Ris. 3. Et enkelt, koppmatet verktøy med hurtigutskifting som er oppbevart i venstre kabinett, kontrollerer utstyrets orientering og separasjon (sikrer riktig utstyrsjustering og -posisjonering). Det høyre kabinettet inneholder diverse ambolter og skyttelbolter.
Ron Boggs, salgs- og servicesjef for Haeger Nord-Amerika, fortsetter å motta lignende henvendelser fra produsenter under gjenopprettingsprosessen etter pandemien i 2021.
«De sa stadig til oss: 'Hei, vi mangler festemidler'», sa Boggs. «Det viser seg at dette skyldtes et bemanningsproblem.» Når fabrikker ansatte nye ansatte, satte de ofte uerfarne, ufaglærte folk foran maskinene for å sette inn utstyr. Noen ganger mangler de låsene, noen ganger setter de inn feil låser. Kunden kommer tilbake og fullfører innstillingene.
På et overordnet nivå ser maskinvareinnsetting ut til å være en moden anvendelse av robotikk. Etter hvert kan et anlegg ha full automatisering av stansing og forming, inkludert tårn, fjerning av deler og kanskje til og med robotbøying. Alle disse teknologiene betjener deretter en stor del av den manuelle installasjonssektoren. Med alt dette i tankene, hvorfor ikke plassere en robot foran en maskin for å installere utstyr?
I løpet av de siste 20 årene har Boggs jobbet med mange fabrikker som bruker robotisert innsettingsutstyr. I den senere tid har han og teamet hans, inkludert Haegers sjefingeniør Sander van de Bor, jobbet med å gjøre det enklere å integrere samarbeidende roboter i innsettingsprosessen (se figur 1).
Både Boggs og VanderBose understreker imidlertid at det å fokusere utelukkende på robotikk noen ganger kan overse det større problemet med å sette inn maskinvare. Pålitelige, automatiserte og fleksible installasjonsoperasjoner krever mange byggeklosser, inkludert prosesskonsistens og fleksibilitet.
Den gamle mannen døde på en forferdelig måte. Mange bruker dette ordtaket om mekaniske stansepresser, men det gjelder også for presser med manuell mating, hovedsakelig på grunn av enkelheten. Operatøren plasserer festemidler og deler på bunnstøtten før han setter dem manuelt inn i pressen. Han trykket på pedalen. Stempelet går ned, berører arbeidsstykket og skaper trykk for å sette inn utstyret. Det er ganske enkelt – helt til noe går galt, selvfølgelig.
«Hvis operatøren ikke er oppmerksom, vil verktøyet falle og berøre arbeidsstykket uten å faktisk legge trykk», sa van de Bor. Hvorfor, hva egentlig? «Det gamle utstyret hadde ikke tilbakemelding ved en feiltakelse, og operatøren visste egentlig ikke om det.» Operatøren kunne ikke holde foten på pedalene under hele syklusen, noe som igjen kunne føre til at pressens sikkerhetssystem ble utløst. «Det øverste verktøyet har seks volt, det nederste verktøyet er jordet, og pressen må registrere konduktivitet før den kan bygge opp trykk.»
Eldre innsatspresser mangler også det såkalte «tonnasjevinduet», som er trykkområdet som utstyret kan settes inn riktig innenfor. Moderne presser kan føle at dette trykket er for lavt eller for høyt. Fordi eldre presser ikke har et tonnasjevindu, forklarte Boggs, justerer operatører noen ganger trykket ved å justere en ventil for å fikse problemet. «Noen stiller inn for høyt og noen for lavt», sa Boggs. «Manuell justering åpner for mye allsidighet. Hvis det er for lavt, har du installert maskinvaren feil.» «For høyt trykk kan faktisk deformere delen eller selve festet.»
«Eldre maskiner hadde heller ikke målere», legger van de Boer til, «noe som kunne føre til at operatørene mistet festemidler.»
