Slimme Automatisering voor Hoog-Mix, Laag-Volume Draaien: Efficiëntie & Flexibiliteit Verhogen

Automatisering voor draaiapplicaties bestaat al decennia; staafvoerders, gantry-laadders en robotlaadders zijn mainstream automatiseringsapparaten. Allen zijn effectieve tools in medium- tot hoog-volume applicaties. Maar het aanpassen aan marktdrukken dwingt CNC-fabrikanten continu naar kleinere batches, het hanteren van een breder scala aan onderdeelvormen en -groottes. Deze evolutie brengt nieuwe uitdagingen:

• Hoe beïnvloeden kleinere batchformaten de optimale automatiseringskeuze voor draaiapplicaties?
• Welk type automatisering is het beste geschikt om een reeks onderdeelgroottes en -vormen te verwerken?
• Wat zijn best practices om het meest uit de apparatuurinvestering te halen?

De Noodzaak voor Automatisering

Laten we even een stap terugzetten en kijken naar het basiedoel van automatisering op de shopfloor. Biedt het verhoogde machinebenutting? Hogere productiecapaciteit? Lagere productiekosten? Lagere arbeidskosten?

De meeste fabriekmanagers zouden zeggen dat de echte reden - de nummer 1 drijfveer om te automatiseren - het gebrek is aan betrouwbare, gekwalificeerde arbeid. Zonder de arbeid om het bedrijf te draaien, zal het of een kleiner bedrijf zijn, of uit het bedrijfsleven verdwijnen. Het reduceren van arbeidsvereisten zou voorop moeten staan in elk automatiseringsproject, zeker in hoog-mix, laag-volume productie.

Maar veel fabriekmanagers zeggen dat ze terughoudend zijn om te investeren in apparatuur die arbeid reduceert. De reden voor deze beslissing wordt waarschijnlijk gedreven door de neiging om de kosten van arbeid te onderschatten en de kosten van apparatuur te overschatten.

Een €250.000 CNC-machine lijkt duidelijk duurder dan een €15/uur operator. Echter, rekening houdend met de kosten van secundaire arbeidsvoorwaarden, belasting en training, is de netto kosten van de operator ongeveer €19/uur. Als arbeid niet beschikbaar is om het bedrijf te laten groeien, is de waarde significant hoger. Door de kosten van de CNC-machine af te schrijven over een 15-jaar periode en de financierings-, onderhouds-, energie- en huurkosten erbij op te tellen, kost de CNC-machine ongeveer €2,75/uur om 24 uur per dag, 7 dagen per week, 365 dagen per jaar te bezitten. Investeringen die arbeidsvereisten reduceren, kunnen een hoge prijs hebben aan de voorkant, maar leveren meestal een uitstekende rendementspercentage op.

Hoog Mix, Laag Volume

Hoog mix betekent veel verschillende typen onderdelen: staven, assen, slugs, billetten, gietstukken en smeedstukken met veel verschillende typen kenmerken.

Laag-volume vertegenwoordigt kleine batchhoeveelheden. Maar de definitie van "klein" hangt af van wie er vraagt. In plaats van te focussen op het aantal stukken 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 betreft opstellen. Als opsteltijd meer dan 10 procent is van de batch-looptijd, bevindt de klus zich in het domein van laag-volume productie.

Deze definities zijn van belang omdat hoog-mix productie vertrouwt op flexibele productieapparatuur, terwijl laag-volume productie korte opsteltijden zou moeten hebben. Wanneer productie hoog-mix en laag-volume is, kan het maken van de beste apparatuurkeuze uitdagend zijn. Fabrieken moeten naar het grote plaatje kijken en de kosten en beschikbaarheid van arbeid versus de kosten van apparatuur zorgvuldig afwegen. Het zal hen helpen betere keuzes te maken in de typen draaibanken en automatisering die het beste voor een gegeven faciliteit zullen werken.

Draaibank Opties voor Hoog Mix, Laag Volume

Het onderschatten van de noodzaak om arbeid te reduceren is de grootste fout die fabrieken maken bij het kiezen van een draaibank voor hoog-mix, laag-volume productie. Ze vermijden vaak freescapaciteiten ten gunste van het toevoegen van een operatie aan een bestaande freesbank. De extra kosten voor het subspindel, quick-change gereedschappen of spannen kunnen deze functies als onnodige luxe laten lijken. Maar fabriekmanagers spijten zelden de aankoop van dure opties die arbeid reduceren. Machine-opties die operatorarbeid reduceren, zullen bijna altijd een hoge ROI hebben. Quick-change spanbacken, quick-change collets en quick-change gereedschappen zouden op elke draaibank die hoog-mix, laag-volume werk uitvoert geïnstalleerd moeten worden. Opties die de flexibiliteit bieden om onderdelen in één machine te draaien, one-and-done, zullen ook een geweldige ROI hebben.

