多品種少量の旋削加工の自動化

旋削加工の自動化は何十年も前から行われてきました。バー フィーダー、ガントリー ローダー、ロボット ローダーは、主流の自動化デバイスです。これらはすべて、中規模から大規模なアプリケーションで効果的なツールです。しかし、市場の圧力に適応するために、CNC メーカーは常により小さなバッチを求められ、より幅広い部品の形状とサイズを処理しています。この進歩は新たな課題をもたらします:

• バッチ サイズを小さくすると、旋削加工の最適な自動化の選択にどのような影響がありますか?
• さまざまなサイズや形状のパーツを処理するのに最適な自動化のタイプはどれですか?
• 設備投資を最大限に活用するためのベスト プラクティスは何ですか?

自動化の必要性

少し戻って、製造現場での自動化の基本的な目的を見てみましょう。機器の使用が増えるか？生産能力アップ？製造コストを下げる？人件費の削減

ほとんどの機械工場の管理者は、自動化への最大の動機である本当の理由は、信頼できる有能な労働者の不足だと言うでしょう。ビジネスを運営するための労働力がなければ、ビジネスは小規模になるか、廃業してしまいます。必要な労働力の削減は、特に多品種少量生産の自動化プロジェクトの最前線にある必要があります。

しかし、多くの機械工場の管理者は、労働力を削減する設備への投資には消極的だと言います。この決定の理由は、人件費を過小評価し、機器の費用を過大評価する傾向にある可能性があります。

250,000 ドルの CNC マシンは、1 時間あたり 15 ドルのオペレーターより明らかに高価に見えるかもしれません。ただし、福利厚生、税金、トレーニングのコストを追加すると、オペレーターの正味コストは約 21 ドル/時間になります。ただし、ビジネスを成長させるための労働力が利用できない場合、価値は大幅に高くなります。 CNC マシンのコストを 15 年間で償却し、資金調達、メンテナンス、電力、レンタルのコストを追加すると、CNC マシンは 1 日 24 時間、週 7 日、365年間数日。必要な労働力を削減するための投資は、前もって高額な費用がかかる場合がありますが、通常は優れた収益率を提供します。

ハイミックス、ローボリューム

多品種とは、バー、シャフト、スラッグ、ビレット、鋳物、鍛造品など、多くの異なるタイプの部品を意味します。

低量は少量のバッチを表します。しかし、「小さい」の定義は、質問者によって異なります。バッチ内のピースの数に注目する代わりに、バッチの実行にかかる時間、またはおそらくバッチ時間の何パーセントがセットアップに含まれるかを検討する方がよい場合がよくあります。セットアップ時間がバッチ実行時間の 10% を超える場合、そのジョブは少量生産の領域にあります。

これらの定義は重要です。なぜなら、多品種製造は柔軟な製造装置に依存しているのに対し、少量製造では準備時間が短くなければならないからです。多品種少量生産の場合、最適な機器を選択するのは難しい場合があります。店舗は全体像を見て、機器のコストに対する人件費と可用性を慎重に検討する必要があります。これは、特定の施設に最適な旋盤と自動化の種類をより適切に選択するのに役立ちます.

多品種少量の旋盤オプション

労働力を削減する必要性を過小評価することは、多品種少量生産用の旋盤を選択する際にショップが犯す最大の間違いです。多くの場合、既存のミルに操作を追加することを優先して、ミリング機能を避けます。サブスピンドル、クイックチェンジツーリング、またはチャックの追加費用により、これらの機能が不必要なぜいたく品のように見える場合があります。
しかし、店の経営者は、労働力を削減する高価なオプションを購入したことを後悔することはめったにありません.オペレーターの労力を軽減する機械オプションは、ほとんどの場合、ROI が高くなります。クイックチェンジチャックジョー、クイックチェンジコレット、クイックチェンジツーリングは、多品種少量の作業を行う旋盤に取り付ける必要があります。部品を 1 台のマシンで 1 回で実行できる柔軟性を提供するオプションも、優れた ROI をもたらします。

