Vidéo :Un atelier d'usinage crée une cellule d'usinage robotisée avant qu'il n'y ait de travail pour cela

Cette cellule d'usinage robotisée produit des tubes pour un circuit d'alimentation automobile. Découvrez ce qui englobe cette cellule chez Custom Tool à Cookeville, Tennessee, y compris le serrage, le distributeur de pièces, le scanner de sécurité et un collecteur de pièces.

Avez-vous acheté de l'équipement en sachant qu'il serait éventuellement utilisé à bon escient, mais à l'époque, vous n'aviez aucune raison de l'acheter autre que c'était quelque chose que vous regardiez ? J'ai eu l'occasion de visiter un atelier d'usinage qui peut répondre oui à cette question et qui ne regrette pas du tout l'investissement. En fait, il a vu une augmentation du débit pour un travail d'usinage à grand volume, et l'équipe d'automatisation a acquis une nouvelle compétence qui, selon elle, sera avantageuse pour de nombreux futurs projets d'entretien de machines automatisées à venir.

En 2018, la direction de Custom Tool Inc. (Cookeville, Tennessee) était curieuse d'une technologie étrangère aux membres de l'équipe. Même si l'atelier n'était pas étranger à l'automatisation avec une cellule de soudage automatisée, il n'avait pas d'expérience avec l'auto-intégration d'un robot d'entretien des machines. Par conséquent, dans le seul but d'en savoir plus sur l'intégration de robots pour de futurs travaux où l'automatisation pourrait être bénéfique, l'équipe a acheté un bras de robot et a pris le temps de se familiariser avec la façon de le programmer, d'ajouter des composants d'effecteur et de l'interfacer avec une machine. outil.

La projection de l'équipe s'est avérée non seulement sage mais opportune. Peu de temps après son investissement dans le robot, l'atelier d'usinage a reçu une commande qui, selon l'équipe, bénéficierait de l'automatisation. La vision de la direction a finalement été validée lorsque ce projet d'automatisation a fonctionné au-delà de l'efficacité, offrant plus de cohérence, des gains de temps, une augmentation du débit et la possibilité de déployer des opérateurs sur d'autres machines-outils dans l'atelier où le cerveau humain est nécessaire.

Était-ce la chance ou le destin ?

Certains pourraient dire que les détails de cette histoire se sont si bien mis en place que le magasin doit être "chanceux". Cependant, la citation "vous faites votre propre chance" résonne ici. Bob Young, vice-président de Custom Tool, et son frère et président de la société, Gillen Young, gardent les yeux ouverts sur les opportunités d'automatisation. Par conséquent, dire que cette histoire que je suis sur le point de raconter était de la chance est exagéré. Mais on pouvait conclure que les étoiles étaient alignées pour la boutique, même si certains obstacles attendaient l'équipe dans son parcours d'auto-intégration de robots.

Cette cellule d'usinage robotisée se compose d'un robot six axes FANUC M-10 qui s'occupe d'une VMC Hardinge Bridgeport V480. L'automatisation supprime la plupart des éléments de l'interaction humaine, bien qu'une certaine surveillance de l'opérateur soit nécessaire. Cette configuration libère les opérateurs pour effectuer d'autres tâches nécessaires dans l'atelier de Custom Tool.

Bien que Custom Tool n'ait pas auto-intégré de robot avant 2018, l'entreprise, qui dessert principalement les marchés de l'aérospatiale, de la défense, de la médecine et de l'automobile, a commencé à s'automatiser lorsqu'elle a ajouté un ravitailleur de barres à un centre de tournage CNC existant dans son atelier en 2008. Depuis lors, il a été un fervent partisan de l'usinage à l'arrêt sur plusieurs de ses machines. De plus, il

L'équipe d'automatisation de l'outil personnalisé doit rester flexible, car il apprend que les spécifications de commande de pièces peuvent changer rapidement. La cellule de la machine robotisée produisait à l'origine des tubes de 27 pouces de long avec un trou de 5,5 mm sur un côté, mais le client a ensuite modifié sa commande pour un tube de 34 pouces. De plus, le magasin a été informé que les trous ne pouvaient pas avoir de bavures après avoir déjà commencé à fabriquer la commande.

a automatisé certaines routines de mesure pour plusieurs pièces qui ont été usinées du jour au lendemain ainsi que la collecte de données (voir encadré) pour sa stratégie de planification des journaux de production maison. Même si la majorité du travail de l'atelier comprend des pièces de 2 pouces de diamètre et plus petites, il se ramifie parfois pour satisfaire le besoin d'un client. Par exemple, il possède également une cellule de soudage robotisée une fois achetée pour effectuer un travail de réparation spécifique pour un client.

