精密機械加工における自動運転の障壁
Lights Out Machining とは何ですか? また、それはどれほど現実的ですか?
完全自動加工 必要な人間の相互作用の量を最小化または排除するために製造を自動化する方法です。人間を、同じ仕事をより速く、より良く、またはより安く行うガジェットまたはプロセスに置き換えるというこの考えは、新しいものではありません.
近年、精密機械加工の分野を含め、ロボティクスや自動化の魅力はますます高まっています。生産性の向上、スループットの向上、エネルギーの節約、人件費の削減を可能にする完全自動化された完全自動生産は、おそらくすべての機械工場の所有者の夢です。
しかし、特に精密機械加工の世界では、現実は困難です。完全に自動化された完全自動化された生産を提供すると主張する運用があっても、精密機械加工サービスが昼夜を問わず「単独で実行されている」と言うのは少し幻想です.
実行可能なライト アウト加工の基準
CNC 精密機械加工であろうと他の製造方法であろうと、すべての完全自動製造オペレーションは、成功するためにいくつかの基本を備えている必要があります。
- ツール、周辺機器、プログラミングなど、すべての機械が完璧に連携する必要があります。機器は継続的な運用に耐えられる必要があり、理想的には自己監視機能と、問題が発生した場合の自動修正機能または電源オフ機能を備えている必要があります。
- 設備への材料の供給、冷却剤の供給、破片の除去、完成品の荷降ろしに使用されるメカニズムについても同様です。
- また、「人手を必要としない」という夢とは裏腹に、人による遠隔監視は、小さな問題を修正したり、重大な問題が発生した場合にシステムをシャットダウンしたりできるという利点もあります。
おそらく最も重要なことは、機械が連続的な完全自動運転に対応しているかどうかを判断するには、最高レベルの信頼性を提供しているかどうかを調べる必要があることです。目標は 1.67 以上の Cpk です。つまり、部品の 99.9999% が要件を満たす能力です。
これは (文字通り) 100 万分の 1 の許容故障率です。
また、マシンが完全自動操作を処理できる場合でも、一般的に受け入れられているベンチマークは、完全自動操作は 2 年以内に投資収益率が得られる場合にのみ実行可能なソリューションであるというものです。
今日、消灯操作が使用されている場所
製造プロセスの一部のみが自動化されている場合でも、ロボット工学が役立つアプリケーションは数多くあります。ビールの醸造から包装、FedEx のハブから Amazon の倉庫、空港の荷物の取り扱いまで、自動化は次の 2 つの状況で重要な役割を果たします。
- 100 万分の 1 の信頼性を提供する場所
または
- 費用対効果の高い方法でプロセスを自己修正できる場合
いくつかの一般的な例
自動化されたパッケージング操作では、ビルトインのゴー/ノーゴー シャントを使用して、消灯時の品質を確保します。たとえば、ラインから出てきた製品が良好であることをカメラで確認できます。問題が発生した場合、マシンは不良製品を脇に置いたり、自動的に停止したりできます。
ロボット抵抗スポット溶接は、自動車業界での連続作業に広く使用されています。 (当社のウェブサイトで抵抗スポット溶接の詳細を読むことができます。) 実際、生産ラインで働くロボットを想像するとき、おそらく人々が最も思い浮かべるイメージです。
ただし、段ボール箱の製造とは異なり、このタイプの作業には異なるレベルの品質管理が必要です。結局のところ、1 つの溶接が悪いため、車全体をうまく脇に置くことはできません。非常に長く複雑な組み立てラインのどこかで電極が故障していないことをどのように確認しますか?
自動化のためのプライム アプリケーション
日本では、ファナック株式会社が、自動化された完全自動製造の究極と広く考えられているものを運営しています。テスラモーターズやアップルなどの顧客向けに他のロボットを生産するために、22の工場の巨大な複合施設で24時間年中無休で稼働するロボットを持っています。 FANUC Robotics America のバイス プレジデントである Gary Zywiol 氏によると、「消灯するだけでなく、エアコンと暖房もオフにします。」
自動化は、人間に敵対するあらゆる種類のプロセスでも使用されます。これには、品質や安全性の問題がある製造工程や、前述の自動車のスポット溶接など、人間が機械の速いペースで作業できない工程が含まれます。
そのため、作業環境やタスクが高温または高速である場合、または有毒物質を含む場合、ロボット工学は非常に有利です.