「なくてはならない」サブスピンドル

ほとんどすべての旋削部品には、2 つの操作が必要です。旋盤を自動化する場合、サブスピンドルは特に有益なオプションですが、その価値は見過ごされたり誤解されたりすることがよくあります。旋盤がバーの作業のみを行い、サブスピンドルがパーティング ナブの除去のみを許可する場合でも、サブスピンドルは、オペレーターがパーツを再ロードしたり、ナブを手作業で削ったりするのに比べて、機械の寿命全体にわたって元が取れます。

チャッキング アプリケーションの自動化は、サブスピンドルが真に利益をもたらすところです。サブスピンドルがない場合、典型的なロボットまたはガントリーローダーは、一度に 1 つの操作しか完了できません。最初の操作が完了した後、オペレーターは 2 番目の操作のためにチャックジョーをセットアップし、部品を裏返し、部品をインフィードに再ロードする必要があります。

サブスピンドルを追加するかどうかを決定するときは、次の質問を考慮する必要があります:

• 作成するパーツはすべて、完成面を下にしてインフィードに配置されますか?
• パーツは最初の操作から 2 番目の操作までクロッキングを必要としますか?また、インフィードは確実にクロッキングを維持できますか?

これらの質問のいずれかに対する答えが「いいえ」の場合、サブスピンドルがなければ、2 番目の操作は手作業で行う必要があり、労力と製造コストが増加します。

バー フィード、ガントリー、またはロボット ローダー

一般に、機械で計画されている作業の種類によって、選択する自動化の種類が決まります。混合率が高いということは、さまざまなサイズや形状の部品に対応できる柔軟性が必要であることを意味します。少量の場合、少量のバッチを処理するために短いセットアップ時間が必要です。残念ながら、多品種少量の用途に対する明確な自動化の決定はありません。通常、最適な選択は、自動化がサポートする必要がある部品の組み合わせの範囲によって決まります。

バーフィーダーは、旋盤の最も一般的な自動化の選択肢です。シンプルで信頼性が高く、手頃な価格です。バーフィーダーの主な制限は部品サイズで、最大直径は約 4.75 インチです。多品種少量のアプリケーションでは、マガジン スタイルのサーボ駆動の短負荷バー フィーダーが、最短のセットアップ時間で幅広いバー サイズを提供します。主にバーフィーダーの制限内に収まる作業の場合、これは打ち負かすのが難しい選択です.

ガントリー ローダーは、実績のあるもう 1 つの旋盤自動化技術です。ガントリー ローダーは、多くの場合、統合ソリューションとして旋盤メーカーから直接入手できるため、複雑な自動化機器を複雑な CNC 旋盤に組み合わせる心配が少なくなります。機能面では、ガントリー ローダーはロボット ローダーとよく似た動作をします。フィードからパーツを取り出し、旋盤チャックにパーツをロードし、操作が終了するとチャックからパーツを取り出し、パーツをマシンに配置します。アウトフィード。ガントリーローダーは通常、効率を高めるためにデュアルグリッパーで構成されます。デュアル グリッパーを使用すると、ロボットは完成したばかりのパーツを降ろしながら、別のグリッパーで次に処理するパーツを保持できます。

ガントリーローダーは、通常、シャフトまたはチャックされたワークピースを実行するように構成できます。セットアップ時間は、同様のパーツ間では比較的短い場合がありますが、長さ 2 インチ x 15 インチのシャフトから直径 6 インチのパックに移行するには、かなり時間がかかる場合があります。ガントリー ローダーのもう 1 つの制限は、パーツのサイズや形状によってはまったく処理できない場合があることです。ガントリー ローダーは、多くの場合、原材料と完成品を積み重ねる必要があるパックにスタッキング ローダーを使用します。

数年前のロボットローダーは、完全にカスタム化されたシステムでしか利用できませんでした。これらは高コストのシステムであり、大量のアプリケーションを対象としており、一般的に多品種少量の需要にはあまり適していませんでした。今日、多くの新しい技術開発により、ロボット ローダーは、多品種少量のアプリケーション向けの魅力的な旋盤自動化オプションとなっています。

