高效生产


日期:2017/11/21 来源:MM《现代制造》

在2016年的国际制造技术展览会上,当漫步于芝加哥的迈考密克展览中心的大厅时,Tim Peterson最感兴趣的一个事物便是自动化。这种全心的关注有点令人意外,但这并不无道理。Peterson的公司是位于Illinois的Rockford市的Industrial Molds公司,自2002年起便开始采用自动化加工单元,并购买了一台集成Erowa 60位机器人的Bostomatic CNC机床,用于碳切削操作。在发现机器人系统非常便于使用且高效后,公司很快决定将自动化扩展到电火花加工机床部门,于是购买了两台集成Erowa ERS机器人的Charmilles Roboform 550 sinker EDM。

图1 采用RFID(无线射频识别)技术的自动化系统是Industrial Molds公司的一项创新,使生产工序更快速、更准确

2004年,Erowa向公司推荐了其最新的JMSpro JobManagement软件,并演示了该软件如何与无线射频识别(RFID)技术合作管理自动化加工。在一个自动化单元内安装小型RFID(无线射频识别)芯片,用于管理其中的工件的活动,不需要操作员采取额外的行动或特殊编程。Industrial Molds公司的副总裁Peterson称:“我们衡量了成本和利润,最终认可了它的价值。该系统的集成引发了思维进化和工序发展,帮助我们实现今天的成就。”

模具制造商一般并不是生产工人,其公司也不被视为生产加工厂,但Industrial Molds公司发现,采用将Erowa的RFID(无线射频识别)芯片和集成的JMS软件与自动化相结合的“生产思维模式”是提高制模准确性和效率的关键。如今,该公司的Erowa托盘和焊夹阵列中也安装了芯片,有助于根据具体的“路径计划”(由生产团队制定)系统地通过工厂的四个自动化加工单元移动工件。

除了Charmilles单元以外,Industrial Molds公司的50 000 ft2(1 ft2=0.093 m2)设施目前配备了一个高速铣削单元,主要包括牧野S56和F5CNC加工单元,由一个Erowa ERS机器人连接;一个碳切削单元(替代了Bostomatic单元),包含一个Mikron UCP 600 Vario “3+2”轴和配有一个Erowa Robot Multi的HSM 400U LP五轴CNC机床,可以处理多达200个焊条。以及一个新型EDM(电火花加工)装置,配有两个Sodick AG60 sinker EDM(电火花加工机床),集成一个Erowa Robot Dynamic ERD,所有这些设备均可以实现7×24 h自动运行。

如大多数模具工厂一样,Industrial Molds公司每年为汽车、消费品、医疗、照明和工业市场制造的约125个模具中没有任何两个是相同的。最后期限不断改变,每个工件的计划生产方式也各不相同。客户经理Wes Stephens称:“这使模具制造既有趣又富有挑战性,这也是我们将铸模工序自动化的原因。在任何给定的时间,我们可能同时进行40~50个加工任务。装有RFID(无线射频识别)芯片的夹具使我们能更有限地控制自动化工序,这也是我认为Industrial Molds与其他工厂不同的地方。”

图2 在EDM部门,工业模具部门的员工将扫描安装在这些电极支架底座上的RFID芯片,以快速导入存储在公司JMSpro系统中的每个工件加工程序

预先计划

然而,为了保证采用RFID技术的自动化系统更正确、更有效地运行,还需要采取一些重要措施,首先是预先计划。“在如何计划工作以及如何在工厂实施方面,我们采用的体系非常繁杂,因为过去的经验已经让我们意识到了沟通的重要性。”因此,每项工作都从计划和部署会议开始,参加会议的包括客户经理、工程师、项目领导人、生产和自动化经理以及部门负责人。

在会议期间,自动化经理Jeff Noud制作了一个PowerPoint文件,其中包含关于构成模具的各个工件的部署和计划表。通过讨论,小组确定工件在装有RFID芯片的托盘上的定位,以便于坐标测量机拾取。这一步非常重要,因为各部门将据此确定所有编程。在会议期间还将讨论哪些细节将详述,哪些细节将概略,以及哪些工件可以进行高速铣削或需要焊条。

