Ris. 3. Ett verktyg i ett stycke med koppmatning och snabbväxling, som förvaras i det vänstra skåpet, kontrollerar utrustningens orientering och separering (säkerställer korrekt utrustningsinriktning och positionering). Det högra skåpet rymmer olika städ och skyttlar.
Ron Boggs, försäljnings- och servicechef för Haeger Nordamerika, fortsätter att få liknande samtal från tillverkare under återhämtningen från 2021 års pandemi.
”De sa hela tiden till oss: ’Hörru, vi saknar fästelement’”, sa Boggs. ”Det visade sig att det berodde på personalproblem.” När fabriker anställde nya medarbetare satte de ofta oerfarna, okvalificerade personer framför maskinerna för att sätta in utrustning. Ibland missar de spännen, ibland sätter de in fel spännen. Kunden återvänder och slutför inställningarna.
På ett övergripande plan verkar hårdvaruinsättning vara en mogen tillämpning av robotteknik. Så småningom skulle en anläggning kunna ha fullständig automatisering av stansning och formning, inklusive revolvertor, borttagning av delar och kanske till och med robotbockning. Alla dessa tekniker tjänar sedan en stor del av den manuella installationssektorn. Med allt detta i åtanke, varför inte placera en robot framför en maskin för att installera utrustning?
Under de senaste 20 åren har Boggs arbetat med många fabriker som använder robotstyrd insättningsutrustning. På senare tid har han och hans team, inklusive Haegers chefsingenjör Sander van de Bor, arbetat för att göra det enklare att integrera cobotar i insättningsprocessen (se figur 1).
Både Boggs och VanderBose betonar dock att fokus enbart på robotik ibland kan förbise det större problemet med att installera hårdvara. Tillförlitliga, automatiserade och flexibla installationsoperationer kräver många byggstenar, inklusive processkonsekvens och flexibilitet.
Den gamle mannen dog fruktansvärt. Många tillämpar detta talesätt på mekaniska stanspressar, men det gäller även pressar med manuell matningsutrustning, främst på grund av dess enkelhet. Operatören placerar fästelement och delar på bottenstödet innan de manuellt förs in i pressen. Han trycker på pedalen. Hålstansen sänks, kommer i kontakt med arbetsstycket och skapar tryck för att föra in utrustningen. Det är ganska enkelt – tills något går fel, förstås.
”Om operatören inte är uppmärksam kommer verktyget att falla och nudda arbetsstycket utan att faktiskt applicera tryck”, sa van de Bor. Varför, vad exakt? ”Den gamla utrustningen hade av misstag ingen återkoppling och operatören visste egentligen inte om det.” Operatören kunde inte hålla foten på pedalerna under hela cykeln, vilket i sin tur kunde leda till att pressens säkerhetssystem aktiverades. ”Det övre verktyget har sex volt, det nedre verktyget är jordat och pressen måste känna av ledningsförmågan innan den kan bygga upp tryck.”
Äldre insatspressar saknar också det så kallade "tonnagefönstret", vilket är det tryckintervall inom vilket utrustningen kan sättas in korrekt. Moderna pressar kan uppleva att detta tryck är för lågt eller för högt. Eftersom äldre pressar inte har ett tonnagefönster, förklarade Boggs, justerar operatörer ibland trycket genom att justera en ventil för att åtgärda problemet. "Vissa justerar för högt och andra för lågt", sa Boggs. "Manuell justering öppnar upp för mycket mångsidighet. Om den är för låg har du installerat hårdvaran felaktigt." "För högt tryck kan faktiskt deformera delen eller själva fästelementet."
”Äldre maskiner hade inte heller mätare”, tillägger van de Boer, ”vilket kunde göra att operatörerna tappade bort fästelement.”