コボット ローダー

協働ロボット (コボット) は、特別な安全対策を必要とせず、持ち運びが可能で、プログラミングが比較的簡単であるため、一般的なオプションになっています。ただし、新しいコボットを箱から出して、生産性の高い多品種少量生産の自動化マシンに追加するのは大変な作業です。グリッパーの取り付け、インフィードとアウトフィード、ドアオープナー、および CNC へのインターフェースの設計と構築は、簡単な作業ではありません。理論的には、コボットローダーはさまざまな形状とサイズの部品を処理できます。ただし、その有効性は、インフィード、アウトフィード、およびグリッパーがどのように設計されているかによって異なります。セットアップ時間はこれらと同じ要因に依存しますが、自動化された「製品」よりも自家製システムの方が大幅に長くなる可能性があります。

Robot-in-a-Box ローダー

Robot-in-a-box (RIB) は、市場で急速に勢いを増している新しい自動化カテゴリです。 RIB は、産業用ロボットと、統合された安全システム、グリッパー、柔軟なインフィードとアウトフィード、および一般的な CNC マシンへの標準インターフェースを組み合わせたものです。通常、RIB は事前にプログラムされており、オペレーターがわずか数時間で習得できるシンプルなユーザー インターフェイスを備えています。 RIB には通常、ガントリー ローダー システムよりも柔軟なインフィード/アウトフィード システムがあります。多くの場合、RIB は持ち運び可能であるため、ショップは自動化をジョブに最適なマシンに適応させることができます。いくつかの RIB ベンダーは、短いセットアップ時間と柔軟なインフィードおよびアウトフィード システムをエンジニアリングの優先事項にしています。このため、RIB は通常、多品種少量の環境ではガントリー ローダーよりも有利です。

マルチグリップ付き肋骨

MultiGrip は、多品種少量の自動化市場向けに特別に設計された新しいワーク保持技術です。このワークホールディングは、VersaBuilt Robotics 製の RIB である VBX-160 で利用できます。当初は垂直ミル用に開発されましたが、このワーク保持製品は旋盤用途への道を見出し、従来のロボット グリッパーにいくつかの独自の機能をもたらします。従来の 3 つ爪グリッパーの問題の 1 つは、さまざまな形状のピックアップに必ずしも適しているとは限らないことです。丸いパックには適していますが、長いシャフトや、クランプするための丸い表面がない部品には適していない場合があります.

MultiGrip ロボット グリッパーは、従来のグリッパーのようにパーツを持ち上げません。代わりに、機械加工可能な MultiGrip ジョーをピックアップし、これらのジョーを使用してパーツをピックアップします。ジョーは、シャフト、パック、ほぼ無限の幾何学的形状など、さまざまな部品形状に合わせて簡単に機械加工できます。ロボットは、従来のロボットローダーと同じように、部品を既存のコレットまたはチャックジョーにロードできます。このシステムは基本的にロボット用の自動ツール チェンジャーであり、セットアップ時間を短縮します。

オプションで、旋盤は MultiGrip 中間チャックジョーで構成できます。この構成では、VBX-160 はジョーと部品を直接旋盤チャックにロードして処理することができます。 MultiGrip は、ロボットの自動ツール チェンジャーおよび旋盤の自動チャックジョー チェンジャーとして機能します。 VBX-160 は、別のセットアップ手順を排除し、システムが 1 回のロードで複数の部品番号を処理できるようにします。多品種少量アプリケーションの場合、シフトの最後に最大 4 つの異なる部品番号をシステムにロードでき、CNC で適切なプログラムを選択するなど、部品を自動的に処理します。午前中に完成した部品の山。

MultiGrip を備えた VBX-160 は、直径 6 インチ、長さ 15 インチまでのシャフトと、直径 10 インチ、高さ 6 インチまでのパックを処理できます。

全体として、CNC 製造の状況は変化しています。顧客は、短いリード タイムと小さなバッチ サイズで、より複雑な部品を CNC ショップに求めています。同時に、CNC マシンをセットアップして実行する労働力を見つけるのが難しくなっています。ツーリング、ワークホールディング、自動化に適切な投資を行うことで、ショップは顧客のニーズをより適切に満たし、見つけにくい労働力への依存を減らし、ビジネスの成長と収益性を高めることができます。