Cơm. 3. Một dụng cụ thay nhanh, cấp liệu bằng cốc, nguyên khối được cất giữ trong tủ bên trái dùng để điều khiển hướng và khoảng cách của thiết bị (đảm bảo căn chỉnh và định vị thiết bị chính xác). Tủ bên phải chứa nhiều loại đe và con thoi khác nhau.
Ron Boggs, giám đốc bán hàng và dịch vụ của Haeger Bắc Mỹ, tiếp tục nhận được những cuộc gọi tương tự từ các nhà sản xuất trong quá trình phục hồi sau đại dịch năm 2021.
“Họ cứ liên tục nói với chúng tôi, ‘Này, chúng tôi thiếu ốc vít,’” Boggs nói. “Hóa ra đó là do vấn đề thiếu nhân lực.” Khi các nhà máy tuyển dụng nhân viên mới, họ thường để những người thiếu kinh nghiệm, thiếu kỹ năng vận hành máy móc để lắp ráp thiết bị. Đôi khi họ bỏ sót các chốt, đôi khi họ lắp nhầm chốt. Khách hàng quay lại và hoàn thiện các cài đặt.
Nhìn chung, việc lắp ráp phần cứng dường như là một ứng dụng hoàn thiện của robot. Cuối cùng, một nhà máy có thể có hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh cho việc đột dập và tạo hình, bao gồm cả tháp pháo, tháo dỡ chi tiết và thậm chí cả uốn cong bằng robot. Tất cả những công nghệ này sau đó sẽ phục vụ một phần lớn cho lĩnh vực lắp đặt thủ công. Với tất cả những điều này, tại sao không đặt một robot trước máy móc để lắp đặt thiết bị?
Trong 20 năm qua, Boggs đã làm việc với nhiều nhà máy sử dụng thiết bị lắp ráp robot. Gần đây hơn, ông và nhóm của mình, bao gồm cả Kỹ sư trưởng của Haeger, Sander van de Bor, đã và đang nỗ lực để đơn giản hóa việc tích hợp robot cộng tác vào quy trình lắp ráp (xem Hình 1).
Tuy nhiên, cả Boggs và VanderBose đều nhấn mạnh rằng việc chỉ tập trung vào robot đôi khi có thể bỏ qua vấn đề lớn hơn là việc lắp đặt phần cứng. Các hoạt động lắp đặt tự động, đáng tin cậy và linh hoạt đòi hỏi nhiều yếu tố cấu thành, bao gồm tính nhất quán và linh hoạt của quy trình.
Ông lão chết một cách khủng khiếp. Nhiều người áp dụng câu tục ngữ này cho máy dập cơ khí, nhưng nó cũng áp dụng cho máy dập có thiết bị cấp liệu thủ công, chủ yếu là vì sự đơn giản của nó. Người vận hành đặt các ốc vít và chi tiết lên giá đỡ phía dưới trước khi đưa chúng vào máy dập bằng tay. Anh ta nhấn bàn đạp. Mũi đột hạ xuống, tiếp xúc với phôi và tạo áp lực để đưa thiết bị vào. Nó khá đơn giản – cho đến khi có sự cố xảy ra, dĩ nhiên.
“Nếu người vận hành không chú ý, dụng cụ sẽ rơi xuống và chạm vào phôi mà không thực sự tạo áp lực,” ông van de Bor nói. Tại sao lại như vậy? “Thiết bị cũ không có phản hồi do nhầm lẫn và người vận hành không thực sự biết về điều đó.” Người vận hành không thể giữ chân trên bàn đạp trong suốt chu trình, điều này có thể dẫn đến việc hệ thống an toàn của máy ép hoạt động. “Dụng cụ phía trên có điện áp 6 volt, dụng cụ phía dưới được nối đất, và máy ép phải cảm nhận được độ dẫn điện trước khi có thể tạo áp lực.”