Le prochain projet d'automatisation s'est présenté lorsque l'atelier a reçu une commande d'un fournisseur d'une entreprise automobile de rang 1 pour percer des tubes en acier inoxydable pour un système d'alimentation en carburant automobile en 2018. Bob Young et l'équipe d'automatisation, dirigée par le directeur de la fabrication de l'entreprise et un 2020 Usinage de production Le leader émergent, Clay Adcock, a décidé que le robot qu'ils avaient acheté plus tôt cette année-là uniquement pour apprendre à l'intégrer pourrait être interfacé sur un centre d'usinage vertical pour créer une cellule qui serait parfaite pour la commande de pièces à volume élevé qu'ils avaient reçue. L'équipe a commandé un Hardinge Bridgeport V480 APC VMC avec un changeur de palettes à coupler avec le robot FANUC M-10 préacheté. Le robot, ont-ils pensé, serait un bon choix pour charger et décharger les pièces pour cette application qui nécessite de la cohérence.

Bien que l'idée de cette cellule d'automatisation semblait être la solution, apprendre les tenants et les aboutissants de la cellule n'était pas un processus rapide ou facile. La courbe d'apprentissage venait à peine de commencer pour l'équipe, suivie d'essais et d'erreurs. Cependant, le résultat en valait la peine; la direction ne l'aurait pas fait autrement.

Processus d'auto-intégration et défis

Une fois le VMC livré, il a fallu environ huit mois à l'équipe d'automatisation de Custom Tool pour comprendre le processus d'intégration avec le robot FANUC et faire fonctionner la cellule comme il le fallait afin de répondre aux exigences du client en matière de pièces. Mais, pendant la période d'apprentissage, l'entreprise devait encore exécuter la commande qui consistait à percer un trou de 5,5 mm d'un côté de tubes en acier inoxydable de 3/8 de pouce de diamètre et de 27 et 34 pouces de long, avec des volumes allant de 250 000 pièces par an.

Le système a besoin d'une présentation précise des pièces du " distributeur de cure-dents » que Custom Tool a conçu et créé. Le bac est doté de capteurs qui permettent au contrôle de savoir quand le bac est bas.

Par conséquent, les opérateurs ont chargé et déchargé manuellement le VMC pendant ce temps, ce qui a fait le travail, mais n'a pas été aussi efficace que l'automatisation s'est avérée plus tard. Une fois le projet d'auto-intégration terminé et la cellule d'automatisation opérationnelle, la direction a réalisé une augmentation de la cohérence et une augmentation de 20 % du débit.

"Nous faisons beaucoup de suivi des chiffres, non pas parce que nous essayons de jouer à Big Brother, mais nous essayons simplement d'apprendre de ce point de vue", explique Young. "Et nous apprécions le travail acharné que l'opérateur effectue sur la partie avant de ces machines, mais c'est un travail physique. Même au mieux de leurs efforts, nous ne pouvions toujours pas voir la cohérence que nous pouvions tirer de l'aspect automatisation de celui-ci. » Il décrit la nouvelle cohérence que l'automatisation offre "comme sur des roulettes".

L'opérateur Andy Paul ébavure des trous dans des tubes en acier inoxydable après avoir quitté la cellule d'usinage du robot. La pièce sera utilisée dans un système de carburant automobile.

Le système a besoin d'une présentation précise des pièces de ce que Young a affectueusement appelé le "distributeur de cure-dents". Ce bac en aluminium conçu et créé par l'équipe de Custom Tool aligne les tubes pour faciliter le ramassage par le robot. Le robot charge ensuite les tubes sur un montage sur la palette à l'extérieur de la zone d'usinage du VMC, tandis que le VMC perce les tubes montés sur l'autre palette.

Une fois que tous les tubes de la palette à l'intérieur de la machine sont percés, le changeur de palettes tourne pour amener les pièces terminées à l'extérieur de la machine et les nouvelles pièces à usiner à l'intérieur de la machine. Le robot prend ensuite chaque pièce terminée, la retire du montage et la place dans un bac à matériau lorsque la machine commence à percer les pièces fraîches. À partir de là, chaque pièce terminée est inspectée et ébavurée, puis déplacée vers l'emballage.

Bien que les tâches du robot semblent simples, Young dit que son équipe a rencontré plusieurs obstacles majeurs à une intégration correcte :montage, présentation des pièces au robot et programmation de l'automate de la cellule.