“PowerPoint是一个非常重要的沟通工具,因为它消除歧义性。例如,你的观点和我的观点可能不同,PowerPoint将通过图纸进行说明,并采用严格的测量数据精确地进行解释,这样问题就消除了。由于所有问题都记录在PowerPoint中,可追溯性和可问责性增强了。”

图3 在托盘部门,数以百计的工件安装在RFID芯片托盘上,可以进行自动化加工。工业模具使用彩色编码磁体,一目了然地在工厂的每一个位置向下移动,而RFID芯片携带关键的工作细节

托盘和优先次序

如部署计划一样,各部门的工作节奏和优先次序也非常重要。所有工作都由一个部门来做,而其他部门无所事事,这样生产力将非常低。相反,关键路径部件(如模芯、模腔和滑轨)优先加工,然后再加工次要部件。通过采用配有RFID芯片的JMSpro软件,Industrial Molds公司可以轻松地排列工件加工次序,在工件通过自动化单元时,会相应分配优先次序编号(﹣99~+99)。“我们的经理时刻监督着各部门的生产力。一般会计划80%的工作,因为需要留有一定的生产力应对工程变更,并保证工具修饰效果。”

并不是每个工件都适合采用自动化单元生产。有些工件太大,不适用于12 mm×12 mm×16 mm尺寸的托盘。Industrial Molds公司还配备其他加工中心和操作人员,可以满足此类工件需求。当工件就位后,保证其没有任何污垢,根据预先计划期间确定的定位规范小心地夹紧在托盘上,然后送到公司的CMM(坐标测量机)部门。因此,JMSpro软件被用作创建“指令树”或指令流程图,这样在每个部门运行各个流程。对工件进行扫描,采用一个触发式侧头记录X、Y、Z和C轴位置。将偏移数据上传至软件,这样当承载工件的托盘内的RFID芯片在工厂其他区域被扫描时,将确切地展示工件在托盘上的定位,与确定一个机床的偏移情况的程序类似。“这些偏移数据将在CMM(坐标测量机)检查工序、高速加工和EDM(电火花加工机床)部门一直沿用,这样做的一个好处是不再需要在每次工作向另一个部门转交时占用宝贵的时间标记每个嵌件。工件只被拿起一次,在通过检查前不需要脱离托盘。” Noud如是说道。

最后,工件的每个工序将采用彩色磁体进行颜色编码,看一眼即可保证工件按照正确顺序(如在预先计划期间确定)在工厂内流通。例如,黄色表示将零件送至高速加工部门,蓝色表示EDM(电火花加工机床)部门,红色表示五轴加工部门。“无论工件被发送至设施内的哪个部门,关键是一切均在系统控制内,利用RFID芯片技术储存了每个模具部件的关键数据。”

在工件做准备时,机床操作人员利用Sodick LN系列控制系统、Charmilles DP控制系统和Autodesk PowerMill将编程部门制定的NC程序导入JMSpro中。一旦导入,将与相应的RFID芯片同步,建立在CMM(坐标测量机)部门最初制定的工作流程树形图上。操作人员将托盘放置在传送带上,自动化单元的机器人将采用RFID扫描仪识别各工件。在发现正确工件后,将其放置在相应机床内,该机床经过设计,会按照软件内设定的优先次序进行处理。

在完成加工工序后,若需要重新检查工件的精度,将工件发送回CMM(坐标测量机)部门,从RFID(无线射频识别)芯片检索相关数据,在托盘上对工件进行测量。Noud表示:“所有这些步骤为每个人节省了大量时间。其他采用托盘化夹具的公司也可以进行工序内检查,但如果未采用RFID技术,需要将偏移数据手动输入机器内,在每一次采用新机床或运用CMM(坐标测量机)进行检查时都需要验证数据。这样操作起来非常低效,也跟容易出错。”

“我们制造的模具远销世界各地,每个模具都由团队领导人进行战略规划,从客户订购模具开始直至完成并发货的一天。自动化、RFID(无线射频识别)芯片技术和机床精度不仅减少了交付周期,还加快了更换部件的复制速度和精度。执行自动化作业、不断投资自动化以及一个技能高超的员工团队使我们脱颖而出。” Stephens说道。