassingen met een hoge mix en een klein volume.

Cobot-lader

Collaboratieve robots, of cobots, zijn een populaire optie geworden omdat ze geen speciale veiligheidsmaatregelen vereisen, draagbaar zijn en relatief eenvoudig te programmeren zijn. Een nieuwe cobot uitpakken en toevoegen aan een productieve high-mix, low-volume automatiseringsmachine kan echter een ontmoedigende taak zijn. Het monteren van grijpers en het ontwerpen en bouwen van een invoer- en uitvoerinvoer, deuropeners en een interface naar de CNC zijn geen triviale taken. In theorie kan een cobotloader een scala aan onderdeelvormen en -afmetingen verwerken; de effectiviteit ervan hangt echter af van hoe de invoer, de uitvoer en de grijper zijn ontworpen. De insteltijden zijn afhankelijk van dezelfde factoren, maar zijn waarschijnlijk aanzienlijk langer op een systeem van eigen bodem dan op een 'automatiseringsproduct'.

Robot-in-a-Box-lader

Robot-in-a-box (RIB) is een nieuwe automatiseringscategorie die snel aan populariteit wint in de markt. Een RIB combineert een industriële robot met een geïntegreerd veiligheidssysteem, grijpers, flexibele invoer en uitvoer en een standaard interface naar populaire CNC-machines. RIB's zijn meestal voorgeprogrammeerd en hebben een eenvoudige gebruikersinterface die een operator in slechts een paar uur kan leren. Een RIB heeft doorgaans een invoer-/uitvoersysteem dat flexibeler is dan een portaalladersysteem. RIB's zijn vaak draagbaar, waardoor een winkel de automatisering kan aanpassen aan de beste machine voor de klus. Verschillende RIB-leveranciers hebben van een korte insteltijd en flexibele invoer- en uitvoersystemen een technische prioriteit gemaakt. Hierdoor hebben RIB's over het algemeen een voordeel ten opzichte van portaalladers in een omgeving met veel mix en laag volume.

RIB met MultiGrip

MultiGrip is een nieuwe technologie voor het vasthouden van werkstukken die speciaal is ontworpen voor de high-mix, low-volume automatiseringsmarkt. Deze werkstukopspanning is beschikbaar in de VBX-160, een RIB vervaardigd door VersaBuilt Robotics. Hoewel in eerste instantie ontwikkeld voor verticale freesmachines, heeft dit product voor het vasthouden van werk zijn weg gevonden naar draaibanktoepassingen en biedt het enkele unieke mogelijkheden ten opzichte van traditionele robotgrijpers. Een van de problemen met traditionele grijpers met drie klauwen is dat ze niet altijd even geschikt zijn om verschillende vormen op te pakken. Hoewel ze het goed doen met ronde pucks, zijn ze mogelijk niet geschikt voor lange schachten of enig ander onderdeel dat geen rond oppervlak heeft om op te klemmen.

De MultiGrip robotgrijper pakt geen onderdelen op zoals een traditionele grijper. In plaats daarvan pakt hij bewerkbare MultiGrip-kaken op en gebruikt deze kaken om onderdelen te pakken. De kaken kunnen eenvoudig worden bewerkt om te passen bij een verscheidenheid aan onderdeelvormen:assen, pucks en een bijna oneindige verscheidenheid aan geometrische vormen. De robot kan het onderdeel vervolgens in een bestaande spantang laden of in klauwen klemmen, net zoals bij een traditionele robotlader. Dit systeem is in wezen een automatische gereedschapswisselaar voor de robot, waardoor de insteltijden worden verkort.

Optioneel kan de draaibank worden geconfigureerd met MultiGrip-tussenklauwplaten. In deze configuratie kan de VBX-160 de kaken en onderdelen rechtstreeks in de klauwplaat laden voor verwerking. MultiGrip fungeert dan als een automatische gereedschapswisselaar voor de robot en een automatische klauwplaatwisselaar voor de draaibank. De VBX-160 kan een andere instellingsstap elimineren en stelt het systeem in staat om meerdere onderdeelnummers in een enkele lading te verwerken. Voor toepassingen met een hoge mix en een klein volume kan het systeem aan het einde van een dienst worden geladen met maar liefst vier verschillende onderdeelnummers en de onderdelen automatisch verwerken, inclusief het selecteren van de juiste programma's op de CNC, zodat operators worden begroet met een lading voltooide onderdelen in de ochtend.

Een VBX-160 met MultiGrip kan assen verwerken met een diameter tot 6 inch en een lengte van 15 inch en pucks tot een diameter van 10 inch en een hoogte van 6 inch.

Over het algemeen verandert het landschap van de CNC-productie. Klanten eisen meer gecompliceerde onderdelen van CNC-werkplaatsen, met korte doorlooptijden en kleine batches. Tegelijkertijd wordt de arbeid om CNC-machines in te stellen en te bedienen steeds moeilijker te vinden. Door de juiste investeringen in gereedschap, werkstukopslag en automatisering te doen, kunnen winkels beter voldoen aan de behoeften van hun klanten, de afhankelijkheid van moeilijk te vinden arbeidskrachten verminderen en de groei en winstgevendheid van hun bedrijf vergroten.