Video:El taller de máquinas crea una celda de mecanizado robótica antes de que hubiera trabajo para ella

Esta celda de mecanizado de robot produce tubos para un sistema de combustible automotriz. Descubra lo que abarca esta celda en Custom Tool en Cookeville, Tennessee, incluida la sujeción de piezas, el dispensador de piezas, el escáner de seguridad y un recolector de piezas.

¿Ha comprado equipo sabiendo que eventualmente se le daría un buen uso, pero en ese momento no tenía una razón para comprarlo aparte de que era algo que había estado observando? Tuve la oportunidad de visitar un taller mecánico que puede responder afirmativamente a esta pregunta y no se arrepiente en absoluto de la inversión. De hecho, ha visto un aumento en el rendimiento de un trabajo de mecanizado de gran volumen, y el equipo de automatización ha aprendido una nueva habilidad que cree que será ventajosa para muchos proyectos futuros de mantenimiento automatizado de máquinas.

En 2018, la gerencia de Custom Tool Inc. (Cookeville, Tennessee) sintió curiosidad por una tecnología que era ajena a los miembros del equipo. Aunque el taller no era ajeno a la automatización con una celda de soldadura automatizada, no tenía experiencia con la autointegración de un robot de mantenimiento de máquinas. Por lo tanto, con la única intención de aprender sobre la integración de robots para trabajos futuros donde la automatización podría ser beneficiosa, el equipo compró un brazo robótico y se tomó su tiempo para familiarizarse con la forma de programarlo, agregar componentes de efectores finales e interconectarlo con una máquina. herramienta.

La proyección del equipo demostró ser no solo sabia sino también oportuna. Poco después de su inversión en el robot, el taller de maquinaria recibió un pedido que el equipo creía que se beneficiaría de la automatización. La visión de la gerencia finalmente se validó cuando este proyecto de automatización se desempeñó más allá de la eficiencia, brindando más consistencia, ahorro de tiempo, un aumento en el rendimiento y la capacidad de implementar operadores en otras máquinas herramienta en el taller donde el cerebro humano es necesario.

¿Fue suerte o destino?

Algunos podrían decir que los detalles de esta historia encajaron tan bien que la tienda debe tener "suerte". Sin embargo, la cita "tú haces tu propia suerte" resuena aquí. Bob Young, vicepresidente de Custom Tool, y su hermano y presidente de la empresa, Gillen Young, están atentos a las oportunidades de automatización. Por lo tanto, decir que esta historia que estoy a punto de contar fue suerte es una exageración. Pero se podría concluir que las estrellas estaban alineadas para el taller, a pesar de que algunos obstáculos esperaban al equipo en su viaje de autointegración del robot.

Esta celda de mecanizado robótico consta de un robot FANUC M-10 de seis ejes que atiende un Hardinge Bridgeport V480 VMC. La automatización elimina la mayoría de los elementos de la interacción humana, aunque es necesaria cierta supervisión del operador. Esta configuración libera a los operadores para que realicen otros trabajos necesarios en el taller de Custom Tool.

Aunque Custom Tool no había autointegrado un robot antes de 2018, la empresa, que atiende principalmente a los mercados aeroespacial, de defensa, médico y automotriz, comenzó a automatizar cuando agregó un alimentador de barras a un centro de torneado CNC existente en su taller en 2008. Desde entonces, ha sido un gran creyente en el mecanizado automático en muchas de sus máquinas. Además,

El equipo de automatización de herramientas personalizadas debe permanecer flexible, a medida que aprende que las especificaciones del pedido de piezas pueden cambiar rápidamente. La celda de la máquina robotizada originalmente producía tubos de 27” de largo con un orificio de 5,5 mm en un lado, pero luego el cliente modificó su pedido a un tubo de 34”. Además, se le dijo al taller que los agujeros no podían tener rebabas después de que ya había comenzado a fabricar el pedido.

ha automatizado algunas rutinas de medición para varias piezas que se mecanizaron durante la noche, así como la recopilación de datos (consulte la barra lateral) para su estrategia de planificación de registros de producción de cosecha propia. Aunque la mayoría del trabajo del taller incluye piezas de 2 pulgadas de diámetro y más pequeñas, a veces se ramifica para satisfacer la necesidad de un cliente. Por ejemplo, también posee una celda de soldadura robótica una vez comprada para completar un trabajo de reparación específico para un cliente.