Att sätta in hårdvara manuellt kan verka enkelt, men processen är svår att fixa. För att göra saken värre sker hårdvaruoperationer ofta senare i värdekedjan, efter att gapet har fyllts och formats. Utrustningsproblem kan orsaka kaos vid pulverlackering och montering, ofta för att en samvetsgrann och noggrann operatör gör små misstag som förvandlas till huvudvärk.
Figur 1. Coboten visar detaljen genom att sätta in utrustningen i pressen, som har fyra skålar och fyra oberoende skyttlar som matar utrustningen in i pressen. Bild: Hagrid
Under årens lopp har tekniken för hårdvaruinsättning löst dessa huvudvärk genom att identifiera och eliminera dessa källor till variation. Utrustningsinstallatörer borde inte vara källan till så många problem bara för att de tappar lite fokus i slutet av sitt skift.
Det första steget i att automatisera montering av kopplingar, skålmatning (se fig. 2), eliminerar den mest tråkiga delen av processen: att manuellt gripa och placera kopplingar på arbetsstycket. I en traditionell toppmatningskonfiguration skickar en skålmatningspress fästelementen ner till en skyttel som matar hårdvaran till det övre verktyget. Operatören placerar arbetsstycket på det nedre verktyget (städet) och trycker på pedalen. Stansen sänks med hjälp av vakuumtryck för att lyfta hårdvaran ur skytteln, vilket för hårdvaran nära arbetsstycket. Pressen applicerar tryck och cykeln är klar.
Det verkar enkelt, men om man gräver djupare kan man hitta några subtila komplexiteter. Först måste utrustning matas in i arbetsytan på ett kontrollerat sätt. Det är här bootstrap-verktyget kommer in i bilden. Verktyget består av två komponenter. En dedikerad till positionering säkerställer att utrustningen som kommer ut ur skålen är korrekt placerad. Den andra säkerställer korrekt segmentering, uppriktning och placering av utrustningen. Därifrån färdas utrustningen genom ett rör till en skyttel som matar utrustningen till det översta verktyget.
Här är komplikationen: Automatningsverktyg – orienterings- och delningsverktyg samt skyttlar – måste bytas ut och hållas i fungerande skick varje gång utrustningen byts ut. Olika typer av hårdvara påverkar hur den förser arbetsområdet med ström, så hårdvaruspecifika verktyg är bara en verklighet och kan inte designas bort från ekvationen.
Eftersom operatören framför kopppressen inte längre lägger tid på att plocka upp (eventuellt sänka ner) och ställa upp utrustningen, minskas tiden mellan insatserna drastiskt. Men med alla dessa hårdvaruspecifika verktyg ger matarskålen även konverteringsmöjligheter. Verktyg för självåtdragande muttrar 832 är inte lämpliga för muttrar 632.
För att byta ut den gamla tvådelade skålmataren måste operatören se till att orienteringsverktyget är korrekt inriktat med det delade verktyget. ”De var också tvungna att kontrollera skålvibrationer, luftinställning och slangplacering”, sa Boggs. ”De måste kontrollera skyttelns och vakuumjusteringen. Kort sagt måste operatören kontrollera många justeringar för att säkerställa att verktyget fungerar som det ska.”
Plåtbearbetare har ofta unika utrustningskrav som kan bero på åtkomstproblem (att sätta in utrustning i trånga utrymmen), ovanlig utrustning eller båda. Denna typ av installation använder ett specialdesignat verktyg i ett stycke. Baserat på detta, säger Boggs, utvecklades så småningom ett allt-i-ett-verktyg för en vanlig kopppress. Verktyget innehåller orienterings- och valelement (se figur 3).
”Den är konstruerad för snabba omställningar”, säger van de Boer. ”Alla kontrollparametrar, inklusive luft och vibrationer, tid och allt annat, styrs av datorn, så operatören behöver inte göra några omkopplingar eller justeringar.”
