Рис. 3. В левом шкафу хранится цельный, чашеобразный инструмент с быстрой сменой, который контролирует ориентацию и разделение оборудования (обеспечивает правильное выравнивание и позиционирование оборудования). В правом шкафу находятся различные наковальни и челноки.
Рон Боггс, менеджер по продажам и сервисному обслуживанию компании Haeger North America, продолжает получать аналогичные звонки от производителей в период восстановления после пандемии 2021 года.
«Они постоянно твердили нам: „Эй, у нас не хватает застежек“», — сказал Боггс. «Оказалось, что это было связано с нехваткой персонала». Когда заводы нанимали новых сотрудников, они часто ставили неопытных, неквалифицированных людей за станки для установки оборудования. Иногда они пропускали застежки, иногда устанавливали не те застежки. Клиент возвращался и дорабатывал настройки.
В общих чертах, установка оборудования представляется зрелым применением робототехники. В конечном итоге, предприятие может полностью автоматизировать штамповку и формовку, включая поворотные платформы, удаление деталей и, возможно, даже роботизированную гибку. Все эти технологии затем будут использоваться в значительной степени в секторе ручной установки. Учитывая все это, почему бы не поставить робота перед станком для установки оборудования?
За последние 20 лет Боггс сотрудничал со многими заводами, использующими роботизированное оборудование для установки деталей. В последнее время он и его команда, включая главного инженера компании Haeger Сандера ван де Бора, работают над упрощением интеграции коллаборативных роботов в процесс установки деталей (см. рисунок 1).
Однако и Боггс, и ВандерБозе подчеркивают, что сосредоточение внимания исключительно на робототехнике иногда может упускать из виду более масштабную проблему установки оборудования. Надежные, автоматизированные и гибкие операции по установке требуют множества составляющих, включая согласованность и гибкость процесса.
Старик умер ужасной смертью. Многие применяют эту поговорку к механическим прессам, но она также применима и к прессам с ручной подачей, главным образом из-за своей простоты. Оператор размещает крепежные элементы и детали на нижней опоре, прежде чем вручную вставить их в пресс. Он нажимает на педаль. Пробивной механизм опускается, соприкасается с заготовкой и создает давление для вставки оборудования. Это довольно просто – до тех пор, пока что-нибудь не пойдет не так, конечно.
«Если оператор невнимателен, инструмент упадет и коснется заготовки, не оказывая при этом никакого давления», — сказал ван де Бор. Почему, и что именно? «В старом оборудовании по ошибке отсутствовала обратная связь, и оператор об этом не знал». Оператор не мог удерживать ногу на педалях в течение всего цикла, что, в свою очередь, могло привести к срабатыванию системы безопасности пресса. «Верхний инструмент имеет напряжение шесть вольт, нижний инструмент заземлен, и пресс должен определить наличие проводимости, прежде чем сможет создать давление».
В старых прессах для вставки деталей также отсутствует так называемый «диапазон давления», то есть диапазон давлений, в пределах которого оборудование может быть правильно установлено. Современные прессы могут считать это давление слишком низким или слишком высоким. Поскольку в старых прессах нет диапазона давления, объяснил Боггс, операторы иногда регулируют давление, регулируя клапан, чтобы исправить проблему. «Некоторые настраивают слишком высокое давление, а некоторые слишком низкое», — сказал Боггс. «Ручная регулировка открывает большие возможности. Если давление слишком низкое, значит, вы неправильно установили крепеж». «Чрезмерное давление может фактически деформировать деталь или сам крепеж».
«В более старых машинах также не было счетчиков, — добавляет ван де Боер, — из-за чего операторы могли терять крепежные элементы».
Ручная установка крепежных элементов может показаться простой, но исправить ошибки в этом процессе сложно. Ситуацию усугубляет то, что операции с крепежом часто выполняются позже в цепочке создания стоимости, после того как зазор уже заполнен и сформирован. Проблемы с оборудованием могут серьезно навредить порошковой покраске и сборке, часто из-за того, что добросовестный и ответственный оператор допускает мелкие ошибки, которые превращаются в головную боль.
Рисунок 1. Кобот демонстрирует деталь, устанавливая оборудование в пресс, который имеет четыре чаши и четыре независимых челнока, подающих оборудование в пресс. Изображение: Хагрид
За прошедшие годы технологии установки оборудования решили эти проблемы, выявив и устранив источники вариативности. Монтажники оборудования не должны сталкиваться с таким количеством проблем только потому, что немного теряют концентрацию в конце смены.
Первый этап автоматизации установки фитингов, чашеобразная подача (см. рис. 2), исключает наиболее трудоемкую часть процесса: ручной захват и размещение фитингов на заготовке. В традиционной конфигурации с верхней подачей пресс с чашеобразной подачей отправляет крепежные элементы вниз к челноку, который подает детали к верхнему инструменту. Оператор помещает заготовку на нижний инструмент (наковальню) и нажимает на педаль. Пуансон опускается с помощью вакуумного давления, чтобы поднять детали из челнока, приблизив их к заготовке. Пресс создает давление, и цикл завершается.