El próximo proyecto de automatización se presentó cuando el taller recibió un pedido de un proveedor de una empresa automotriz de primer nivel para perforar tubos de acero inoxidable para un sistema de combustible automotriz en 2018. Bob Young y el equipo de automatización, dirigido por el gerente de fabricación de la empresa y un 2020 Mecanizado de producción El líder emergente, Clay Adcock, decidió que el robot que compraron a principios de ese año únicamente para aprender a integrarlo podría conectarse en un centro de mecanizado vertical para crear una celda que sería perfecta para el pedido de piezas de gran volumen que habían recibido. El equipo ordenó un VMC APC Hardinge Bridgeport V480 con un cambiador de paletas para emparejarlo con el robot FANUC M-10 comprado previamente. Pensaron que el robot sería una buena opción para cargar y descargar las piezas de trabajo para esta aplicación que requiere consistencia.

Aunque la idea de esta celda de automatización parecía ser la solución, aprender los entresijos de la celda no fue un proceso rápido ni fácil. La curva de aprendizaje acababa de comenzar para el equipo, seguida de prueba y error. Sin embargo, el resultado valió la pena; la gerencia no lo habría hecho de otra manera.

Proceso de autointegración y desafíos

Una vez que se entregó el VMC, el equipo de automatización de Custom Tool tardó unos ocho meses en descubrir el proceso de integración con el robot FANUC y hacer que la celda funcionara de la forma necesaria para satisfacer los requisitos de piezas del cliente. Pero, durante el período de aprendizaje, la empresa aún debía cumplir con el pedido que consistía en perforar un orificio de 5,5 mm en un lado de tubos de acero inoxidable de 3/8 de pulgada de diámetro y 27 y 34 pulgadas de largo, con volúmenes que oscilan entre 250.000 y 250.000 piezas por año.

El sistema necesita una presentación precisa de la pieza desde el “ dispensador de palillos” que Custom Tool diseñó y creó. El contenedor tiene sensores que le permiten al control saber cuándo el nivel del contenedor es bajo.

Por lo tanto, los operadores cargaron y descargaron manualmente el VMC durante ese tiempo, lo que hizo el trabajo, pero no fue tan eficiente como lo demostró más tarde la automatización. Una vez que se completó el proyecto de autointegración y la celda de automatización estuvo en funcionamiento, la gerencia notó un aumento en la consistencia y un aumento del 20 % en el rendimiento.

“Hacemos mucho seguimiento de números, no porque estemos tratando de jugar al Gran Hermano, sino porque solo estamos tratando de aprender desde ese punto de vista”, explica Young. “Y apreciamos el arduo trabajo que hace el operador en la parte delantera de estas máquinas, pero es un trabajo físico. Incluso con sus mejores esfuerzos, aún no podíamos ver la consistencia que pudimos obtener del aspecto de automatización”. Él describe la consistencia recién descubierta que proporciona la automatización "como un reloj".

El operador Andy Paul desbarba agujeros en tubos de acero inoxidable después de salir de la celda de mecanizado del robot. La pieza se utilizará en un sistema de combustible automotriz.

El sistema necesita una presentación precisa de la pieza de lo que Young ha llamado cariñosamente el "dispensador de palillos". Este contenedor de aluminio que diseñó y creó el equipo de Custom Tool alinea los tubos para que el robot lo recoja fácilmente. Luego, el robot carga los tubos en un accesorio en el palet fuera de la zona de mecanizado del VMC, mientras que el VMC perfora los tubos fijos en el otro palet.

Una vez que se perforan todos los tubos en la tarima dentro de la máquina, el cambiador de tarimas gira para traer las piezas terminadas fuera de la máquina y las nuevas piezas de trabajo dentro de la máquina. Luego, el robot toma cada pieza completa, la retira del accesorio y la coloca en un contenedor de material mientras la máquina comienza a taladrar las piezas de trabajo nuevas. A partir de ahí, cada pieza terminada se inspecciona y se quita las rebabas, luego se mueve para empaquetarla.

Aunque las tareas del robot parecen simples, Young dice que su equipo encontró varios obstáculos importantes para una integración adecuada:fijación, presentación de piezas al robot y programación del PLC de la celda.

Estos obstáculos se pueden superar y se superaron, pero conocer los desafíos con anticipación puede ayudar. Él dice que el más mínimo movimiento de un accesorio puede hacer que el robot no agarre correctamente una pieza. Además, la presentación de piezas para el robot es importante, pero no es fácil de hacer con precisión, como exige el robot. Cada pequeño detalle del proceso debe ser considerado, explica. Por ejemplo, cómo obtiene el robot el material y qué hace con él cuando termina.