Med hjälp av pluggar förblir allt i en linje (se fig. 4). ”Operatören behöver inte oroa sig för uppriktningen vid konvertering. Den nivellerar alltid ut eftersom allt låses på plats”, sa Boggs. ”Verktygen skruvas bara fast.”
När en operatör placerar en plåt på en maskinpress, riktar de in hålen med ett städ som är utformat för att fungera med fästelement med en viss diameter. Det faktum att nya diametrar kräver nya städverktyg har lett till en del svår massproduktion under åren.
Tänk dig en fabrik med den senaste skär- och bockningstekniken, snabbt automatiskt verktygsbyte, små serier eller till och med komplett produktion. Delen går sedan in i en hårdvaruinsats, och om delen kräver en annan typ av hårdvara går operatören vidare till massproduktion. Till exempel kan de sätta in en sats på 50 delar, byta städ och sedan sätta in den nya hårdvaran i rätt hål.
En maskinpress med revolver förändrar scenen. Operatörer kan nu sätta in en typ av utrustning, rotera revolveren och öppna en färgkodad behållare för att rymma en annan typ av utrustning, allt i en enda installation (se figur 5).
”Beroende på antalet delar du har är det mindre sannolikt att du missar en hårdvarukoppling”, sa van de Bor. ”Du gör hela sektionen i ett svep så att du inte missar ett steg i slutet.”
Kombinationen av koppmatning och revolver på en insatspress kan göra hantering av byggsatser till verklighet på hårdvaruavdelningen. I en typisk installation säkerställer tillverkaren att skålmatningen är exklusiv för normal stor utrustning och placerar sedan mindre frekvent använd utrustning i färgkodade behållare nära arbetsområdet. När operatörer plockar upp en detalj som kräver flera hårdvaror börjar de ansluta den genom att lyssna på maskinens pip (vilket indikerar att det är dags för ny hårdvara), rotera städets vridbord, visa en 3D-bild av detaljen på styrenheten och sedan sätta in nästa hårdvarudel.
Tänk dig ett scenario där en operatör sätter in en utrustningsdel en i taget, använder automatisk matning och vrider städets roterande bord efter behov. Den stannar sedan efter att det översta verktyget griper tag i det självmatande fästelementet från skytteln och faller ner på arbetsstycket på städet. Styrenheten varnar operatören om att fästelementen har fel längd.
Som Boggs förklarar: ”I inställningsläget sänker pressen långsamt sliden och registrerar dess position. Så när den körs med full hastighet och fixturen vidrör verktyget, säkerställer systemet att fixturens längd matchar den angivna [[Tolerans]]. Mätningar utanför intervallet, för långa eller för korta, kommer att orsaka längdfel på fästelementet. Detta beror på detektering av fästelement (inget vakuum i det övre verktyget, vanligtvis orsakat av fel i hårdvarumatningen) och övervakning och underhåll av tonnagefönstret (istället för att operatören manuellt justerar en ventil) skapar ett beprövat tillförlitligt automationssystem.
”Hårdvarupressar med självdiagnos kan vara en stor fördel för robotmoduler”, sa Boggs. ”I en automatiserad uppställning flyttar roboten pappret till rätt position och skickar en signal till pressen, som i princip säger: 'Jag är i rätt position, fortsätt och starta pressen.'”
Hårdvarupressen håller städstiften (monterade i hål i plåtarbetsstycket) rena. Vakuumet i den övre stansen är normalt, vilket betyder att det finns fästelement. Medveten om allt detta skickade pressen en signal till roboten.
Som Boggs säger: ”Pressmaskinen tittar i princip på allting och säger till roboten: 'Okej, jag mår bra.' Den startar stanscykeln och kontrollerar att det finns fästelement och att de har rätt längd. Om cykeln är klar, se till att trycket som används för att sätta in hårdvaran är korrekt och skicka sedan en signal till roboten att presscykeln är klar. Roboten tar emot detta och vet att allt är rent och kan flytta arbetsstycket till nästa hål.”
