Automatización proactiva: Construyendo una celda de mecanizado robótica antes de la demanda

Esta celda de mecanizado robótica produce tubos para un sistema de combustible automotriz. Descubra lo que abarca esta celda en Custom Tool en Cookeville, Tennessee, incluyendo sujeción, dispensador de piezas, escáner de seguridad y colector de piezas.

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

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

La proyección del equipo resultó ser no solo sabia sino oportuna. Poco después de su inversión en el robot, el taller recibió un pedido que el equipo creía que se beneficiaría de la automatización. La visión de la gerencia eventualmente fue validada cuando este proyecto de automatización realizó más allá de eficientemente, proporcionando más consistencia, ahorro de tiempo, un aumento en el rendimiento y la capacidad de desplegar operadores en otras máquinas herramienta en la planta donde el cerebro humano es necesario.

¿Fue suerte o destino?

Algunos podrían decir que los detalles de esta historia encajaron tan bien que el taller debe ser "afortunado". Sin embargo, la cita "creas tu propia suerte" resuena aquí. Bob Young, vicepresidente de Custom Tool, y su hermano y presidente de la compañía, Gillen Young, mantienen los ojos abiertos para oportunidades de automatización. Por lo tanto, decir que esta historia que voy a contar fue suerte es un estiramiento. Pero se podría concluir que las estrellas se alinearon para el taller, aunque algunos obstáculos esperaban al equipo en su viaje de auto-integración de robots.

Esta celda de mecanizado robótica consiste en un robot FANUC M-10 de seis ejes atendiendo un VMC Hardinge Bridgeport V480. La automatización saca la mayoría de elementos de interacción humana, aunque algo de monitoreo de operador es necesario. Esta configuración libera operadores para hacer otros trabajos necesarios en la planta en Custom Tool.

Aunque Custom Tool no había auto-integrado un robot antes de 2018, la compañía, que sirve principalmente a los mercados aeroespacial, defensa, médico y automotriz, comenzó a automatizar cuando agregó un alimentador de barra a un centro de torneado CNC existente en su planta en 2008. Desde entonces, ha sido un gran creyente en el mecanizado desatendido en muchas de sus máquinas. Además, ha automatizado algunas rutinas de medición para múltiples piezas que se mecanizaron durante la noche, así como recolección de datos (ver recuadro) para su estrategia de planificación de registro de producción propia. Aunque la mayoría del trabajo del taller incluye piezas de 2 pulgadas de diámetro y menores, a veces se ramifica para satisfacer la necesidad de un cliente. Por ejemplo, también posee una celda de soldadura robótica comprada una vez 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 compañía automotriz nivel 1 para taladrar tubos de acero inoxidable para un sistema de combustible automotriz en 2018. Bob Young y el equipo de automatización, liderado por el gerente de manufactura de la compañía y un Líder Emergente 2020 de Production Machining, Clay Adcock, decidieron que el robot que compraron ese año solo para aprender a integrarlo podría interconectarse en un centro de mecanizado vertical para crear una celda que sería perfecta para el pedido de piezas de alto volumen que habían recibido. El equipo ordenó un VMC Hardinge Bridgeport V480 APC con cambiador de palets para emparejar con el robot FANUC M-10 precomprado. El robot, pensaron, sería un buen ajuste para cargar y descargar las piezas 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 o fácil. La curva de aprendizaje apenas había comenzado para el equipo, seguido de prueba y error. Sin embargo, el resultado valió el esfuerzo; la gerencia no lo habría hecho de otra manera.

Proceso y desafíos de auto-integración

Una vez que el VMC fue entregado, tomó al equipo de automatización en Custom Tool aproximadamente ocho meses descubrir el proceso de integración con el robot FANUC y poner la celda corriendo de la manera que necesitaba para satisfacer los requisitos de piezas del cliente. Pero, durante el período de aprendizaje, la compañía aún tenía que cumplir el pedido que consistía en taladrar un agujero de 5,5 mm en un lado de tubos de acero inoxidable de 3/8 pulgada de diámetro que miden 27 y 34 pulgadas de largo, con volúmenes que van hasta 250.000 piezas por año.

El sistema necesita presentación precisa de pieza del "dispensador de palillos" que Custom Tool diseñó y creó. El contenedor tiene sensores que avisan al control cuando el contenedor está 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 la automatización luego demostró ser. Después de que el proyecto de auto-integración estuvo completo, y la celda de automatización estaba en marcha, la gerencia se dio cuenta de un aumento en consistencia y un aumento del 20% en el rendimiento.

