自動化のエッセンス：ロボット統合の初心者ガイド

ロボットは、工作機械やその他の製造装置への部品のローディング/アンローディングにおけるマテリアルハンドリング能力で、広く受け入れられ、人気を集めています。ショップがこの技術の導入を決定したとき、いくつかの重要な質問に直面します。ここでは、関節アーム自動化をどこで購入するか、そのような機器の検索を始める前に何を知っておくべきかなど、多くの基本的な詳細を検証します。

ロボット

ローディングシステムの核心はロボットであり、多くの異なるブランド、スタイル、選択肢を検討できます。大部分において、この記事は機械ローディングシナリオで非常に人気になった関節アームロボットを扱います。ショップがこのような機器の購入を検討するとき、それが期待通りに仕事をこなせることを確認し、ロボットの背後にある組織を考慮する必要があります。ロボットが自動車産業の不可欠な一部であり、高レベルのサポートが要求される好例を提供していることは秘密ではありません。ショップは、購入後もこのタイプのサポートを提供できるロボットブランドを検討すべきです。

異なるロボットは異なる種類の環境向けに設計されています。製造企業にとって、チップに覆われ、クーラントが滴る、工作機械ローディングの世界で普通の環境で動作するよう設計された産業用グレードのロボットを選択することが重要です。実験室や食品加工プラント向けに設計されたものではありません。

ロボットはリーチとペイロードでサイズ分けされます。必要なロボットのリーチは、おそらくセルを設計するチームによって最適に決定されます。これは、セルのサイズ、入荷部品がどこから来るか、完成部品がどこに置かれるか、ローディング/アンローディングされる機械へのアクセス可能性の組み合わせによる機能です。

ペイロードはロボットが持ち上げられる重量ですが、この数値は少し誤解を招く可能性があります。部品重量自体に加えて、ペイロードは、部品を掴むためにロボットに取り付けられたすべての工具、グリッパー、アダプションプレート、延長部などを含む、ロボットが持ち上げられる重量です。さらに、この重量はロボット前面の特定の点から述べられています。この点からさらに離れた位置に重量があるほど、ロボットが扱える重量は少なくなります。経験則として、ほとんどの標準的なローディング/アンローディングアプリケーションでは、ペイロードの約半分のみを部品に割り当てるべきです。より明確な確認のために、ほとんどのロボット会社はペイロードチェックソフトウェアを提供し、ペイロードがロボットの仕様内にあることを確認できます。

エンドオブアームツーリング

エンドオブアームツーリング（EOAT）は、ロボットの先端に取り付けられ、部品移動などの必要なタスクの実行を支援する工具です。部品ピックアップ用にバキュームカップやマグネットなどさまざまな種類の工具が利用可能ですが、ショップフロアで最も一般的なスタイルは空気圧グリッパーを使用します。ロボット自体と同様に、作業環境に適した品質のグリッパーが重要です。

アプリケーションがジョーとグリッパーのサイズと数量を決定します。グリッパーは多くの構成で利用可能で、2つ、3つ、または4つのジョーを持つことがあります。2ジョー平行クローズグリッパーは、正方形、長方形、または2本の指の間で簡単にピックアップできるものに最適です。3ジョー グリッパーは、3ジョー チャックが旋盤で非常に普及しているように、丸物と六角物のピックアップに適しています。しかし、トレイに列と行で配置された丸物と六角物の反復可能なアレイでは、4ジョー グリッパーの方が扱いやすいことがよくあります。

インフィード/アウトフィードシステム

インフィード/アウトフィードは、ロボットやセルに入荷部品を運び、完成部品を運び出す方法を指します。インフィードシステムは、一定数の部品をキューに格納し、それらの入荷部品をロボットが機械にロードする準備のために、反復可能な場所に運びます。アウトフィードシステムは、完成部品をロボットから運び出し、オペレーターのもとへ運び、完成部品の限定された数を格納します。

自動化システムのセットアップには多くの決定が必要ですが、最も重要なのはインフィード/アウトフィードシステムです。このシステムは、オペレーターが自動化システムと最も多くインターフェースするポイントになるため、必要なものをサポートしていることを確認することが重要です。例えば、オペレーターが部品を引き出しの特定の向きに配置することは、少量生産には良い解決策ですが、特にサイクルタイムが短い場合、同一部品を大量に作るときには労働集約的になります。インフィードとアウトフィードシステムは別々にすることもできます（例えば、振動バルクインフィードシステムで入れ、シュートで出す）し、組み合わせることもできます（例えば、オペレーターが入荷部品を置く引き出しで、ロボットがそこから原材料を取り、完成部品を戻す）。この記事のサイドバーの質問への回答が、どのセットアップが最適かをよりよく特定するのに役立ちます。