Các máy ép lắp ghép đời cũ cũng thiếu cái gọi là “khoảng áp suất tối ưu”, tức là phạm vi áp suất mà trong đó thiết bị có thể được lắp đặt chính xác. Các máy ép hiện đại có thể cảm thấy áp suất này quá thấp hoặc quá cao. Vì các máy ép đời cũ không có khoảng áp suất tối ưu, Boggs giải thích, nên đôi khi người vận hành điều chỉnh áp suất bằng cách điều chỉnh van để khắc phục vấn đề. “Một số điều chỉnh quá cao và một số điều chỉnh quá thấp,” Boggs nói. “Điều chỉnh thủ công mang lại nhiều tính linh hoạt. Nếu quá thấp, bạn đã lắp đặt phần cứng không đúng cách.” “Áp suất quá cao thực sự có thể làm biến dạng chi tiết hoặc chính bản thân ốc vít.”
“Những máy móc cũ hơn cũng không có đồng hồ đo,” van de Boer nói thêm, “điều này có thể khiến người vận hành làm mất các ốc vít.”
Việc lắp đặt phần cứng thủ công có vẻ dễ dàng, nhưng quá trình này lại khó khắc phục. Tệ hơn nữa, các thao tác lắp đặt phần cứng thường diễn ra ở giai đoạn sau của chuỗi giá trị, sau khi khoảng trống đã được lấp đầy và hình thành. Các vấn đề về thiết bị có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho quá trình sơn tĩnh điện và lắp ráp, thường là do một người vận hành tận tâm và siêng năng mắc phải những lỗi nhỏ dẫn đến những rắc rối lớn.
Hình 1. Robot cộng tác (cobot) thực hiện việc gia công chi tiết bằng cách đưa thiết bị vào máy ép, máy ép này có bốn khay và bốn bộ phận vận chuyển độc lập cấp thiết bị vào máy ép. Ảnh: Hagrid
Qua nhiều năm, công nghệ lắp đặt phần cứng đã giải quyết những vấn đề nan giải này bằng cách xác định và loại bỏ các nguồn gây ra sự biến động. Nhân viên lắp đặt thiết bị không nên là nguyên nhân gây ra quá nhiều vấn đề chỉ vì họ mất tập trung một chút vào cuối ca làm việc.
Bước đầu tiên trong việc tự động hóa lắp đặt phụ kiện, cấp liệu bằng cốc (xem hình 2), loại bỏ phần tốn nhiều công sức nhất của quy trình: việc cầm và đặt phụ kiện lên phôi bằng tay. Trong cấu hình cấp liệu từ trên truyền thống, máy ép cấp liệu bằng cốc sẽ đưa các chi tiết xuống một con lăn, con lăn này sẽ đưa các chi tiết đến dụng cụ phía trên. Người vận hành đặt phôi lên dụng cụ phía dưới (đế) và nhấn bàn đạp. Mũi đột được hạ xuống bằng áp suất chân không để nâng các chi tiết ra khỏi con lăn, đưa các chi tiết đến gần phôi. Máy ép tạo áp lực và chu trình được hoàn tất.
Nghe có vẻ đơn giản, nhưng nếu tìm hiểu sâu hơn, bạn sẽ thấy một số phức tạp tinh tế. Đầu tiên, thiết bị phải được đưa vào không gian làm việc một cách có kiểm soát. Đây là lúc công cụ bootstrap phát huy tác dụng. Công cụ này bao gồm hai thành phần. Một thành phần chuyên dụng để định vị, đảm bảo thiết bị được đưa ra từ thùng chứa được đặt đúng vị trí. Thành phần còn lại đảm bảo việc phân đoạn, căn chỉnh và đặt thiết bị một cách chính xác. Từ đó, thiết bị di chuyển qua một đường ống đến một bộ phận vận chuyển, bộ phận này sẽ đưa thiết bị đến công cụ phía trên.
Vấn đề phức tạp ở đây là: Các công cụ tự động cấp phôi—các công cụ định hướng và chia phôi, và các con lăn—cần được thay thế và bảo trì để đảm bảo hoạt động tốt mỗi khi thiết bị được thay đổi. Các dạng phần cứng khác nhau ảnh hưởng đến cách nó cung cấp năng lượng cho khu vực làm việc, vì vậy các công cụ chuyên dụng cho từng loại phần cứng là một thực tế không thể tránh khỏi và không thể loại bỏ khỏi phương trình thiết kế.