Ces obstacles peuvent être et ont été surmontés, mais connaître les défis à l'avance peut aider. Il dit que le moindre mouvement d'un appareil peut empêcher le robot de saisir correctement une pièce. De plus, la présentation des pièces pour le robot est importante, mais pas facile à faire avec précision, comme l'exige le robot. Chaque petit détail du processus doit être considéré, explique-t-il. Par exemple, comment le robot récupère le matériau, puis ce que le robot en fait une fois terminé.

Pour le PLC, Young explique que l'achat du logiciel et la compréhension de son fonctionnement sont également une entreprise énorme.

Choisir le bon équipement

Lorsque Young a commencé la recherche de l'outillage en bout de bras, lui et son équipe ont décidé d'opter pour un système de préhension à commande électrique de Schunk Inc.

Custom Tool utilise un système de préhension à commande électrique de Schunk Inc. plutôt qu'un système pneumatique. Bien qu'il y ait des avantages et des inconvénients à chaque type, Bob Young pense que la version électrique était le choix le plus intelligent pour l'atelier.

par rapport à un pneumatique. Bien qu'il y ait des avantages et des inconvénients à chaque type, il pense que la version électrique était le choix le plus intelligent pour Custom Tool. Le fait qu'un système actionné électriquement nécessite moins d'accessoires était attrayant car son objectif était de garder la configuration aussi simple que possible. Par exemple, le FANUC M-10 à préhension électrique qu'il décrit comme étant "propre" avec seulement quelques câbles, alors qu'un système pneumatique nécessite une conduite d'air, ce qui complique la configuration.

Le M-10 est un robot à six axes spécialement conçu pour les petites cellules de travail et peut soulever jusqu'à 12 kg. Young a acheté le robot avec un capteur de force, qu'il recommande vivement. Les capteurs de force permettent aux robots de détecter la force et le couple appliqués à l'effecteur terminal. Cela lui confère un sens du toucher presque humain. Surprenant pour Young et son équipe, le capteur de force n'était pas difficile à installer et à utiliser.

"Nous pensions que le capteur de force serait l'un des aspects les plus difficiles, mais c'était assez simple", dit-il. "Parfois, nous devons surmonter la barrière de ce que nous pensons ne pas fonctionner."

Après l'achat du robot et la commande, il était temps de rechercher la bonne machine-outil pour le travail. Le Hardinge Bridgeport V480 APC VMC était attrayant pour Young en raison de son système de changement de palette qui maximise la disponibilité de la broche.

"Ce n'était pas la taille de la machine qui était la force motrice, car nous fabriquons principalement des pièces que vous pouvez tenir dans la paume de votre main", explique Young. « C'était la capacité de la machine à continuer à cycler, indexer et traiter. Il s'agit d'un processus très prévisible et idéal pour la planification et la planification."

Le scanner de zone Keyence SZ-V Series offre un 27,56 pieds. zone de protection autour de la cellule d'usinage robotisée de Custom Tool. Il offre une sensibilité impressionnante qui est connue pour détecter un papillon volant dans la zone qui a provoqué l'arrêt du robot.

Une fois la cellule robot/machine-outil intégrée, le robot a d'abord été mis en cage. Mais réalisant qu'il y avait de meilleures options pour la facilité d'utilisation et l'accès à la machine, l'équipe d'automatisation a décidé d'investir dans un scanner de zone Keyence SZ-V Series comme alternative, après environ un an d'utilisation de la cage.

Young explique que le scanner a été l'un de leurs meilleurs achats car il permet d'économiser de l'espace et du temps qu'il a fallu pour éteindre le robot, ouvrir et fermer la porte de la cage, et il améliore généralement l'environnement d'usinage.

De plus, la sensibilité du scanner est impressionnante pour l'équipe. Young a été étonné lorsqu'il a vu le robot s'éteindre un jour après qu'un papillon de nuit a volé dans la zone du scanner.

Les frères Young comprennent également l'importance de collecter des données à partir de leurs machines-outils. Ainsi, lorsqu'ils ont implémenté cette cellule, ils ont également implémenté MT Connect comme interface pour collecter des informations à partir de celle-ci pour alimenter leur système de planification des journaux de production.

Avantages de l'auto-intégration

En raison du temps, des compétences et de la main-d'œuvre nécessaires pour auto-intégrer une cellule robotique, on peut se demander pourquoi Custom Tool a choisi d'emprunter la voie «difficile» au lieu d'embaucher un intégrateur pour effectuer ce travail difficile. Young décrit le dévouement à faire l'intégration en interne comme un investissement dans de futurs projets et un moyen d'acquérir une intelligence d'usinage. Il s'efforce non seulement pour que l'équipe soit capable d'intégrer plus de robots pour de futurs travaux dans l'atelier, mais il dit que leur approche de bricolage les a obligés à se familiariser avec les machines et les robots, et à comprendre ce que se trouve à l'intérieur du panneau de commande, y compris les codes M et comment tous les composants fonctionnent ensemble.