На первый взгляд, все просто, но если копнуть глубже, можно обнаружить некоторые тонкие нюансы. Во-первых, оборудование необходимо подавать в рабочую зону контролируемым образом. Именно здесь вступает в игру инструмент для начальной загрузки. Этот инструмент состоит из двух компонентов. Один предназначен для позиционирования и обеспечивает правильное положение оборудования, выходящего из чаши. Другой обеспечивает правильное сегментирование, выравнивание и размещение оборудования. Оттуда оборудование перемещается по трубе к челноку, который подает его к верхнему инструменту.
Вот в чем сложность: инструменты автоматической подачи — инструменты ориентации и разделения, а также челноки — необходимо заменять и поддерживать в рабочем состоянии каждый раз при смене оборудования. Различные типы оборудования влияют на способ подачи питания в рабочую зону, поэтому инструменты, специфичные для конкретного оборудования, — это просто реальность, и их нельзя исключить из процесса проектирования.
Поскольку оператору перед чашечным прессом больше не нужно тратить время на подъем (возможно, опускание) и настройку оборудования, время между загрузками значительно сокращается. Но со всеми этими инструментами, предназначенными для работы с конкретными деталями, подающий бункер также расширяет возможности преобразования. Инструменты для самозатягивающихся гаек 832 не подходят для гаек 632.
Для замены старого двухсекционного чашечного подающего механизма оператор должен убедиться, что инструмент ориентации правильно выровнен относительно разъемного инструмента. «Также необходимо проверить вибрацию чаши, синхронизацию подачи воздуха и расположение шлангов», — сказал Боггс. «Необходимо проверить выравнивание челнока и вакуумного механизма. Короче говоря, оператору приходится проверять множество параметров выравнивания, чтобы убедиться, что инструмент работает должным образом».
Операторы по обработке листового металла часто сталкиваются с уникальными требованиями к оборудованию, которые могут быть обусловлены проблемами доступа (вставка оборудования в узкие места), необычным оборудованием или и тем, и другим. Для таких установок используется специально разработанный цельный инструмент. На основе этого, как говорит Боггс, в конечном итоге был разработан универсальный инструмент для стандартного чашечного пресса. Инструмент содержит элементы ориентации и выбора (см. рис. 3).
«Она разработана для быстрой смены режимов работы, — говорит ван де Боер. — Все параметры управления, включая подачу воздуха и вибрацию, время и все остальное, контролируются компьютером, поэтому оператору не нужно ничего переключать или регулировать».
С помощью штифтов все остается на одной линии (см. рис. 4). «Оператору не нужно беспокоиться о выравнивании при переделке. Все всегда выравнивается, потому что все фиксируется на месте», — сказал Боггс. «Инструменты просто прикручиваются».
Когда оператор помещает лист на пресс для крепежных изделий, он выравнивает отверстия с помощью наковальни, предназначенной для работы с крепежными элементами определенного диаметра. Тот факт, что для новых диаметров требуются новые инструменты для наковальни, привел к некоторым трудностям в массовом производстве на протяжении многих лет.
Представьте себе завод с новейшими технологиями резки и гибки, быстрой автоматической сменой инструмента, мелкосерийным или даже полномасштабным производством. Затем деталь помещается в крепежную вставку, и если для детали требуется другой тип крепежа, оператор переходит к серийному производству. Например, он может вставить партию из 50 деталей, заменить наковальни, а затем вставить новый крепеж в соответствующие отверстия.
Пресс для металлоконструкций с поворотной головкой меняет ситуацию. Теперь операторы могут вставить один тип оборудования, повернуть головку и открыть контейнер с цветовой кодировкой для размещения другого типа оборудования — всё за одну установку (см. рисунок 5).
«В зависимости от количества деталей, вероятность пропустить какое-либо соединение меньше», — сказал ван де Бор. «Вы выполняете весь участок за один проход, поэтому не пропускаете ни одного шага в конце».
Сочетание чашеобразной подачи и револьверной головки на прессе для вставки деталей позволяет упростить обработку комплектов в цехе по производству крепежных изделий. В типичной установке производитель обеспечивает подачу деталей в чашеобразную подачу исключительно для обычного крупногабаритного оборудования, а менее часто используемое оборудование размещает в цветных контейнерах рядом с рабочей зоной. Когда операторы берут деталь, для которой требуется несколько крепежных элементов, они начинают ее подключение, слушая звуковой сигнал станка (указывающий на необходимость замены крепежных элементов), вращая поворотный стол наковальни, просматривая 3D-изображение детали на контроллере, а затем вставляя следующую деталь.
Представьте себе ситуацию, когда оператор поочередно вставляет крепежные элементы, используя автоматическую подачу и поворачивая поворотный стол наковальни по мере необходимости. Затем процесс останавливается после того, как верхний инструмент захватывает самоподающий крепеж из челнока и опускает его на заготовку на наковальне. Контроллер предупредит оператора о том, что крепежные элементы имеют неправильную длину.