CNC 精密機械加工における完全自動化への挑戦
それはすべて非常に興味深いものです。しかし、完全自動機械加工に反対しているわけではありませんが、監視されていない継続的な自動化が依然として課題となっている精密機械工場での実行可能性については、適切に懐疑的です。
使用材料
たとえば、私たちの世界では、完全自動機械加工を行う能力は、部品の形状だけでなく、使用する材料にも依存します。一般に、より柔らかい材料 (硬い材料ほど早く工具を磨耗させない、または工具に巻き付く糸状の切りくずを大量に発生させない材料) は、完全自動作業に適しています。
つまり、適切な柔らかい素材を使用すると、午後 5 時に機械を一晩中稼働するように設定でき、朝には、工具が壊れたり摩耗したりすることなく、許容範囲内の部品でいっぱいのバスケットに戻ることができます。
ただし、ステンレス鋼などのより硬い素材は、完全自動 CNC 精密機械加工には推奨されません。これは、このように硬くて丈夫な素材は、すぐに磨耗したり、ツールを破損したりする可能性があるためです。または、仕様外の多くの部品が朝に到着し、マシンにロードした材料の量に関係なく無駄になり、配送スケジュールに大混乱をもたらすことになります。
必要な公差
公差も重要な考慮事項です。 ±0.005 インチ (0.127 mm) の公差と信頼できる材料があれば、完全無欠の精密機械加工は問題ありません。ただし、公差が ±0.0005 インチ (0.0127 mm) 以下の場合は、問題が発生しています。
これは、材料によっては、プロセスでツールが摩耗するためです。 0.0002 インチ (0.00508 mm) の外径 (OD) を保持していて、管理されていないプロセスを実行すると、午前中に部品が工具の摩耗により仕様から外れている可能性が高くなります。
Lights Out 加工における材料の推奨事項と禁止事項
特定の材料は、当然ながら自動 CNC 精密機械加工に適しています。たとえば、真ちゅう、6061 アルミニウム合金、および工具に巻き付くような長く糸状の切りくずが発生しにくい特定のプラスチックが使用される場合があります。
303 ステンレス鋼でさえ、完全自動機械加工を試みる場合があります。ただし、最初に数時間実行するように機器をプログラムして、保持公差をテストし、ツールの摩耗をチェックする必要があります。
一部の素材は完全消灯生産には適していません。これには、医療機器業界の寵児である 304 ステンレス鋼が含まれます。これは機械加工が難しく、糸状の切りくずが生成され、バリが発生します。さらに、316、17-4、およびその他のほとんどのステンレス鋼は機械加工が難しく、ツールを損傷する可能性があります。
超合金は無人で機械加工することはできず、チタンは絶対に放置しないでください。 (チタン部品から発せられる火花から機械が発火するビデオを見たことがあります。これはかなりクールでしたが、絶対にお勧めしません!)
その他の闇の障害
何千もの部品を精密に機械加工するために、Metal Cutting の最新の CNC スイス スクリュー マシンの配列は、バー フィーダーをロードしてマシンを自動的に実行するように設定できるという点で、完全自動生産をサポートできます。直径に応じて、直径 0.630 インチ (16 mm) のバーを最大 12 本搭載できます。 0.090 インチ (2.25 mm) の最小標準開始ストック直径で、さらに多くをロードできます。
監視が必要
ただし、CNC 精密機械加工の性質上、通常の 8 時間のシフト中に、負荷を監視し、すべてが正しく実行されていることを確認するために誰かが待機している必要があります。そのため、停電していると言われる精密機械工場でさえ、何の問題も起こらないように誰かがそこにいることを確信できます。
バーの読み込みの問題
精密機械加工は、バーの自動ローディングにも課題をもたらします。まず、加工する材料の直径公差を常に考慮する必要があります。さらに、バー ローダーを使用しているからといって、材料が正しく読み込まれるとは限りません。また、ほぼすべてのプロジェクトで学習曲線が必要です。
たとえば、直径の小さい部品を扱っている場合、マシンが完全に設定されていないと、一度に 2 本の棒状の材料をロードしようとする可能性があり、非常に悪い結果になります。
ツールを清潔に保つ
もう 1 つの要件は、完全自動化プロセスに高圧空気またはその他の高品質の方法を含めて、作業領域に切りくずが残らないようにし、切りくずが再切削されて工具が鈍くなるのを防ぐ必要があることです。また、機械加工後に破損しないように、完成したパーツがどれほどデリケートであるかを考慮して、完成したパーツを降ろす方法についても考える必要があります。
精密機械加工における消灯の信頼性
誤解しないでほしいのですが、CNC 精密機械加工では完全自動生産が不可能だと言っているのではありません。ただし、計画段階ですべての利害関係者とプロバイダーから意見を集めて情報を得る必要があります。これにより、次のことを確実に行うことができます。
- 完璧な素材
- 適切な部品のサイズと形状
- 機器の Cpk ≥1.67
- 99.9999% のプロセス信頼性が実現できないほど厳密ではない公差
最も正確な機械加工でさえ、ツール、バーローダー、クーラント供給、および厳しい公差にわたって 100 万分の 1 の信頼性を提供することは困難です。しかし、これらの条件がすべて満たされていれば、完全自動生産が可能になります。
たとえば、ここ金属切削では、どのマシン、ツール、および材料が完全自動プロセスで指定された結果を達成するかをテストする場合があります。あるいは、夜通しの連続運転ではなく、勤務時間後の追加の半シフトで、追加の部品を生産するように機械をプログラムするセミライト アウト プロセスをテストすることもできます。
精密機械加工における ROI の問題
同じ製品を何度も製造するメーカーにとって、完全自動生産の 2 年間のベンチマーク内で投資収益率を実現することは実現可能です。ただし、CNC 精密機械加工は、多くの異なる部品を短期間で製造することを主な目的としています。
つまり、多くの精密機械工場では、操業を完全に停止できるかどうかをテストする時間がありません。さらに、これらのショップが ROI を確認するのを待つのに 2 年は長い時間であり、完全自動機械加工のコストは法外なものになります…
ここメタルカッティングでは、通常、200 から 20,000 個の部品を必要とする新しいマシン ショップ プロジェクトを毎日見積もっています。何年にもわたって実行される仕事はありますが、2 年間継続して実行されるプロジェクトはあまりありません。そのため、すべての惑星が整列することはまれであり、完全自動生産のオプションを検討する時間はありません。
最終的に、公差の厳しい機械加工には非常に多くの変数があり、100 万分の 1 の信頼性を保証することはできないため、完全な完全自動生産にはまだ適していません。それでも、プロジェクトにどのような課題が伴うとしても、自動化技術は小型部品の生産においてますます重要な役割を果たし続けるでしょう。
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産業技術