Para el PLC, Young explica que comprar el software y comprender cómo funciona también es una tarea enorme.

Elegir el equipo adecuado

Cuando Young comenzó la búsqueda de herramientas para el extremo del brazo, él y su equipo decidieron optar por un sistema de agarre accionado eléctricamente de Schunk Inc.

Custom Tool utiliza un sistema de sujeción accionado eléctricamente de Schunk Inc. en lugar de uno neumático. Aunque cada tipo tiene ventajas y desventajas, Bob Young cree que la versión eléctrica fue la opción más inteligente para el taller.

frente a uno neumático. Aunque hay ventajas y desventajas para cada tipo, él cree que la versión eléctrica fue la opción más inteligente para la herramienta personalizada. El hecho de que un sistema accionado eléctricamente requiera menos accesorios fue atractivo porque su objetivo era mantener la configuración lo más sencilla posible. Por ejemplo, el FANUC M-10 con agarre accionado eléctricamente lo describe como "limpio" con solo unos pocos cables, mientras que un sistema neumático necesita una línea de aire, lo que complica la configuración.

El M-10 es un robot de seis ejes que está diseñado específicamente para celdas de trabajo pequeñas y puede levantar hasta 12 kg. Young compró el robot con un sensor de fuerza, que recomienda enfáticamente. Los sensores de fuerza permiten a los robots detectar la fuerza y ​​el par aplicados al efector final. Esto le proporciona un sentido del tacto casi humano. Para sorpresa de Young y su equipo, el sensor de fuerza no fue difícil de configurar y usar.

“Pensamos que el sensor de fuerza sería uno de los aspectos más desafiantes, pero fue bastante sencillo”, dice. “A veces tenemos que superar la barrera de lo que pensamos que no va a funcionar”.

Después de la compra del robot y la recepción del pedido, llegó el momento de buscar la máquina herramienta adecuada para el trabajo. El Hardinge Bridgeport V480 APC VMC resultó atractivo para Young debido a su sistema de cambio de paletas que maximiza el tiempo de actividad del husillo.

“No se trataba del tamaño de la máquina que era la fuerza motriz porque, en su mayoría, fabricamos piezas que se pueden sostener en la palma de la mano”, explica Young. “Era la capacidad de la máquina para continuar ciclando, indexando y procesando. Es un proceso muy predecible y excelente para programar y planificar”.

El escáner de área de la serie Keyence SZ-V ofrece un 27,56 pies. zona de protección alrededor de la celda de mecanizado del robot en Custom Tool. Brinda una sensibilidad impresionante que se sabe que detecta una polilla volando a través del área que provocó que el robot se apagara.

Una vez que se integró la celda del robot/máquina herramienta, el robot se enjauló inicialmente. Pero al darse cuenta de que había mejores opciones para facilitar el uso y el acceso a la máquina, el equipo de automatización decidió invertir en un escáner de área de la serie Keyence SZ-V como alternativa, después de aproximadamente un año de uso de la jaula.

Young explica que el escáner fue una de sus mejores compras porque ahorra el espacio y el tiempo necesarios para apagar el robot, abrir y cerrar la puerta de la jaula y, en general, mejora el entorno de mecanizado.

Además, la sensibilidad del escáner es impresionante para el equipo. Young se sorprendió cuando vio que el robot se apagaba un día después de que una polilla volara hacia la zona del escáner.

Los hermanos Young también comprenden la importancia de recopilar datos de sus máquinas herramienta. Entonces, cuando implementaron esta celda, también implementaron MT Connect como la interfaz para recopilar información de sus fuentes en su sistema de planificación de registros de producción.

Beneficios de la autointegración

Debido al tiempo, las habilidades y el trabajo necesarios para autointegrar una celda robótica, uno podría preguntarse por qué Custom Tool eligió ir por la ruta "difícil" en lugar de contratar a un integrador para hacer este trabajo desafiante. Young describe la dedicación de realizar la integración internamente como una inversión en proyectos futuros y una forma de obtener inteligencia de mecanizado. No solo se esfuerza para que el equipo pueda autointegrar más robots para trabajos futuros en el taller, sino que dice que su enfoque de "hágalo usted mismo" los ha obligado a familiarizarse mucho con las máquinas y los robots, y comprender qué está dentro del panel de control, incluidos los códigos M y cómo funcionan todos los componentes juntos.

