Vídeo:Oficina de máquinas cria célula de usinagem de robôs antes que houvesse trabalho para isso

Esta célula de usinagem robótica produz tubos para um sistema de combustível automotivo. Descubra o que abrange esta célula na Custom Tool em Cookeville, Tennessee, incluindo workholding, dispensador de peças, scanner de segurança e coletor de peças.
Você comprou um equipamento sabendo que ele seria bem usado eventualmente, mas na época não tinha um motivo para comprá-lo além de algo que você estava observando? Tive a oportunidade de visitar uma oficina mecânica que pode responder sim a esta pergunta e não está nada arrependida do investimento. Na verdade, houve um aumento no rendimento para um trabalho de usinagem de alto volume, e a equipe de automação aprendeu uma nova habilidade que acredita ser vantajosa para muitos futuros projetos de máquinas automatizadas que estão por vir.

Em 2018, a gerência da Custom Tool Inc. (Cookeville, Tennessee) estava curiosa sobre uma tecnologia que era estranha aos membros da equipe. Embora a oficina não fosse estranha à automação com uma célula de soldagem automatizada, ela não tinha experiência com a autointegração de um robô de manutenção de máquinas. Portanto, com a única intenção de aprender sobre a integração de robôs para trabalhos futuros em que a automação pode ser benéfica, a equipe comprou um braço de robô e aproveitou o tempo para se familiarizar com a forma de programá-lo, adicionar componentes de efeito final e interfaceá-lo com uma máquina ferramenta.

A projeção da equipe provou ser não apenas sábia, mas oportuna. Logo após o investimento no robô, a oficina mecânica recebeu um pedido que a equipe acreditava que se beneficiaria da automação. A visão da gestão acabou por ser validada quando este projeto de automação foi além da eficiência, proporcionando mais consistência, economia de tempo, aumento no rendimento e a capacidade de implantar operadores em outras máquinas-ferramentas no chão de fábrica onde o cérebro humano é necessário.

Foi sorte ou destino?

Alguns podem dizer que os detalhes dessa história se encaixaram tão bem que a loja deve ter “sorte”. No entanto, a citação “você faz sua própria sorte” ressoa aqui. Bob Young, vice-presidente da Custom Tool, e seu irmão e presidente da empresa, Gillen Young, mantêm os olhos abertos para oportunidades de automação. Portanto, dizer que essa história que estou prestes a contar foi sorte é um exagero. Mas pode-se concluir que as estrelas estavam alinhadas para a oficina, embora alguns obstáculos aguardassem a equipe em sua jornada de autointegração do robô.

Esta célula de usinagem robótica consiste em um robô FANUC M-10 de seis eixos atendendo um Hardinge Bridgeport V480 VMC. A automação elimina a maioria dos elementos da interação humana, embora seja necessário algum monitoramento do operador. Essa configuração libera os operadores para fazer outros trabalhos necessários no chão de fábrica na Custom Tool.

Embora a Custom Tool não tenha integrado um robô antes de 2018, a empresa, que atende principalmente os mercados aeroespacial, de defesa, médico e automotivo, começou a automatizar quando adicionou um alimentador de barras a um centro de torneamento CNC existente em seu chão de fábrica em 2008 Desde então, tem acreditado muito na usinagem sem luz em muitas de suas máquinas. Além disso, é

A equipe de automação da ferramenta personalizada deve permanecer flexível, à medida que aprende que as especificações do pedido de peças podem mudar rapidamente. A célula da máquina robô originalmente produzia tubos longos de 27” com um furo de 5,5 mm em um lado, mas o cliente modificou seu pedido para um tubo de 34”. Além disso, a loja foi informada de que os furos não poderiam ter rebarbas depois de já ter começado a fabricar o pedido.

automatizou algumas rotinas de medição para várias peças que foram usinadas durante a noite, bem como a coleta de dados (consulte a barra lateral) para sua estratégia de planejamento de log de produção local. Embora a maior parte do trabalho da loja inclua peças de 2 polegadas de diâmetro ou menores, às vezes ele se ramifica para satisfazer a necessidade do cliente. Por exemplo, ela também possui uma célula de soldagem robótica adquirida para concluir um trabalho de reparo específico para um cliente.