Bien que certains équipements de Custom Tool s'éteignent , Young a décidé de ne pas éteindre cette cellule d'usinage robotisée. C'est parce que la commande est exécutée en utilisant le matériel du client. Par conséquent, s'il y a une erreur lors de l'extinction des feux qui provoque des rebuts, l'entreprise risque de gaspiller le matériel du client.

Alternativement, si l'entreprise choisit de travailler avec un intégrateur de robots, il y a encore une courbe d'apprentissage, explique Young. Outre les considérations d'intégration dont la direction ferait partie ainsi que les difficultés et les défis liés à l'apprentissage de l'équipement, une fois l'intégration approuvée, il incombe à l'atelier de maintenir la cellule opérationnelle. Par conséquent, ils ont pensé que cela valait la peine de prendre leur temps et de s'auto-intégrer pour connaître tous les systèmes de fond en comble. Cette option permet d'économiser de l'argent sur l'embauche d'un intégrateur externe.

Alors que Custom Tool continue de croître et d'investir dans des biens d'équipement, Young n'achète que des machines-outils équipées d'une interface de robot pour faciliter l'intégration d'un robot lorsque l'occasion se présente à nouveau.

Préparé pour la croissance

Avec la ferme intention de développer le segment d'automatisation de Custom Tool, Young estime maintenant que son entreprise est prête à assumer davantage de ces tâches en raison de ses récents investissements dans des machines dotées d'interfaces robotiques. "Si la machine est prête, il nous suffit de programmer le robot et de comprendre la manipulation des matériaux", déclare Young. "Nous sommes déjà prêts à faire une intégration." Il ajoute que, dans son magasin, il ne sait jamais quel travail pourrait venir ensuite.

Avoir un état d'esprit d'automatisation signifie que l'entreprise considère toujours l'automatisation comme une possibilité pour toute commande. En fait, Young dit qu'il s'attend à ce que si les tendances de l'emploi qu'il observe actuellement se poursuivent, dans 12 mois, il parlera d'un autre projet d'intégration.

La cellule auto-intégrée étant désormais bien établie, l'entreprise peut la faire fonctionner 14 à 16 heures par jour, cinq jours par semaine, seul un opérateur léger ayant tendance à surveiller le travail. L'équipe atteindra-t-elle son objectif de faire fonctionner la cellule 18 à 20 heures par jour ? Cela dépend de la disponibilité des matériaux chez le client.

Outil personnalisé inc. | 931-432-6609 | customtoolinc.com

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

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

Le système de collecte de données automatisé compile les informations toutes les 20 minutes

Le système automatisé de collecte de données et de création de rapports de Custom Tool, développé par le président de la société, Gillen Young, utilise une plate-forme Web de l'Internet industriel des objets (IIoT) pour extraire les données des machines qui ont des agents pour le protocole de communication open source MTConnect ainsi que le le logiciel de planification des ressources d'entreprise (ERP) JobBoss de l'entreprise. La plate-forme est Devicewise for Factory de Telit, une société qui propose des modules IIoT, des logiciels et des services et logiciels de connectivité.

Gillen dit que les avantages de ce système sont qu'il s'interface avec une variété de contrôleurs et qu'aucune programmation personnalisée n'est nécessaire pour la collecte de données. Il est configuré pour extraire automatiquement toutes les données précédemment collectées manuellement de la machine (nombre de pièces, code machine, etc.) ainsi que les données ERP (numéro de travail, description du travail, date de commande, quantité de commande, date de livraison, etc.) et le stocke dans le cloud. Les données sont accessibles via un tableau de bord Web. Des rapports peuvent ensuite être créés pour montrer plus graphiquement ce qui était auparavant disponible dans la feuille de calcul du journal de production.

Le système collecte des données toutes les 20 minutes depuis début juin 2018 sans manquer une seule entrée pour une machine qui fonctionnait. Trois centres de tournage et une usine sont actuellement connectés. Une autre usine nécessite toujours l'installation d'un agent MTConnect avant de pouvoir se connecter. Gillen dit qu'il existe de nombreux bons produits de surveillance des machines. Cependant, sa formation technique lui a permis d'explorer une solution interne qui traite les informations commerciales que le magasin souhaite le plus connaître. Il pense également que cette capacité de collecte de données pourrait également conduire à des analyses encore plus avancées, telles que l'association du temps de coupe à des types spécifiques d'outils de coupe ou d'inserts.