Vì người vận hành phía trước máy ép cốc không còn phải mất thời gian nâng (có thể hạ xuống) và thiết lập thiết bị nữa, thời gian giữa các lần lắp đặt được giảm đáng kể. Nhưng với tất cả các dụng cụ chuyên dụng này, bộ phận cấp liệu cũng bổ sung thêm khả năng chuyển đổi. Dụng cụ dành cho đai ốc tự siết 832 không phù hợp với đai ốc 632.
Để thay thế bộ cấp liệu dạng bát hai mảnh cũ, người vận hành phải đảm bảo dụng cụ định hướng được căn chỉnh chính xác với dụng cụ tách rời. “Họ cũng phải kiểm tra độ rung của bát, thời gian cấp khí và vị trí ống dẫn,” Boggs nói. “Họ phải kiểm tra sự căn chỉnh của con thoi và hệ thống hút chân không. Tóm lại, người vận hành phải kiểm tra rất nhiều sự căn chỉnh để đảm bảo dụng cụ hoạt động đúng như mong muốn.”
Các thợ gia công kim loại tấm thường có những yêu cầu thiết bị đặc thù, có thể do vấn đề tiếp cận (đưa thiết bị vào không gian chật hẹp), thiết bị khác thường, hoặc cả hai. Loại lắp đặt này sử dụng một dụng cụ nguyên khối được thiết kế đặc biệt. Dựa trên điều này, Boggs cho biết, một dụng cụ đa năng dành cho máy ép cốc tiêu chuẩn cuối cùng đã được phát triển. Dụng cụ này bao gồm các yếu tố định hướng và lựa chọn (xem Hình 3).
“Nó được thiết kế để chuyển đổi nhanh chóng,” van de Boer nói. “Tất cả các thông số điều khiển, bao gồm lưu lượng khí và độ rung, thời gian và mọi thứ khác, đều được máy tính điều khiển, vì vậy người vận hành không cần phải thực hiện bất kỳ thao tác chuyển đổi hoặc điều chỉnh nào.”
Nhờ có các chốt định vị, mọi thứ được giữ thẳng hàng (xem hình 4). “Người vận hành không cần phải lo lắng về việc căn chỉnh khi chuyển đổi. Nó luôn được cân bằng vì mọi thứ đều được khóa vào đúng vị trí,” Boggs nói. “Các dụng cụ chỉ cần được vặn vào.”
Khi người vận hành đặt một tấm kim loại lên máy ép phần cứng, họ sẽ căn chỉnh các lỗ với một cái đe được thiết kế để làm việc với các loại ốc vít có đường kính nhất định. Thực tế là các đường kính mới đòi hỏi các dụng cụ đe mới đã dẫn đến một số khó khăn trong sản xuất hàng loạt trong những năm qua.
Hãy tưởng tượng một nhà máy với công nghệ cắt và uốn tiên tiến nhất, thay dụng cụ tự động nhanh chóng, sản xuất theo lô nhỏ hoặc thậm chí sản xuất hàng loạt. Sau đó, chi tiết được đưa vào máy tiện, và nếu chi tiết yêu cầu loại phụ kiện khác, người vận hành sẽ chuyển sang sản xuất hàng loạt. Ví dụ, họ có thể lắp một lô 50 chi tiết, thay đổi khuôn dập, và sau đó lắp phụ kiện mới vào các lỗ tương ứng.
Máy ép phần cứng có tháp xoay làm thay đổi hoàn toàn diện mạo. Giờ đây, người vận hành có thể lắp một loại thiết bị, xoay tháp xoay và mở một thùng chứa được mã hóa màu để chứa loại thiết bị khác, tất cả chỉ trong một thao tác (xem Hình 5).
“Tùy thuộc vào số lượng linh kiện, bạn sẽ ít có khả năng bỏ sót kết nối phần cứng hơn,” van de Bor nói. “Bạn thực hiện toàn bộ phần đó trong một lần nên sẽ không bỏ sót bước nào ở cuối.”