De 'Must-Have' Subspindel

Bijna alle gedraaide onderdelen vereisen twee operaties. Bij het automatiseren van draaibanken is de subspindel een bijzonder voordelige optie, de waarde van welke vaak over het hoofd wordt gezien of misbegrepen. Zelfs als de draaibank alleen staafwerk doet en de subspindel slechts het verwijderen van de afstootnub toestaat, zal de subspindel zichzelf terugverdienen over de levensduur van de machine versus een operator die de onderdelen herlaadt of de nub handmatig afslijpt.

Het automatiseren van een spankop-applicatie is waar een subspindel echt dividenden oplevert. Zonder een subspindel is een typische robot of gantry-loader slechts in staat om één operatie tegelijk te voltooien. Na voltooiing van de eerste operatie moet de operator de spankopbacken instellen voor de tweede operatie, de onderdelen omkeren en terugladen in de invoer.

Bij het beslissen of een subspindel toe te voegen, zouden deze vragen overwogen moeten worden:

• Zullen alle te maken onderdelen in de invoer met de afgeronde kant naar beneden liggen?
• Vereisen de onderdelen klokken van de eerste naar de tweede operatie, en zal de invoer in staat zijn om de klokking betrouwbaar te behouden?

Als het antwoord op een van deze vragen nee is, zal zonder subspindel de tweede operatie handmatig geladen moeten worden, wat arbeid en productiekosten verhoogt.

Staafvoeding, Gantry of Robot Loader

Over het algemeen dicteert het type werk dat voor de machine gepland is, het type automatisering om te kiezen. Hoog mix betekent dat flexibiliteit nodig is voor een verscheidenheid aan verschillende groottes en vormen van onderdelen. Laag volume vereist korte opsteltijden om kleine batches te hanteren. Helaas is er geen duidelijke automatiseringsbeslissing voor hoog-mix, laag-volume applicaties. De beste keuze zal meestal gedreven worden door het bereik van onderdeelmix dat de automatisering moet ondersteunen.

Staafvoerders zijn de meest populaire automatiseringskeuze voor draaibanken. Ze zijn simpel, betrouwbaar en betaalbaar. De primaire beperking van de staafvoeder is de onderdelen-grootte, met een maximale diameter van ongeveer 120 mm. Voor hoog-mix, laag-volume applicaties zullen magazijn-stijl, servo-aangedreven, kort-laad staafvoerders over het algemeen het breedste bereik aan staafgroottes met de kortste opsteltijden bieden. Voor werk dat voornamelijk binnen de beperkingen van de staafvoeder valt, is het een keuze die moeilijk te kloppen is.

Gantry-laadders zijn een andere bewezen draaibank-automatiseringstechnologie. Gantry-laadders zijn vaak direct beschikbaar van de draaibankfabrikant als een geïntegreerde oplossing, dus er is minder zorgen over het huwen van een ingewikkeld automatiseringsapparaat aan een ingewikkelde CNC-draaibank. Wat de functie betreft, werkt een gantry-loader veel zoals een robotloader: het pakt een onderdeel uit de invoer, laadt het onderdeel in de draaibankspankop, pakt het onderdeel uit de spankop wanneer de operatie klaar is en plaatst het onderdeel in de uitvoer. Een gantry-loader wordt typisch geconfigureerd met een dubbele greifer om de efficiëntie te verhogen. Met een dubbele greifer kan de robot het net-afgeronde onderdeel lossen terwijl het het volgende te verwerken onderdeel in de andere greifer vasthoudt.

Gantry-laadders kunnen over het algemeen geconfigureerd worden om assen of gespande werkstukken te draaien. Opsteltijden kunnen relatief kort zijn tussen vergelijkbare onderdelen, maar kunnen behoorlijk lang zijn om van een 50 mm bij 380 mm lange as naar een 150 mm diameter puck te gaan. Een andere beperking van gantry-laadders is dat ze misschien niet in staat zijn om sommige onderdeengroottes en -vormen helemaal te hanteren. Gantry-laadders gebruiken vaak een stapellaader voor pucks die vereisen dat het grondmateriaal en de afgeronde onderdelen op elkaar gestapeld worden.

Robotlaadders, enkele korte jaren geleden, waren alleen beschikbaar met volledig aangepaste systemen. Dit waren hoge-kost systemen, gericht op hoog-volume applicaties en over het algemeen niet goed geschikt voor de eisen van hoog-mix, laag-volume. Vandaag de dag hebben een aantal nieuwe technologische ontwikkelingen robotlaadders een aantrekkelijke draaibank-automatiseringsoptie gemaakt voor hoog-mix, laag-volume applicaties.