Det kan virke enkelt å sette inn maskinvare manuelt, men prosessen er vanskelig å fikse. For å gjøre vondt verre, skjer maskinvareoperasjoner ofte senere i verdikjeden, etter at gapet er fylt og dannet. Utstyrsproblemer kan skape kaos ved pulverlakkering og montering, ofte fordi en samvittighetsfull og flittig operatør gjør små feil som blir til hodepine.
Figur 1. Samarbeidsroboten viser delen ved å sette utstyret inn i pressen, som har fire skåler og fire uavhengige skytteltransportører som mater utstyret inn i pressen. Bilde: Hagrid
Gjennom årene har teknologi for maskinvareinnsetting løst disse hodepinene ved å identifisere og eliminere disse kildene til variasjon. Utstyrsinstallatører bør ikke være kilden til så mange problemer bare fordi de mister litt fokus på slutten av skiftet.
Det første trinnet i automatisering av montering av beslag, skålmating (se fig. 2), eliminerer den mest kjedelige delen av prosessen: å manuelt gripe og plassere beslag på arbeidsstykket. I en tradisjonell toppmatingskonfigurasjon sender en koppmatingspresse festene ned til en skyttel som mater maskinvaren til det øverste verktøyet. Operatøren plasserer arbeidsstykket på det nedre verktøyet (ambolten) og trykker på pedalen. Stempelet senkes ved hjelp av vakuumtrykk for å løfte maskinvaren ut av skyttelen, slik at maskinvaren bringes nær arbeidsstykket. Pressen påfører trykk, og syklusen er fullført.
Det virker enkelt, men hvis du graver dypere, kan du finne noen subtile kompleksiteter. For det første må utstyr mates inn i arbeidsområdet på en kontrollert måte. Det er her bootstrap-verktøyet kommer inn i bildet. Verktøyet består av to komponenter. En dedikert til posisjonering, som sikrer at utstyret som kommer ut av skålen er riktig plassert. Den andre sikrer riktig segmentering, justering og plassering av utstyr. Derfra beveger utstyret seg gjennom et rør til en skyttel som mater utstyret til det øverste verktøyet.
Her er komplikasjonen: Automatingsverktøy – orienterings- og delingsverktøy og skyttelverktøy – må byttes ut og vedlikeholdes i fungerende stand hver gang utstyret byttes ut. Ulike typer maskinvare påvirker hvordan det forsyner arbeidsområdet med strøm, så maskinvarespesifikke verktøy er bare en realitet og kan ikke designes utenfor ligningen.
Siden operatøren foran kopppressen ikke lenger bruker tid på å plukke opp (muligens senke) og sette opp utstyret, reduseres tiden mellom innsettinger drastisk. Men med alle disse maskinvarespesifikke verktøyene, legger mateskålen også til konverteringsmuligheter. Verktøy for selvstrammende muttere 832 er ikke egnet for muttere 632.
For å erstatte den gamle todelte bollemateren, må operatøren sørge for at orienteringsverktøyet er riktig justert med deltverktøyet. «De måtte også sjekke bollens vibrasjon, lufttiming og slangeplassering», sa Boggs. «De må sjekke skyttel- og vakuumjusteringen. Kort sagt, operatøren må sjekke mange justeringer for å sikre at verktøyet fungerer som det skal.»
Plateoperatører har ofte unike utstyrskrav som kan skyldes tilgangsproblemer (innsetting av utstyr i trange rom), uvanlig utstyr eller begge deler. Denne typen installasjon bruker et spesialdesignet verktøy i ett stykke. Basert på dette, sier Boggs, ble det til slutt utviklet et alt-i-ett-verktøy for en standard kopppresse. Verktøyet inneholder orienterings- og valgelementer (se fig. 3).
«Den er designet for raske omstillinger», sier van de Boer. «Alle kontrollparametere, inkludert luft og vibrasjon, tid og alt annet, styres av datamaskinen, slik at operatøren ikke trenger å gjøre noen vekslinger eller justeringer.»
Ved hjelp av dybler holder alt seg på én linje (se fig. 4). «Operatøren trenger ikke å bekymre seg for justering ved konvertering. Det jevner seg alltid ut fordi alt låses på plass», sa Boggs. «Verktøy skrus bare fast.»
