Automatisation dans les applications de tournage à grande diversité et à faible volume

L'automatisation des applications de tournage existe depuis des décennies; Les ravitailleurs de barres, les chargeurs à portique et les chargeurs robotisés sont des dispositifs d'automatisation courants. Ce sont tous des outils efficaces dans les applications à volume moyen à élevé. Mais l'adaptation aux pressions du marché oblige continuellement les fabricants de CNC à produire des lots plus petits, traitant une gamme plus large de formes et de tailles de pièces. Cette progression amène de nouveaux défis :

• Comment les petites tailles de lots affectent-elles le choix d'automatisation optimal pour les applications de tournage ?
• Quel type d'automatisation convient le mieux pour traiter une gamme de tailles et de formes de pièces ?
• Quelles sont les meilleures pratiques pour tirer le meilleur parti de l'investissement dans l'équipement ?

Le besoin d'automatisation

Revenons un instant en arrière et examinons l'objectif fondamental de l'automatisation dans l'atelier. Offre-t-il une utilisation accrue de l'équipement ? Une capacité de production plus élevée ? Réduction des coûts de fabrication ? Réduction des coûts de main-d'œuvre ?

La plupart des responsables d'ateliers d'usinage diraient que la vraie raison - la motivation n ° 1 pour l'automatisation - est le manque de main-d'œuvre fiable et qualifiée. Sans la main-d'œuvre nécessaire à la gestion de l'entreprise, celle-ci sera soit une petite entreprise, soit elle sera en faillite. La réduction des besoins en main-d'œuvre doit être au premier plan de tout projet d'automatisation, en particulier dans la fabrication à grande diversité et à faible volume.

Mais de nombreux responsables d'ateliers d'usinage se disent réticents à investir dans des équipements qui réduisent la main-d'œuvre. La raison de cette décision est probablement motivée par la tendance à sous-évaluer le coût de la main-d'œuvre et à surévaluer le coût de l'équipement.

Une machine CNC à 250 000 $ peut sembler nettement plus chère qu'un opérateur à 15 $/heure. Cependant, en ajoutant le coût des avantages sociaux, des taxes et de la formation, le coût net de l'opérateur est d'environ 21 $/heure. Si la main-d'œuvre n'est pas disponible pour faire croître l'entreprise, la valeur est nettement plus élevée. En amortissant le coût de la machine CNC sur une période de 15 ans et en ajoutant le coût du financement, de l'entretien, de l'électricité et du loyer, la machine CNC coûte environ 3 $/heure pour posséder 24 heures par jour, sept jours par semaine, 365 jours par an. Les investissements qui réduisent les besoins en main-d'œuvre peuvent avoir un prix élevé au départ, mais offrent généralement un taux de rendement exceptionnel.

Mixage élevé, faible volume

Un mélange élevé signifie de nombreux types de pièces différents :barres, arbres, lingots, billettes, pièces moulées et forgées avec de nombreux types de caractéristiques différents.

Un faible volume représente de petites quantités de lots. Mais la définition de "petit" dépend de qui demande. Au lieu de se concentrer sur le nombre de pièces dans un lot, il est souvent préférable de considérer combien de temps il faut pour exécuter le lot, ou peut-être quel pourcentage de temps de lot implique la configuration. Si le temps de configuration représente plus de 10 % du temps d'exécution du lot, le travail relève du domaine de la fabrication à faible volume.

Ces définitions sont importantes, car la fabrication à forte mixité repose sur des équipements de fabrication flexibles, tandis que la fabrication à faible volume devrait avoir un temps de configuration réduit. Lorsque la fabrication est diversifiée et à faible volume, faire le meilleur choix d'équipement peut être difficile. Les ateliers doivent avoir une vue d'ensemble et examiner attentivement le coût et la disponibilité de la main-d'œuvre par rapport au coût de l'équipement. Cela les aidera à faire de meilleurs choix dans les types de tours et d'automatisation qui fonctionneront le mieux pour une installation donnée.

Options de tour pour mélange élevé, faible volume

Sous-estimer la nécessité de réduire la main-d'œuvre est la plus grande erreur que commettent les ateliers lors du choix d'un tour pour la fabrication à haut volume et à faible volume. Ils évitent souvent les capacités de broyage en faveur de l'ajout d'une opération à une usine existante. Le coût supplémentaire de la contre-broche, de l'outillage à changement rapide ou des mandrins peut donner l'impression que ces caractéristiques sont un luxe inutile.
Mais les directeurs de magasin regrettent rarement d'avoir acheté des options coûteuses qui réduisent la main-d'œuvre. Les options de machine qui réduisent le travail de l'opérateur auront presque toujours un retour sur investissement élevé. Des mors de mandrin à changement rapide, des pinces à changement rapide et des outils à changement rapide doivent être installés sur tout tour effectuant des travaux à grande diversité et à faible volume. Les options qui offrent la flexibilité d'exécuter des pièces dans une seule machine, une fois pour toutes, auront également un excellent retour sur investissement.