Sự kết hợp giữa hệ thống cấp phôi dạng cốc và tháp pháo trên máy ép lắp ráp có thể giúp việc xử lý bộ linh kiện trở nên dễ dàng hơn trong bộ phận phần cứng. Trong một hệ thống lắp đặt điển hình, nhà sản xuất đảm bảo rằng nguồn cung cấp phôi chỉ dành riêng cho các thiết bị lớn thông thường, sau đó đặt các thiết bị ít sử dụng hơn vào các thùng chứa được mã hóa màu gần khu vực làm việc. Khi người vận hành lấy một chi tiết cần nhiều linh kiện, họ bắt đầu lắp ráp bằng cách lắng nghe tiếng bíp của máy (báo hiệu đã đến lúc thay linh kiện mới), xoay bàn xoay của đe, xem hình ảnh 3D của chi tiết trên bộ điều khiển, và sau đó lắp linh kiện tiếp theo.
Hãy tưởng tượng một tình huống mà người vận hành lắp từng chi tiết thiết bị một, sử dụng chế độ cấp liệu tự động và xoay bàn xoay của đe khi cần thiết. Sau đó, máy dừng lại khi dụng cụ phía trên lấy được chi tiết ốc vít tự cấp từ khay chứa và thả xuống phôi trên đe. Bộ điều khiển sẽ cảnh báo người vận hành rằng các chi tiết ốc vít có chiều dài không phù hợp.
Như Boggs giải thích, “Ở chế độ thiết lập, máy ép từ từ hạ thanh trượt xuống và ghi lại vị trí của nó. Vì vậy, khi máy chạy ở tốc độ tối đa và đồ gá chạm vào dụng cụ, hệ thống đảm bảo rằng chiều dài của đồ gá khớp với dung sai đã chỉ định. Các phép đo nằm ngoài phạm vi, quá dài hoặc quá ngắn sẽ gây ra lỗi chiều dài của ốc vít. Điều này là do việc phát hiện ốc vít (không có chân không trong dụng cụ phía trên, thường do lỗi cấp phôi) và việc giám sát và bảo trì cửa sổ tải trọng (thay vì người vận hành phải điều chỉnh van thủ công) tạo ra một hệ thống tự động hóa đáng tin cậy đã được chứng minh.”
“Máy in phần cứng có chức năng tự chẩn đoán có thể là một lợi thế rất lớn cho các mô-đun robot,” Boggs nói. “Trong một thiết lập tự động, robot di chuyển giấy đến đúng vị trí và gửi tín hiệu đến máy in, về cơ bản là nói, 'Tôi đã ở đúng vị trí, hãy bắt đầu in.'”
Máy ép phần cứng giữ cho các chốt đe (được lắp trong các lỗ trên phôi kim loại tấm) luôn sạch sẽ. Áp suất chân không trong bộ đột trên bình thường, điều này có nghĩa là có các ốc vít. Biết được tất cả những điều này, máy ép đã gửi tín hiệu đến robot.
Như Boggs nói, “Về cơ bản, máy ép sẽ kiểm tra mọi thứ và báo cho robot biết, 'Được rồi, tôi ổn.' Nó bắt đầu chu trình dập, kiểm tra sự hiện diện của các ốc vít và chiều dài chính xác của chúng. Nếu chu trình hoàn tất, nó sẽ đảm bảo áp lực được sử dụng để lắp đặt phần cứng là chính xác, sau đó gửi tín hiệu cho robot rằng chu trình ép đã hoàn tất. Robot nhận được tín hiệu này và biết mọi thứ đều sạch sẽ và có thể di chuyển phôi đến lỗ tiếp theo.”
Tất cả các bước kiểm tra máy móc này, ban đầu được thiết kế cho người vận hành thủ công, thực chất cung cấp một nền tảng tốt cho việc tự động hóa hơn nữa. Boggs và van de Boor mô tả thêm những cải tiến như một số thiết kế giúp ngăn các tấm kim loại dính vào đe. “Đôi khi các ốc vít bị kẹt sau một chu kỳ dập,” Boggs nói. “Đó là một vấn đề cố hữu khi bạn nén vật liệu. Khi nó bị kẹt ở dụng cụ phía dưới, người vận hành thường có thể xoay phôi một chút để lấy nó ra.”