O próximo projeto de automação se apresentou quando a oficina recebeu um pedido de um fornecedor para uma empresa automotiva de nível 1 para perfurar tubos de aço inoxidável para um sistema de combustível automotivo em 2018. Bob Young e a equipe de automação, liderada pelo gerente de fabricação da empresa e um 2020 Usinagem de Produção O líder emergente, Clay Adcock, decidiu que o robô que eles compraram no início daquele ano apenas para aprender como integrá-lo poderia ser conectado a um centro de usinagem vertical para criar uma célula que seria perfeita para o pedido de peças de alto volume recebido. A equipe encomendou um Hardinge Bridgeport V480 APC VMC com um trocador de paletes para ser emparelhado com o robô FANUC M-10 pré-comprado. O robô, eles imaginaram, seria uma boa opção para carregar e descarregar as peças de trabalho para esta aplicação que exige consistência.

Embora a ideia desta célula de automação parecesse ser a solução, aprender os meandros da célula não era um processo rápido ou fácil. A curva de aprendizado estava apenas começando para a equipe, seguida de tentativa e erro. No entanto, o resultado valeu o esforço; gestão não teria feito de outra maneira.

Processo e desafios de autointegração

Depois que o VMC foi entregue, a equipe de automação da Custom Tool levou cerca de oito meses para descobrir o processo de integração com o robô FANUC e fazer a célula funcionar da maneira necessária para satisfazer os requisitos de peças do cliente. Mas, durante o período de aprendizado, a empresa ainda precisava cumprir o pedido que consistia em fazer um furo de 5,5 mm em um lado de tubos de aço inoxidável de 3/8 polegadas de diâmetro com 27 e 34 polegadas de comprimento, com volumes que variam de 250.000 peças por ano.

O sistema precisa de apresentação precisa da peça do “ dispensador de palitos” que a Custom Tool projetou e criou. O compartimento possui sensores que informam ao controle quando o compartimento está baixo.

Portanto, os operadores carregaram e descarregaram manualmente o VMC durante esse tempo, o que fez o trabalho, mas não foi tão eficiente quanto a automação provou ser mais tarde. Depois que o projeto de autointegração foi concluído e a célula de automação estava funcionando, a administração percebeu um aumento na consistência e um aumento de 20% no rendimento.

“Fazemos muito rastreamento de números, não porque estamos tentando interpretar o Big Brother, mas apenas tentando aprender desse ponto de vista”, explica Young. “E agradecemos o trabalho árduo que o operador faz no front-end dessas máquinas, mas é um trabalho físico. Mesmo com seus melhores esforços, ainda não conseguimos ver a consistência que conseguimos obter com o aspecto de automação.” Ele descreve a consistência recém-descoberta que a automação fornece “como um relógio”.

O operador Andy Paul rebarba furos em tubos de aço inoxidável depois de sair da célula de usinagem do robô. A peça será usada em um sistema de combustível automotivo.

O sistema precisa de uma apresentação precisa das peças do que Young chamou carinhosamente de “dispensador de palitos”. Esta caixa de alumínio que a equipe da Custom Tool projetou e criou alinha os tubos para facilitar a coleta para o robô. O robô então carrega os tubos em um acessório no palete fora da zona de usinagem do VMC, enquanto o VMC perfura os tubos fixos no outro palete.

Uma vez que todos os tubos do palete dentro da máquina são perfurados, o trocador de paletes gira para trazer as peças concluídas para fora da máquina e novas peças de trabalho para dentro da máquina. O robô então pega cada peça concluída, removendo-a do suporte e a coloca em uma caixa de material à medida que a máquina começa a perfurar as peças frescas. A partir daí, cada peça concluída é inspecionada e rebarbada, depois movida para embalagem.

Embora as tarefas do robô pareçam simples, Young diz que sua equipe encontrou vários grandes obstáculos para uma integração adequada:fixação, apresentação de peças ao robô e programação do CLP da célula.

Esses obstáculos podem ser e foram superados, mas conhecer os desafios com antecedência pode ajudar. Ele diz que o menor movimento de um acessório pode fazer com que o robô não segure adequadamente uma peça. Além disso, a apresentação de peças para o robô é importante, mas não é fácil de fazer com precisão, como o robô exige. Cada pequeno detalhe do processo deve ser considerado, explica. Por exemplo, como o robô obtém o material e o que o robô faz com ele quando termina.