La sous-broche "incontournable"

Presque toutes les pièces décolletées nécessitent deux opérations. Lors de l'automatisation de tours, la contre-broche est une option particulièrement intéressante, dont la valeur est souvent négligée ou mal comprise. Même si le tour ne fait que travailler la barre et que la contre-broche permet simplement de retirer le nœud de séparation, la contre-broche sera amortie tout au long de la durée de vie de la machine par rapport à un opérateur rechargeant les pièces ou meulant le nœud à la main.

L'automatisation d'une application de serrage est l'endroit où une contre-broche rapporte vraiment des dividendes. Sans contre-broche, un robot ou un chargeur à portique typique ne peut effectuer qu'une seule opération à la fois. Une fois la première opération terminée, l'opérateur doit configurer les mâchoires du mandrin pour la deuxième opération, retourner les pièces et recharger les pièces dans l'alimentation.

Lorsque vous décidez d'ajouter ou non une sous-broche, ces questions doivent être prises en compte :

• Toutes les pièces à fabriquer seront-elles placées dans l'alimentation face vers le bas sur le côté fini ?
• Les pièces nécessitent-elles un cadencement de la première opération à la seconde, et l'alimentation en entrée sera-t-elle en mesure de maintenir le cadencement de manière fiable ?

Si la réponse à l'une de ces questions est non, sans contre-broche, la deuxième opération devra être chargée à la main, ce qui augmentera la main-d'œuvre et le coût de fabrication.

Alimentation de barres, portique ou robot chargeur

Généralement, le type de travail prévu pour la machine dicte le type d'automatisation à choisir. Un mélange élevé signifie que la flexibilité est nécessaire pour une variété de tailles et de formes de pièces différentes. Un faible volume nécessite des temps d'installation courts pour gérer de petits lots. Malheureusement, il n'y a pas de décision d'automatisation claire pour les applications à haut volume et à faible volume. Le meilleur choix sera généralement déterminé par la gamme de mélanges de parties que l'automatisation doit prendre en charge.

Les ravitailleurs de barres sont le choix d'automatisation le plus populaire pour les tours. Ils sont simples, fiables et abordables. La principale limitation du ravitailleur de barres est la taille de la pièce, avec un diamètre maximum d'environ 4,75 pouces. Pour les applications à mélange élevé et à faible volume, les ravitailleurs de barres à faible charge de type magasin, servocommandés, fourniront généralement la plus large gamme de tailles de barres avec les temps de configuration les plus courts. Pour les travaux qui relèvent principalement des limites du ravitailleur de barres, c'est un choix difficile à battre.

Les chargeurs à portique sont une autre technologie éprouvée d'automatisation des tours. Les chargeurs à portique sont souvent disponibles directement auprès du fabricant du tour en tant que solution intégrée, il y a donc moins de soucis à marier un équipement d'automatisation compliqué à un tour CNC compliqué. En termes de fonction, un chargeur à portique fonctionne un peu comme un chargeur robot :il prélève une pièce dans l'alimentation, charge la pièce dans le mandrin du tour, prélève la pièce hors du mandrin lorsque l'opération est terminée et place la pièce dans le hors alimentation. Un chargeur à portique sera généralement configuré avec une pince double pour augmenter l'efficacité. Avec un préhenseur double, le robot peut décharger la pièce qui vient d'être terminée tout en tenant la pièce suivante à traiter dans l'autre préhenseur.

Les chargeurs à portique peuvent généralement être configurés pour faire fonctionner des arbres ou des pièces mandrinées. Les temps d'installation peuvent être relativement courts entre des pièces similaires, mais peuvent être assez longs pour passer d'un arbre de 2 pouces sur 15 pouces de long à une rondelle de 6 pouces de diamètre. Une autre limitation des chargeurs à portique est qu'ils peuvent ne pas être en mesure de gérer du tout certaines tailles et formes de pièces. Les chargeurs à portique utilisent souvent un chargeur empilable pour les rondelles qui nécessitent que la matière première et les pièces finies s'empilent les unes sur les autres.

Les robots chargeurs, il y a quelques années à peine, n'étaient disponibles qu'avec des systèmes entièrement personnalisés. Il s'agissait de systèmes à coût élevé, destinés à des applications à volume élevé et généralement mal adaptés aux exigences d'un mélange élevé et d'un faible volume. Aujourd'hui, un certain nombre de nouveaux développements technologiques ont fait des chargeurs robotisés une option d'automatisation de tour attrayante pour les applications à grande diversité et à faible volume.