Hình 4. Bu lông con thoi có chốt định vị. Sau khi thiết lập, con thoi sẽ đưa thiết bị đến dụng cụ phía trên, sử dụng áp suất chân không để cố định thiết bị và vận chuyển đến phôi. Đe (phía dưới bên trái) nằm trên một trong bốn tháp pháo.
Thật không may, robot không có kỹ năng của người vận hành. "Vì vậy, hiện nay có những thiết kế máy ép giúp loại bỏ phôi, giúp đẩy các chi tiết ra khỏi dụng cụ, để không bị kẹt sau chu kỳ ép."
Một số máy có độ sâu họng khác nhau để giúp robot di chuyển phôi ra vào khu vực làm việc. Máy ép cũng có thể bao gồm các giá đỡ giúp robot (và cả người vận hành thủ công) định vị sản phẩm một cách chắc chắn.
Tóm lại, độ tin cậy là yếu tố then chốt. Robot và cobot có thể là một phần của giải pháp, giúp việc tích hợp trở nên dễ dàng hơn. “Trong lĩnh vực robot cộng tác, các nhà cung cấp đã có những bước tiến lớn trong việc đơn giản hóa tối đa khả năng tích hợp chúng với máy móc,” Boggs nói, “và các nhà sản xuất máy in đã thực hiện rất nhiều công việc phát triển để đảm bảo rằng giao thức truyền thông phù hợp được thiết lập.”
Nhưng các kỹ thuật dập khuôn và kỹ thuật xưởng, bao gồm cả việc hỗ trợ phôi, hướng dẫn công việc rõ ràng (và được ghi chép lại), và đào tạo bài bản cũng đóng vai trò quan trọng. Boggs nói thêm rằng ông vẫn nhận được các cuộc gọi về việc thiếu ốc vít và các vấn đề khác trong bộ phận phần cứng, nhiều bộ phận trong số đó sử dụng máy móc đáng tin cậy nhưng rất cũ.
Những máy móc này có thể đáng tin cậy, nhưng việc lắp đặt thiết bị không dành cho người thiếu kỹ năng và chuyên môn. Hãy thu hồi máy đã đo sai chiều dài. Việc kiểm tra đơn giản này giúp ngăn chặn một lỗi nhỏ biến thành vấn đề lớn.
Hình 5. Máy ép phần cứng này có bàn xoay với chốt chặn và bốn vị trí. Hệ thống cũng có một dụng cụ đe đặc biệt giúp người vận hành tiếp cận những vị trí khó tiếp cận. Ở đây, các phụ kiện được lắp đặt ngay bên dưới mặt bích phía sau.
Tim Heston, Biên tập viên cấp cao của tạp chí The FABRICATOR, đã làm việc trong ngành gia công kim loại từ năm 1998, bắt đầu sự nghiệp với tạp chí Welding Magazine của Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ. Từ đó đến nay, tạp chí đã bao gồm tất cả các quy trình gia công kim loại từ dập, uốn và cắt đến mài và đánh bóng. Ông gia nhập The FABRICATOR vào tháng 10 năm 2007.
FABRICATOR là tạp chí hàng đầu Bắc Mỹ về gia công và tạo hình thép. Tạp chí đăng tải tin tức, bài viết kỹ thuật và những câu chuyện thành công giúp các nhà sản xuất làm việc hiệu quả hơn. FABRICATOR đã hoạt động trong ngành này từ năm 1970.
Giờ đây, với quyền truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của The FABRICATOR, bạn có thể dễ dàng tiếp cận các nguồn tài nguyên quý giá trong ngành.
Phiên bản điện tử của Tạp chí Tube & Pipe Journal hiện đã hoàn toàn có thể truy cập được, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận các nguồn tài liệu quý giá trong ngành.
Nhận quyền truy cập kỹ thuật số đầy đủ vào Tạp chí STAMPING, với những công nghệ mới nhất, các phương pháp tốt nhất và tin tức ngành dành cho thị trường dập kim loại.
Giờ đây, với quyền truy cập kỹ thuật số đầy đủ vào The Fabricator en Español, bạn có thể dễ dàng tiếp cận các nguồn tài nguyên quý giá trong ngành.