Aunque algunos de los equipos de Custom Tool se quedan sin luz , Young decidió no hacer funcionar esta celda de mecanizado robótica. Esto se debe a que la orden se ejecuta con el material del cliente. Por lo tanto, si hay un error durante el apagado de las luces que provoca el desperdicio, la empresa corre el riesgo de desperdiciar el material del cliente.

Alternativamente, si la empresa elige trabajar con un integrador de robots, todavía hay una curva de aprendizaje, explica Young. Junto con las consideraciones para la integración de las que la gerencia sería parte, así como los dolores y desafíos de aprender sobre el equipo, una vez que se firma la integración, el trabajo del taller es mantener la celda en funcionamiento. Por lo tanto, pensaron que valía la pena su energía para tomarse su tiempo y autointegrarse para conocer todos los sistemas por dentro y por fuera. Esta opción ahorra dinero en la contratación de un integrador externo.

A medida que Custom Tool continúa creciendo e invirtiendo en bienes de capital, Young solo compra máquinas herramienta que vienen con una interfaz de robot para facilitar la integración de un robot cuando se presenta la oportunidad nuevamente.

Preparado para el crecimiento

Con la plena intención de hacer crecer el segmento de automatización de Custom Tool, Young ahora siente que su negocio está preparado para asumir más de estos trabajos debido a sus recientes inversiones en máquinas con interfaces de robot. “Si la máquina está lista, solo necesitamos programar el robot y descubrir el manejo de materiales”, dice Young. “Ya estamos preparados para hacer una integración”. Añade que, en su taller, nunca sabe qué trabajo le espera después.

Tener una mentalidad de automatización significa que la empresa siempre está considerando la automatización como una posibilidad para cualquier pedido. De hecho, Young dice que espera que si las tendencias laborales que está viendo ahora continúan, dentro de 12 meses estará hablando de otro proyecto de integración.

Ahora que la celda autointegrada está bien establecida, la empresa puede operarla de 14 a 16 horas al día, cinco días a la semana, con solo un operador ligero supervisando el trabajo. ¿Alcanzará el equipo su objetivo de hacer funcionar la celda de 18 a 20 horas al día? Eso depende de la disponibilidad de material del cliente.

Herramienta personalizada Inc. | 931-432-6609 | customtoolinc.com

Harding Inc | 800-843-8801 | hardinge.com

FANUC América | 800-477-6268 | fanucamerica.com

El sistema de recopilación de datos automatizado recopila información cada 20 minutos

El sistema automatizado de generación de informes y recopilación de datos de Custom Tool, desarrollado por el presidente de la empresa, Gillen Young, utiliza una plataforma de Internet industrial de las cosas (IIoT) basada en la web para extraer datos de máquinas que tienen agentes para el protocolo de comunicación MTConnect de código abierto, así como para el el software de planificación de recursos empresariales (ERP) JobBoss de la empresa. La plataforma es Devicewise for Factory de Telit, una empresa que ofrece módulos IIoT, software y servicios y software de conectividad.

Gillen dice que los beneficios de este sistema son que interactúa con una variedad de controladores y no se necesita programación personalizada para la recopilación de datos. Está configurado para extraer automáticamente todos los datos recopilados previamente de forma manual de la máquina (recuento de piezas, código de máquina y más), así como datos ERP (número de trabajo, descripción del trabajo, fecha del pedido, cantidad del pedido, fecha de entrega, etc.) y lo almacena en la nube. Se puede acceder a los datos a través de un panel web. Luego se pueden crear informes para mostrar más gráficamente lo que estaba disponible anteriormente en la hoja de cálculo del registro de producción.

El sistema ha estado recopilando datos cada 20 minutos desde principios de junio de 2018 sin perder una entrada para una máquina que estaba funcionando. Actualmente están conectados tres centros de torneado y un molino. Otro molino todavía requiere que se instale un agente MTConnect antes de poder conectarse. Gillen dice que hay muchos buenos productos de monitoreo de máquinas disponibles. Sin embargo, su experiencia técnica le brindó la oportunidad de explorar una solución interna que aborda la información comercial que el taller está más interesado en conocer. También cree que esta capacidad de recopilación de datos también podría conducir a análisis aún más avanzados, como vincular el tiempo de corte a tipos específicos de herramientas de corte o insertos.