Når en operatør plasserer et ark på en maskinvarepresse, retter de opp hullene med en ambolt som er designet for å fungere med festemidler med en viss diameter. Det faktum at nye diametre krever nye amboltverktøy har ført til vanskelig masseproduksjon gjennom årene.
Tenk deg en fabrikk med den nyeste skjære- og bøyeteknologien, raskt automatisk verktøybytte, små partier eller til og med komplett produksjon. Delen går deretter inn i en maskinvareinnsats, og hvis delen krever en annen type maskinvare, går operatøren videre til masseproduksjon. For eksempel kan de sette inn en batch på 50 deler, bytte amboltene og deretter sette inn den nye maskinvaren i de riktige hullene.
En maskinvarepresse med et tårn endrer scenen. Operatører kan nå sette inn én type utstyr, rotere tårnet og åpne en fargekodet beholder for å få plass til en annen type utstyr, alt i ett oppsett (se figur 5).
«Avhengig av hvor mange deler du har, er det mindre sannsynlig at du går glipp av en maskinvaretilkobling», sa van de Bor. «Du gjør hele seksjonen i én omgang, slik at du ikke går glipp av et trinn på slutten.»
Kombinasjonen av koppmating og revolver på en innsatspresse kan gjøre setthåndtering til en realitet i maskinvareavdelingen. I en typisk installasjon sørger produsenten for at skålforsyningen er eksklusiv for normalt stort utstyr, og plasserer deretter mindre ofte brukt utstyr i fargekodede beholdere i nærheten av arbeidsområdet. Når operatører plukker opp en del som krever mer maskinvare, begynner de å koble den til ved å lytte til maskinens pipelyd (som indikerer at det er på tide med ny maskinvare), rotere amboltens dreiebord, se et 3D-bilde av delen på kontrolleren og deretter sette inn den neste maskinvaredelen.
Tenk deg et scenario der en operatør setter inn ett utstyrsstykke én etter én, bruker automatisk mating og dreier amboltens dreiebord etter behov. Deretter stopper det etter at det øverste verktøyet griper tak i det selvmatende festeelementet fra skyttelen og faller ned på arbeidsstykket på ambolten. Kontrolleren vil advare operatøren om at festeelementene har feil lengde.
Som Boggs forklarer: «I oppsettmodus senker pressen sakte glideren og registrerer posisjonen. Så når den kjører med full hastighet og fiksturen berører verktøyet, sørger systemet for at lengden på fiksturen samsvarer med den spesifiserte [[Toleransen]]. Målinger utenfor rekkevidde, for lange eller for korte, vil forårsake lengdefeil på festeelementet. Dette skyldes festedeteksjon (ikke noe vakuum i det øverste verktøyet, vanligvis forårsaket av feil i maskinvarematingen) og overvåking og vedlikehold av tonnasjevinduet (i stedet for at operatøren justerer en ventil manuelt) skaper et velprøvd pålitelig automatiseringssystem.
«Maskinvarepresser med selvdiagnose kan være en stor fordel for robotmoduler», sa Boggs. «I et automatisert oppsett flytter roboten papiret til riktig posisjon og sender et signal til pressen, som i hovedsak sier: 'Jeg er i riktig posisjon, bare start pressen.'»
Maskinvarepressen holder amboltene (montert i hull i arbeidsstykket av metall) rene. Vakuumet i den øvre stansen er normalt, noe som betyr at det er festemidler. Pressen visste om alt dette og sendte et signal til roboten.
Som Boggs sier: «Pressemaskinen ser i bunn og grunn på alt og sier til roboten: 'OK, jeg har det bra.' Den starter stemplingssyklusen og sjekker om det finnes festemidler og at de har riktig lengde. Hvis syklusen er fullført, må du sørge for at trykket som brukes til å sette inn maskinvaren er riktig, og deretter sende et signal til roboten om at pressesyklusen er fullført. Roboten mottar dette og vet at alt er rent og kan flytte arbeidsstykket til neste hull.»