"Hacemos mucho seguimiento de números, no porque estemos intentando jugar al Gran Hermano, sino que solo estamos intentando aprender desde ese punto de vista", explica Young. "Y apreciamos el trabajo duro que el operador hace en el frente de estas máquinas, pero es trabajo físico. Incluso en sus mejores esfuerzos, aún no podíamos ver la consistencia que pudimos ganar del aspecto de automatización." Describe la nueva consistencia que la automatización proporciona como "como un reloj".

El operador Andy Paul rebaba agujeros en tubos de acero inoxidable después de salir de la celda de mecanizado robótica. La pieza se usará en un sistema de combustible automotriz.

El sistema necesita presentación precisa de pieza de lo que Young ha etiquetado cariñosamente como el "dispensador de palillos". Este contenedor de aluminio que el equipo de Custom Tool diseñó y creó alinea los tubos para hacer la recolección fácil para el robot. El robot luego carga tubos en un dispositivo en el palet fuera de la zona de mecanizado del VMC, mientras el VMC taladra tubos fijados en el otro palet.

Una vez que todos los tubos en el palet dentro de la máquina son taladrados, el cambiador de palets rota para traer piezas completadas fuera de la máquina y nuevas piezas en bruto dentro de la máquina. El robot luego recoge cada pieza completada, removiéndola del dispositivo y la coloca en un contenedor de material mientras la máquina comienza a taladrar las nuevas piezas en bruto. Desde allí, cada pieza completada es inspeccionada y rebabada, luego movida a empaque.

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

Estos obstáculos pueden ser y fueron superados, pero conocer los desafíos por adelantado puede ayudar. Dice que el más mínimo movimiento de un dispositivo puede causar que el robot no agarre correctamente una pieza. Además, la presentación de pieza para el robot es importante, pero no fácil de hacer precisamente, como el robot demanda. Cada pequeño detalle del proceso debe considerarse, explica. Por ejemplo, cómo el robot obtiene el material y luego qué hace el robot con él cuando termina.

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

Elegir el equipo correcto

Cuando Young comenzó la búsqueda del herramiental de extremo de brazo, él y su equipo decidieron ir con un sistema de agarre accionado eléctricamente de Schunk Inc.

Custom Tool usa un sistema de agarre accionado eléctricamente de Schunk Inc. versus uno neumático. Aunque hay pros y contras a cada tipo, Bob Young cree que la versión eléctrica fue la elección más inteligente para el taller.

El hecho de que un sistema accionado eléctricamente requiera menos accesorios fue atractivo porque su objetivo era mantener la configuración lo más simple posible. Por ejemplo, el FANUC M-10 con agarre accionado eléctricamente lo describe como siendo "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 diseñado específicamente para celdas de trabajo pequeñas y puede levantar hasta 12 kg. Young compró el robot con un sensor de fuerza, que recomienda encarecidamente. Los sensores de fuerza permiten a los robots detectar fuerza y par aplicados al efector final. Esto le proporciona un sentido del tacto casi humano. Sorprendente para 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 necesitamos superar la barrera de lo que pensamos que no va a funcionar."

Después de la compra del robot y llegó el pedido, fue hora de buscar la máquina herramienta correcta para el trabajo. El VMC Hardinge Bridgeport V480 APC fue atractivo para Young debido a su sistema de cambio de palets que maximiza el tiempo de actividad del husillo.

"No se trataba del tamaño de la máquina que era la fuerza impulsora porque principalmente hacemos piezas que puedes sostener en la palma de tu mano", explica Young. "Era la capacidad de la máquina para continuar ciclando, indexando y procesando. Hace un proceso muy predecible y genial para programación y planificación."

El escáner de área Keyence SZ-V Series ofrece una zona de protección de 27,56 pies alrededor de la celda de mecanizado robótico en Custom Tool. Entrega sensibilidad impresionante que se ha sabido detectar una polilla volando a través del área que causó que el robot se apague.

Una vez que la celda robot/máquina herramienta fue integrada, el robot inicialmente estuvo enjaulado. Pero al darse cuenta de que había mejores opciones para facilidad de uso y acceso a la máquina, el equipo de automatización decidió invertir en un escáner de área Keyence SZ-V Series como alternativa, después de aproximadamente un año de usar la jaula.

Young explica que el escáner fue una de sus mejores compras porque ahorra espacio y tiempo que tomó apagar el robot, abrir y cerrar la puerta de la jaula, y generalmente mejora el ambiente de mecanizado.

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

Los hermanos Young entienden la importancia de recopilar datos de sus máquinas herramienta también. Así que cuando implementaron esta celda, también implementaron MT Connect como la interfaz para recopilar información de ella que alimenta su sistema de planificación de registro de producción.