Как объясняет Боггс: «В режиме настройки пресс медленно опускает ползунок и регистрирует его положение. Таким образом, когда он работает на полной скорости и приспособление касается инструмента, система гарантирует, что длина приспособления соответствует заданному допуску. Измерения, выходящие за пределы диапазона, слишком длинные или слишком короткие, приведут к ошибке длины крепежа. Это связано с обнаружением крепежа (отсутствие вакуума в верхнем инструменте, обычно вызванное ошибками подачи крепежа) и мониторингом и обслуживанием тонометрического окна (вместо ручной регулировки клапана оператором), что создает проверенную надежную систему автоматизации.
«Аппаратные печатные машины с функцией самодиагностики могут стать огромным преимуществом для роботизированных модулей», — сказал Боггс. «В автоматизированной системе робот перемещает бумагу в нужное положение и посылает сигнал печатной машине, по сути говоря: „Я нахожусь в нужном положении, запускайте печатную машину“».
Пресс для металлообработки поддерживает чистоту штифтов наковальни (установленных в отверстиях в заготовке из листового металла). Вакуум в верхнем пуансоне работает нормально, а это значит, что там есть крепежные элементы. Зная обо всем этом, пресс подал сигнал роботу.
Как говорит Боггс: «Пресс-машина, по сути, проверяет всё и говорит роботу: „Хорошо, всё в порядке“. Она запускает цикл штамповки, проверяя наличие крепежных элементов и их правильную длину. Если цикл завершен, она убеждается, что давление, используемое для вставки крепежа, соответствует норме, а затем посылает роботу сигнал о завершении цикла прессования. Робот получает этот сигнал, понимает, что всё чисто, и может переместить заготовку к следующему отверстию».
Все эти проверки оборудования, изначально предназначенные для операторов, работающих вручную, эффективно обеспечивают хорошую основу для дальнейшей автоматизации. Боггс и ван де Боор описывают дальнейшие улучшения, такие как определенные конструктивные решения, которые помогают предотвратить прилипание листов к наковальне. «Иногда крепежные элементы застревают после цикла штамповки, — сказал Боггс. — Это неотъемлемая проблема при сжатии материала. Когда он застревает в нижнем инструменте, оператор обычно может немного повернуть заготовку, чтобы вытащить его».
Рисунок 4. Болт челнока с штифтом. После установки челнок подает оборудование к верхнему инструменту, который использует вакуумное давление для закрепления и транспортировки оборудования к заготовке. Наковальня (внизу слева) расположена на одной из четырех револьверных головок.
К сожалению, роботы не обладают навыками человека-оператора. «Поэтому сейчас существуют конструкции прессов, которые помогают удалять заготовки, выталкивать крепежные элементы из инструмента, чтобы избежать залипания после цикла прессования».
Некоторые станки имеют различную глубину зева, чтобы помочь роботу перемещать заготовку в рабочую зону и из нее. Прессы также могут включать в себя опоры, которые помогают роботам (и операторам, работающим вручную) надежно фиксировать свои заготовки.
В конечном итоге, надежность имеет ключевое значение. Роботы и коллаборативные роботы могут стать частью решения, упрощая их интеграцию. «В области коллаборативных роботов производители добились больших успехов в максимально упрощении их интеграции с машинами, — сказал Боггс, — а производители прессов проделали большую работу по разработке, чтобы обеспечить наличие правильного протокола связи».
Однако свою роль играют также методы штамповки и работы в мастерской, включая поддержку заготовки, четкие (и документированные) рабочие инструкции и надлежащее обучение. Боггс добавил, что ему до сих пор звонят по поводу отсутствующих крепежных элементов и других проблем в отделе скобяных изделий, многие из которых работают на надежных, но очень старых станках.
Эти машины могут быть надежными, но их установка не для неквалифицированных и непрофессиональных пользователей. Обратитесь к специалисту, который обнаружил неправильную длину. Эта простая проверка предотвратит превращение небольшой ошибки в серьезную проблему.
Рисунок 5. Этот пресс для металлоконструкций имеет поворотный стол с упором и четыре станции. Система также оснащена специальным наковальней, которая помогает оператору добраться до труднодоступных мест. Здесь фитинги вставляются непосредственно под задним фланцем.
Тим Хестон, старший редактор журнала The FABRICATOR, работает в металлообрабатывающей промышленности с 1998 года, начав свою карьеру в журнале Welding Magazine Американского сварочного общества. С тех пор журнал освещал все процессы металлообработки, от штамповки, гибки и резки до шлифовки и полировки. Он присоединился к The FABRICATOR в октябре 2007 года.
FABRICATOR — ведущий североамериканский журнал по металлообработке и формовке. Журнал публикует новости, технические статьи и истории успеха, которые помогают производителям выполнять свою работу более эффективно. FABRICATOR работает в отрасли с 1970 года.
Теперь, благодаря полному доступу к цифровой версии журнала The FABRICATOR, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Цифровая версия журнала The Tube & Pipe Journal теперь полностью доступна, обеспечивая легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Получите полный цифровой доступ к журналу STAMPING Journal, в котором представлены новейшие технологии, лучшие практики и новости отрасли для рынка штамповки металла.
Теперь, благодаря полному цифровому доступу к The Fabricator en Español, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.