Alle disse maskinkontrollene, som opprinnelig var ment for manuelle operatører, gir effektivt et godt grunnlag for videre automatisering. Boggs og van de Boor beskriver ytterligere forbedringer, som for eksempel visse design som bidrar til å forhindre at plater fester seg til ambolten. «Noen ganger fester festemidler seg etter en stemplingssyklus», sa Boggs. «Det er et iboende problem når du komprimerer materiale. Når det setter seg fast i det nederste verktøyet, kan operatøren vanligvis vri arbeidsstykket litt for å få det ut.»
Figur 4. Skyttelbolt med styrepinne. Når den er satt opp, mater skyttelen utstyret til det øverste verktøyet, som bruker vakuumtrykk slik at utstyret kan festes og transporteres til arbeidsstykket. Ambolten (nederst til venstre) er plassert på en av de fire tårnene.
Dessverre har ikke roboter ferdighetene til en menneskelig operatør. «Så nå finnes det pressekonstruksjoner som hjelper med å fjerne arbeidsstykker, skyve festemidler ut av verktøyet, slik at det ikke blir noen fastklebing etter pressesyklusen.»
Noen maskiner har ulik halsdybde for å hjelpe roboten med å manøvrere arbeidsstykket inn og ut av arbeidsområdet. Presser kan også inkludere støtter som hjelper roboter (og manuelle operatører, for den saks skyld) med å posisjonere jobbene sine sikkert.
Til syvende og sist er pålitelighet nøkkelen. Roboter og samarbeidende roboter kan være en del av svaret, noe som gjør dem enklere å integrere. «Innenfor samarbeidende roboter har leverandører gjort store fremskritt når det gjelder å gjøre det så enkelt som mulig å integrere dem med maskiner», sa Boggs, «og presseprodusenter har gjort mye utviklingsarbeid for å sikre at riktig kommunikasjonsprotokoll er på plass.»
Men stemplingsteknikker og verkstedteknikker, inkludert støtte for arbeidsstykker, klare (og dokumenterte) arbeidsinstruksjoner og riktig opplæring spiller også en rolle. Boggs la til at han fortsatt mottar henvendelser om manglende festemidler og andre problemer i maskinvareavdelingen, hvorav mange fungerer med pålitelige, men svært gamle maskiner.
Disse maskinene kan være pålitelige, men installasjonen av utstyret er ikke for ufaglærte og uprofesjonelle. Husk maskinen som fant feil lengde. Denne enkle kontrollen forhindrer at en liten feil blir til et stort problem.
Figur 5. Denne maskinvarepressen har en dreieskive med stopp og fire stasjoner. Systemet har også et spesielt amboltverktøy som hjelper operatøren med å nå vanskelig tilgjengelige steder. Her settes beslagene inn rett under bakflensen.
Tim Heston, seniorredaktør i The FABRICATOR, har jobbet i metallbearbeidingsbransjen siden 1998, og startet karrieren sin med American Welding Societys Welding Magazine. Siden den gang har magasinet dekket alle metallbearbeidingsprosesser fra stempling, bøying og kutting til sliping og polering. Han begynte i The FABRICATOR i oktober 2007.
FABRICATOR er Nord-Amerikas ledende magasin for stålfabrikasjon og -forming. Magasinet publiserer nyheter, tekniske artikler og suksesshistorier som gjør det mulig for produsenter å gjøre jobben sin mer effektivt. FABRICATOR har vært i bransjen siden 1970.
Nå med full tilgang til den digitale utgaven av FABRICATOR, enkel tilgang til verdifulle ressurser fra bransjen.
Den digitale utgaven av The Tube & Pipe Journal er nå fullt tilgjengelig, og gir enkel tilgang til verdifulle ressurser i bransjen.
Få full digital tilgang til STAMPING Journal, med den nyeste teknologien, beste praksis og bransjenyheter for metallstemplingsmarkedet.
Nå med full digital tilgang til The Fabricator på spansk, har du enkel tilgang til verdifulle ressurser i bransjen.