Beneficios de la auto-integración

Debido al tiempo, habilidades y mano de obra que toma auto-integrar una celda robótica, uno podría cuestionar por qué Custom Tool eligió ir por la ruta "difícil" en lugar de contratar un integrador para hacer este trabajo desafiante. Young describe la dedicación de hacer la integración internamente como una inversión en proyectos futuros y una forma de ganar inteligencia de mecanizado. No solo se esfuerza para que el equipo pueda auto-integrar más robots para trabajos futuros en la planta, sino que dice que su enfoque hágalo-usted-mismo los ha forzado a familiarizarse mucho con las máquinas y robots, y entender qué hay dentro del panel de control, incluyendo códigos M y cómo todos los componentes funcionan juntos.

Aunque algunos de los equipos de Custom Tool corren desatendidos, Young decidió no correr esta celda de mecanizado robótico desatendida. Eso es porque el pedido se corre usando el material del cliente. Por lo tanto, si hay un error durante lo desatendido que causa desecho, la compañía arriesga desperdiciar el material del cliente.

Alternativamente, si la compañía eligiera trabajar con un integrador de robots, aún hay una curva de aprendizaje, explica Young. Junto con consideraciones para integrar que la gerencia sería parte de así como los dolores y desafíos de aprender sobre el equipo, una vez que la integración está firmada, es el trabajo del taller mantener la celda arriba y corriendo. Por lo tanto, calcularon que valía su energía tomar su tiempo y auto-integrar para conocer todos los sistemas por dentro y por fuera. Esta opción ahorra dinero en contratar un integrador externo.

Mientras Custom Tool continúa creciendo e invirtiendo en equipo de capital, Young solo compra máquinas herramienta que vienen con una interfaz de robot para hacerlo más fácil de integrar un robot cuando la oportunidad se presente de nuevo.

Preparado para el crecimiento

Con una intención plena 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 resolver el manejo de material", dice Young. "Ya estamos configurados para hacer una integración." Agrega que, en su taller, nunca sabe qué trabajo podría venir después.

Tener una mentalidad de automatización significa que la compañía siempre está mirando la automatización como una posibilidad para cualquier pedido. De hecho, Young dice que espera plenamente que si las tendencias de trabajo que está viendo ahora continúan, en 12 meses a partir de ahora estará hablando de otro proyecto de integración.

Con la celda auto-integrada ahora bien establecida, la compañía puede correrla 14 a 16 horas al día, cinco días a la semana, con solo atención ligera de operador para monitorear el trabajo. ¿Llegará el equipo a su meta de correr la celda 18 a 20 horas al día? Eso depende de la disponibilidad de material del cliente.

Custom Tool Inc. | 931-432-6609 | customtoolinc.com

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

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

Sistema automatizado de recolección de datos compila información cada 20 minutos

El sistema automatizado de recolección y reporte de datos de Custom Tool desarrollado por el presidente de la compañía, Gillen Young, usa una plataforma web de Internet Industrial de las Cosas (IIoT) para extraer datos de máquinas que tienen agentes para el protocolo de comunicación abierto MTConnect así como el software de planificación de recursos empresariales (ERP) JobBoss de la compañía. La plataforma es Devicewise for Factory de Telit, una compañía que ofrece módulos IIoT, software y servicios de conectividad y software.

Gillen dice que los beneficios de este sistema son que interconecta con una variedad de controladores y no se necesita programación personalizada para recolección de datos. Está configurado para extraer automáticamente todos los datos que se recolectaban manualmente de la máquina (conteo de piezas, código de máquina y más) así como datos ERP (número de trabajo, descripción de trabajo, fecha de pedido, cantidad de pedido, fecha de entrega, etc.) y almacenarlos en la nube. Los datos son accesibles a través de un tablero web. Los reportes pueden entonces crearse para mostrar más gráficamente lo que estaba disponible previamente en la hoja de cálculo de registro de producción.

El sistema ha estado recolectando datos cada 20 minutos desde principios de junio de 2018 sin perder una entrada para una máquina que estaba corriendo. Tres centros de torneado y una fresadora están actualmente conectados. Otra fresadora aún requiere un agente MTConnect para ser instalado antes de que pueda ser conectada. Gillen dice que hay muchos buenos productos de monitoreo de máquinas disponibles. Sin embargo, su formación técnica le dio la oportunidad de explorar una solución interna que aborda la información de negocio que el taller está más interesado en saber. También siente que esta capacidad de recolección de datos podría también llevar a analíticas aún más avanzadas, como vincular tiempo de corte a tipos específicos de herramientas de corte o insertos.