Chargeur de cobot

Les robots collaboratifs, ou cobots, sont devenus une option populaire car ils ne nécessitent aucune mesure de sécurité particulière, sont portables et sont relativement faciles à programmer. Cependant, déballer un nouveau cobot et l'ajouter à une machine d'automatisation productive à haut volume et à faible volume peut être une tâche ardue. L'installation de pinces et la conception et la construction d'une alimentation d'entrée et de sortie, d'ouvre-portes et d'une interface avec la CNC ne sont pas des tâches triviales. En théorie, un chargeur cobot peut traiter une gamme de formes et de tailles de pièces; cependant, son efficacité dépend de la façon dont l'alimentation d'entrée, l'alimentation de sortie et la pince sont conçues. Les temps de configuration dépendent de ces mêmes facteurs, mais sont susceptibles d'être beaucoup plus longs sur un système maison que sur un "produit" d'automatisation

Chargeur robot-en-boîte

Robot-in-a-box (RIB) est une nouvelle catégorie d'automatisation qui gagne rapidement du terrain sur le marché. Un RIB combine un robot industriel avec un système de sécurité intégré, des pinces, une alimentation et une sortie flexibles et une interface standard avec les machines CNC populaires. Les semi-rigides sont généralement préprogrammés et disposent d'une interface utilisateur simple qu'un opérateur peut apprendre en quelques heures seulement. Un semi-rigide aura généralement un système d'alimentation/sortie qui est plus flexible qu'un système de chargeur à portique. Les semi-rigides sont souvent portables, ce qui permet à un atelier d'adapter l'automatisation à la meilleure machine pour le travail. Plusieurs fournisseurs de RIB ont fait du temps de configuration réduit et des systèmes d'alimentation et de sortie flexibles une priorité technique. Pour cette raison, les semi-rigides auront généralement un avantage sur les chargeurs à portique dans un environnement à forte mixité et à faible volume.

RIB avec MultiGrip

MultiGrip est une nouvelle technologie de serrage conçue spécifiquement pour le marché de l'automatisation à haut volume et à faible volume. Ce serrage est disponible dans le VBX-160, un RIB fabriqué par VersaBuilt Robotics. Bien qu'initialement développé pour les fraiseuses verticales, ce produit de serrage a trouvé sa place dans les applications de tour et apporte des capacités uniques par rapport aux préhenseurs robotisés traditionnels. L'un des problèmes des pinces à trois mâchoires traditionnelles est qu'elles ne sont pas toujours bien adaptées pour saisir une variété de formes. Bien qu'ils fonctionnent bien avec les rondelles rondes, ils peuvent ne pas convenir aux longs arbres ou à toute pièce qui n'a pas de surface ronde à serrer.

Le préhenseur robot MultiGrip ne saisit pas les pièces comme un préhenseur traditionnel. Au lieu de cela, il saisit des mâchoires MultiGrip usinables et utilise ces mâchoires pour prélever des pièces. Les mâchoires peuvent facilement être usinées pour correspondre à une variété de formes de pièces :arbres, rondelles et une variété presque infinie de formes géométriques. Le robot peut ensuite charger la pièce dans une pince de serrage ou des mâchoires de mandrin existantes, à la manière d'un robot chargeur traditionnel. Ce système est essentiellement un changeur d'outils automatique pour le robot, ce qui réduit les temps de configuration.

En option, le tour peut être configuré avec des mors de serrage intermédiaires MultiGrip. Dans cette configuration, le VBX-160 peut charger les mâchoires et la pièce directement dans le mandrin du tour pour le traitement. MultiGrip agit alors comme un changeur d'outils automatique pour le robot et un changeur automatique de mâchoires de mandrin pour le tour. Le VBX-160 peut éliminer une autre étape de configuration et permet au système de traiter plusieurs références en une seule charge. Pour les applications à mélange élevé et à faible volume, le système peut être chargé à la fin d'un quart de travail avec jusqu'à quatre numéros de pièces différents et traitera automatiquement les pièces, y compris la sélection des programmes appropriés sur la CNC, de sorte que les opérateurs sont accueillis avec un chargement de pièces terminées le matin.

Un VBX-160 avec MultiGrip peut traiter des arbres jusqu'à 6 pouces de diamètre et 15 pouces de long et des rondelles jusqu'à 10 pouces de diamètre et 6 pouces de hauteur.

Dans l'ensemble, le paysage de la fabrication CNC évolue. Les clients exigent des ateliers CNC des pièces plus compliquées, avec des délais courts et des lots de petite taille. Dans le même temps, la main-d'œuvre pour configurer et faire fonctionner les machines CNC devient de plus en plus difficile à trouver. Faire les bons investissements dans l'outillage, le serrage et l'automatisation permet aux ateliers de mieux répondre aux besoins de leurs clients, de réduire la dépendance à l'égard de la main-d'œuvre difficile à trouver et d'augmenter la croissance et la rentabilité de leurs activités.