Para o PLC, Young explica que comprar o software e entender como ele funciona também é um grande empreendimento.

Escolhendo o equipamento certo

Quando Young começou a busca pelas ferramentas de ponta de braço, ele e sua equipe decidiram usar um sistema de garra eletricamente acionado da Schunk Inc.

A Custom Tool usa um sistema de garra acionado eletricamente da Schunk Inc. versus um sistema pneumático. Embora haja prós e contras para cada tipo, Bob Young acredita que a versão elétrica foi a escolha mais inteligente para a oficina.

contra um pneumático. Embora haja prós e contras para cada tipo, ele acredita que a versão elétrica foi a escolha mais inteligente para a Custom Tool. O fato de um sistema acionado eletricamente exigir menos acessórios era atraente porque seu objetivo era manter a configuração o mais simples possível. Por exemplo, o FANUC M-10 com garras acionadas eletricamente ele descreve como sendo “limpo” com apenas alguns cabos, enquanto um sistema pneumático precisa de uma linha de ar, o que complica a configuração.

O M-10 é um robô de seis eixos projetado especificamente para pequenas células de trabalho e pode levantar até 12 kg. Young comprou o robô com um sensor de força, que ele recomenda. Os sensores de força permitem que os robôs detectem a força e o torque aplicados ao efetor final. Isso proporciona uma sensação de toque quase humana. Surpreendente para Young e sua equipe, o sensor de força não foi difícil de configurar e usar.

“Pensamos que o sensor de força seria um dos aspectos mais desafiadores, mas foi bastante simples”, diz ele. “Às vezes, precisamos superar a barreira do que achamos que não vai funcionar.”

Após a compra do robô e a chegada do pedido, era hora de procurar a máquina-ferramenta certa para o trabalho. O Hardinge Bridgeport V480 APC VMC foi atraente para a Young devido ao seu sistema de troca de paletes que maximiza o tempo de atividade do fuso.

“Não era o tamanho da máquina que era a força motriz, porque na maioria das vezes fazemos peças que você pode segurar na palma da sua mão”, explica Young. “Foi a capacidade da máquina de continuar a ciclar, indexar e processar. Torna um processo muito previsível e ótimo para agendamento e planejamento.”

O scanner de área Keyence SZ-V Series oferece um 27,56 pés. zona de proteção ao redor da célula de usinagem do robô na Custom Tool. Ele oferece uma sensibilidade impressionante que é conhecida por sentir uma mariposa voando pela área que causou o desligamento do robô.

Uma vez que a célula robô/máquina-ferramenta foi integrada, o robô foi inicialmente enjaulado. Mas percebendo que havia melhores opções para facilidade de uso e acesso à máquina, a equipe de automação decidiu investir em um scanner de área da Série SZ-V da Keyence como alternativa, após cerca de um ano de uso da gaiola.

Young explica que o scanner foi uma de suas melhores aquisições porque economiza espaço e tempo que leva para desligar o robô, abrir e fechar a porta da gaiola e geralmente melhora o ambiente de usinagem.

Além disso, a sensibilidade do scanner é impressionante para a equipe. Young ficou surpreso quando testemunhou o robô sendo desligado um dia depois que uma mariposa voou para a zona do scanner.

Os irmãos Young também entendem a importância de coletar dados de suas máquinas-ferramentas. Então, quando eles implementaram essa célula, eles também implementaram o MT Connect como a interface para coletar informações dele alimentadas em seu sistema de planejamento de log de produção.

Benefícios da auto-integração

Devido ao tempo, habilidades e trabalho necessários para auto-integrar uma célula robótica, pode-se questionar por que a Custom Tool escolheu seguir o caminho “difícil” em vez de contratar um integrador para fazer esse trabalho desafiador. Young descreve a dedicação em fazer a integração internamente como um investimento em projetos futuros e uma forma de ganhar inteligência de usinagem. Ele não apenas se esforça para que a equipe seja capaz de auto-integrar mais robôs para trabalhos futuros no chão de fábrica, mas diz que a abordagem do tipo "faça você mesmo" os forçou a se familiarizar muito com as máquinas e os robôs e entender o que está dentro do painel de controle, incluindo códigos M e como todos os componentes funcionam juntos.