Cobot Loader

Collaboratieve robots, of cobots, zijn een populaire optie geworden omdat ze geen speciale veiligheidsmaatregelen vereisen, draagbaar zijn en relatief gemakkelijk te programmeren. Echter, een nieuwe cobot uitpakken en toevoegen aan een productieve hoog-mix, laag-volume automatiseringsmachine kan een intimidante taak zijn. Greifers passen en een in- en uitvoersysteem, deuropeners en een interface met de CNC ontwerpen en bouwen zijn geen triviale taken. In theorie kan een cobot-loader een bereik aan onderdeelvormen en -groottes verwerken; echter, de effectiviteit hangt af van hoe de in-voer, uitvoer en greifer zijn ontworpen. Opsteltijden hangen van deze zelfde factoren af, maar zullen waarschijnlijk significant langer zijn op een zelfgebouwd systeem dan op een automatiserings "product".

Robot-in-a-Box Loader

Robot-in-a-box (RIB) is een nieuwe automatiseringscategorie die snel tractie krijgt op de markt. Een RIB combineert een industriële robot met een geïntegreerd veiligheidssysteem, greifers, flexibele in- en uitvoer en een standaardinterface voor populaire CNC-machines. RIBs zijn typisch voorgeprogrammeerd en hebben een eenvoudige gebruikersinterface die een operator in slechts een paar uur kan leren. Een RIB zal typisch een in-voer/uitvoer-systeem hebben dat flexibeler is dan een gantry-loader systeem. RIBs zijn vaak draagbaar, wat een fabriek in staat stelt automatisering aan te passen aan de beste machine voor de klus. Verschillende RIB-leveranciers hebben lage opsteltijd en flexibele in- en uitvoersystemen tot een engineering-prioriteit gemaakt. Hierdoor zullen RIBs over het algemeen een voordeel hebben ten opzichte van gantry-laadders in een hoog-mix, laag-volume omgeving.

RIB met MultiGrip

MultiGrip is een nieuwe werkhoudertechnologie specifiek ontworpen voor de hoog-mix, laag-volume automatiseringsmarkt. Deze werkhouder is beschikbaar in de VBX-160, een RIB gefabriceerd door VersaBuilt Robotics. Hoewel initieel ontwikkeld voor verticale freesmachines, heeft deze werkhouderproduct zijn weg gevonden in draaibankapplicaties en brengt het enkele unieke mogelijkheden ten opzichte van traditionele robotgreifers. Een van de problemen met traditionele drie-back greifers is dat ze niet altijd goed geschikt zijn om een verscheidenheid aan vormen op te pakken. Hoewel ze goed presteren met ronde pucks, zijn ze misschien niet geschikt voor lange assen of elk onderdeel dat geen ronde oppervlakte heeft om op te spannen.

De MultiGrip robotgreifer pakt onderdelen niet op zoals een traditionele greifer. In plaats daarvan pakt het bewerkbare MultiGrip-backen op en gebruikt deze backen om onderdelen te pakken. De backen kunnen gemakkelijk bewerkt worden om te matchen met een verscheidenheid aan onderdeelvormen: assen, pucks en een bijna oneindige verscheidenheid aan geometrische vormen. De robot kan het onderdeel dan laden in een bestaande collet of spankopbacken net als een traditionele robotloader. Dit systeem is essentieel een automatische gereedschapswisselaar voor de robot, wat opsteltijden verlaagt.

Optioneel kan de draaibank geconfigureerd worden met MultiGrip tussenspankopbacken. In deze configuratie kan de VBX-160 de backen en het onderdeel direct in de draaibankspankop laden voor verwerking. MultiGrip fungeert dan als een automatische gereedschapswisselaar voor de robot EN een automatische spankopbackenwisselaar voor de draaibank. De VBX-160 kan een andere opsteltap elimineren en stelt het systeem in staat om meerdere deelnummers in één lading te verwerken. Voor hoog-mix, laag-volume applicaties kan het systeem aan het einde van een dienst geladen worden met zoveel als vier verschillende deelnummers en zal automatisch de onderdelen verwerken, inclusief het selecteren van de juiste programma's op de CNC, zodat operators begroet worden met een lading voltooide onderdelen in de ochtend.

Een VBX-160 met MultiGrip kan assen verwerken tot 150 mm diameter en 380 mm lang en pucks tot 250 mm diameter en 150 mm hoog.

Over het algemeen verandert het CNC-productielandschap. Klanten eisen meer ingewikkelde onderdelen van CNC-fabrieken, met korte levertijden en kleine batchgroottes. Tegelijkertijd wordt de arbeid om CNC-machines op te stellen en te draaien moeilijker te vinden. De juiste investeringen in gereedschappen, werkhouden en automatisering stellen fabrieken in staat om beter te voldoen aan de behoeften van hun klanten, de afhankelijkheid van moeilijk te vinden arbeid te reduceren, en de groei en winstgevendheid van hun bedrijven te verhogen.