引き出しは通常、自動化セルのガードの側面に取り付けられ、オペレーターに自動化システムとの便利なインターフェースを提供します。引き出しには容量制限があるため、人気のある方法は、タンスの引き出しのようなスタッキング構成で複数の引き出しを設けることです。ロボットは必要な特定の引き出しを引き出して開きます。その引き出しでの作業が終わると、ロボットはその引き出しをタンスに押し戻し、次の引き出しを引き出してプロセスを継続します。通常、引き出しには列と行のポケットシリーズを持つインサートがあり、部品の正確で反復可能な位置決めを可能にし、ロボットが部品の位置をピックアップのために知ることができます。

コンベアも、自動化セルへの部品の出し入れに柔軟で（人気のある）方法を提供します。コンベアは調整可能なレーンガイドを使用し、部品の列をロボットがピックアップするための反復可能な位置に運ぶことも、大量の部品を扱う際に複数のパレットをセル内外に移動する構成に設定することもできます。コンベアは柔軟で通常価格競争力がありますが、大量の部品が必要な場合、その長さ要件が混雑したショップでスペース問題を引き起こす可能性があります。

シュートは、アウトフィードの良好で安価な方法です。ロボットは単に部品を傾斜シュートに落とし、重力で箱まで運ばせます。すべての部品がシュートを使用できるわけではありません。この方法では部品損傷を考慮する必要があります。

バルク振動インフィード（ボウルフィーダーなど）は、大量の部品を扱う優れた方法です。オペレーター労働は、大量の部品をボウルに投入するだけに限定され、ほぼ不要です。これらのバルクフィーダーは柔軟性で知られておらず、通常は少数の類似部品のみを扱うように設計されています。

ワークホールディング

非自動化ジョブと同様に、部品を機械加工操作でどのように保持するかは重要ですが、自動化を使用する場合、機械ワークホールディングは自動でなければなりません。また、ロボットがローディング/アンローディング中に部品をどのように保持するかも同等に重要で、機械ワークホールディングとロボットのグリッパーが連携できるようにする必要があります。例えば、バイスジョーを緩和またはわずかに変更して、部品を保持しているロボットグリッパーフィンガーに対応できることがよくあります。

ほとんどの旋盤には標準で油圧作動システムが装備されていますが、ワークホールディングとワークホールディング制御は通常、フライス盤の標準パッケージには含まれていません。フライス盤のワークホールディングオプションは、自動かどうかに関わらず、類似の利点を提供します。バイス、チャック、膨張アーバーはすべて、部品の要件に応じて優れた選択肢です。より大きな考慮事項は、自動ワークホールディングをどのように制御するか（油圧式か空気圧式か）です。

油圧システムは機械への追加コストが高くなりますが、より大きな力を発生し、汎用的なワークホールディング制御方法として優れています。空気圧システムは、グリッピング力を個別に調整してデリケートな部品に対応できますが、油圧ほどのパワー（そして結果としてクランプ力）は発生しません。

購入先

自動化購入にはいくつかの異なるルートを検討できます。関節アーム自動化は通常、ロボットを専門とするインテグレーターによって構築されます。ロボットは多くの異なる方法で使用できるため、インテグレーターが機械へのロボット搭載に精通していることを確認することが重要です。新しい機器にロボティクスを搭載する場合、一部の工作機械メーカーは独自のインテグレーショングループを持ち、統合を担当します。また、一部は統合作業の大部分を担当する外部インテグレーターを指定しています。既存のショップ内機器に自動化を追加する場合、元の機械サプライヤーが支援できる可能性があります。そうでない場合、独立系インテグレーターが容易に設置を担当できます。

誰がシステムをセットアップするかに関わらず、誰が何に責任を持つかについて明確にすることが重要です。すべての機器を単一のサプライヤーから購入する場合、異なる機器がすべて正しく連携して動作することを保証するのは明らかにその会社の責任です。しかし、工作機械が1社から、ロボットが別の会社から供給される場合、責任の線引きが容易に曖昧になります。責任に関する難しい質問を、関係する各ベンダーに事前に尋ねる必要があります。

ロボットと自動化についての詳細情報は、Methods Machine Tools Inc.まで、電話978-443-5388またはWebサイトmethodsmachine.comをご覧ください。

要件の詳細化

これらの考慮事項を詳細に見ることは、効率的で効果的な部品移動を提供する自動化システムのセットアップに大きく貢献します。これらの質問への回答は、セルを設計するチームにとって重要になります：

• セルで稼働する部品の最大および最小重量は？
• 部品がセルに到着したときの状態は？（形状、スラグ、切断バーストック、鋳造、鍛造、プレ機械加工、サイズ、鋭利なエッジ/バリ、チップ/クーラント/オイルで覆われているか）
• 機械加工プロセスは単一操作か、バックワークを必要とする複数操作か？
• インフィードキューは何個の部品を、どのくらいの期間供給する必要があるか？
• セルは無人で稼働するか、オペレーターがプロセスを監視するために利用可能か？
• どの種類のインプロセス検査が含まれるか？
• 自動化セルに利用可能な床面積はどれくらいか？
• この機械の能力は自動化で占有されるか、それとも自動化なしで一定割合の時間使用されるか？