Embora alguns equipamentos da Custom Tool fiquem sem luz , Young decidiu não apagar as luzes desta célula de usinagem robótica. Isso porque o pedido é executado com o material do cliente. Portanto, se houver um erro durante o desligamento das luzes que cause refugo, a empresa corre o risco de desperdiçar o material do cliente.

Alternativamente, se a empresa optou por trabalhar com um integrador de robôs, ainda há uma curva de aprendizado, explica Young. Além das considerações de integração da qual o gerenciamento faria parte, bem como das dores e desafios de aprender sobre os equipamentos, uma vez que a integração é assinada, é função da oficina manter a célula em funcionamento. Portanto, eles acharam que valia a pena gastar seu tempo e se autointegrar para conhecer todos os sistemas por dentro e por fora. Essa opção economiza dinheiro na contratação de um integrador externo.

Como a Custom Tool continua a crescer e a investir em equipamentos de capital, a Young só compra máquinas-ferramentas que vêm com uma interface de robô para facilitar a integração de um robô quando a oportunidade se apresentar novamente.

Preparado para crescer

Com total intenção de crescer no segmento de automação de Custom Tool, Young agora sente que seu negócio está preparado para assumir mais desses trabalhos por causa de seus recentes investimentos em máquinas com interfaces de robôs. “Se a máquina estiver pronta, só precisamos programar o robô e descobrir o manuseio do material”, diz Young. “Já estamos preparados para fazer uma integração.” Ele acrescenta que, em sua loja, ele nunca sabe que trabalho pode vir a seguir.

Ter uma mentalidade de automação significa que a empresa está sempre olhando para a automação como uma possibilidade para qualquer pedido. Na verdade, Young diz que espera totalmente que, se as tendências de emprego que ele vê agora continuarem, daqui a 12 meses ele estará falando sobre outro projeto de integração.

Com a célula auto-integrada agora bem estabelecida, a empresa pode executá-la de 14 a 16 horas por dia, cinco dias por semana, com apenas um operador leve para monitorar o trabalho. A equipe atingirá sua meta de executar a célula de 18 a 20 horas por dia? Isso depende da disponibilidade de material do cliente.

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

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

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

Sistema de coleta de dados automatizada compila informações a cada 20 minutos

O sistema automatizado de coleta e relatório de dados da Custom Tool desenvolvido pelo presidente da empresa, Gillen Young, usa uma plataforma de Internet das Coisas Industrial (IIoT) baseada na Web para extrair dados de máquinas que possuem agentes para o protocolo de comunicação MTConnect de código aberto, bem como o software de planejamento de recursos empresariais (ERP) JobBoss da empresa. A plataforma é Devicewise for Factory da Telit, empresa que oferece módulos IIoT, software e serviços de conectividade e software.

Gillen diz que os benefícios deste sistema são que ele interage com uma variedade de controladores e nenhuma programação personalizada é necessária para a coleta de dados. Ele é configurado para extrair automaticamente todos os dados que foram coletados manualmente anteriormente da máquina (contagem de peças, código da máquina e mais), bem como dados do ERP (número do trabalho, descrição do trabalho, data do pedido, quantidade do pedido, data de entrega e assim por diante) e armazena na nuvem. Os dados podem ser acessados ​​por meio de um painel da web. Relatórios podem então ser criados para mostrar mais graficamente o que estava disponível anteriormente na planilha de log de produção.

O sistema coleta dados a cada 20 minutos desde o início de junho de 2018 sem perder uma entrada para uma máquina que estava em execução. Três centros de torneamento e um moinho estão atualmente conectados. Outro moinho ainda requer que um agente MTConnect seja instalado antes de poder ser conectado. Gillen diz que existem muitos bons produtos de monitoramento de máquinas disponíveis. No entanto, sua formação técnica proporcionou a oportunidade de explorar uma solução interna que aborda as informações comerciais que a loja está mais interessada em conhecer. Ele também acha que esse recurso de coleta de dados também pode levar a análises ainda mais avançadas, como vincular o tempo de corte a tipos específicos de ferramentas de corte ou pastilhas.