Alla dessa maskinkontroller, ursprungligen avsedda för manuella operatörer, ger i praktiken en god grund för ytterligare automatisering. Boggs och van de Boor beskriver ytterligare förbättringar, såsom vissa konstruktioner som hjälper till att förhindra att plåtar fastnar på städet. ”Ibland fastnar fästelement efter en stansningscykel”, sa Boggs. ”Det är ett inneboende problem när man komprimerar material. När det fastnar i det nedre verktyget kan operatören vanligtvis vrida arbetsstycket lite för att få ut det.”
Figur 4. Skyttelbult med styrpinne. När skytteln är monterad matar den utrustningen till det översta verktyget, som använder vakuumtryck så att utrustningen kan säkras och transporteras till arbetsstycket. Städet (längst ner till vänster) är placerat på en av de fyra revolverhuvudena.
Tyvärr har robotar inte samma färdigheter som en mänsklig operatör. ”Så nu finns det presskonstruktioner som hjälper till att ta bort arbetsstycken, trycka ut fästelement ur verktyget, så att det inte fastnar efter presscykeln.”
Vissa maskiner har olika djup i halsen för att hjälpa roboten att manövrera arbetsstycket in och ut ur arbetsområdet. Pressar kan också inkludera stöd som hjälper robotar (och manuella operatörer för den delen) att positionera sina jobb säkert.
I slutändan är tillförlitlighet nyckeln. Robotar och cobotar kan vara en del av svaret, vilket gör dem enklare att integrera. ”Inom området samarbetande robotar har leverantörer gjort stora framsteg när det gäller att göra det så enkelt som möjligt att integrera dem med maskiner”, sa Boggs, ”och presstillverkare har gjort mycket utvecklingsarbete för att säkerställa att rätt kommunikationsprotokoll finns på plats.”
Men stansningstekniker och verkstadstekniker, inklusive stöd för arbetsstycket, tydliga (och dokumenterade) arbetsinstruktioner och korrekt utbildning spelar också en roll. Boggs tillade att han fortfarande får samtal om saknade fästelement och andra problem på hårdvaruavdelningen, av vilka många arbetar med pålitliga men mycket gamla maskiner.
Dessa maskiner må vara pålitliga, men installationen av utrustningen är inte för oerfarna och oprofessionella. Kom ihåg maskinen som hittade fel längd. Denna enkla kontroll förhindrar att ett litet fel förvandlas till ett stort problem.
Figur 5. Denna hårdvarupress har en vridbord med stopp och fyra stationer. Systemet har också ett speciellt städverktyg som hjälper operatören att nå svåråtkomliga ställen. Här sätts kopplingarna in strax under bakflänsen.
Tim Heston, chefredaktör för The FABRICATOR, har arbetat inom metallbearbetningsbranschen sedan 1998 och började sin karriär på American Welding Societys Welding Magazine. Sedan dess har tidskriften täckt alla metallbearbetningsprocesser, från stansning, bockning och skärning till slipning och polering. Han började på The FABRICATOR i oktober 2007.
FABRICATOR är Nordamerikas ledande tidskrift för ståltillverkning och formning. Tidskriften publicerar nyheter, tekniska artiklar och framgångshistorier som gör det möjligt för tillverkare att göra sitt jobb mer effektivt. FABRICATOR har varit i branschen sedan 1970.
Nu med full tillgång till den digitala utgåvan av The FABRICATOR, enkel åtkomst till värdefulla branschresurser.
Den digitala utgåvan av The Tube & Pipe Journal är nu helt tillgänglig och ger enkel tillgång till värdefulla branschresurser.
Få fullständig digital tillgång till STAMPING Journal, med den senaste tekniken, bästa praxis och branschnyheter för metallpräglingsmarknaden.
Nu med fullständig digital åtkomst till The Fabricator på spanska har du enkel tillgång till värdefulla branschresurser.