不同的自动化材料去除应用程序在早期测试、密切合作和冒险思维的价值方面提供了类似的经验。

在参观车间时,现代机械车间的编辑们已经习惯了看到成排的人挤在长凳上,手里拿着聚光灯、望远镜和手动工具。事实上,这种景象是如此普遍,以至于繁琐的手工工作和复杂的自动化 CNC 加工过程的奇怪并列很容易被忽视。

一名男子使用手持式无线控制器移动大型机器人,就好像他在玩电子游戏一样

视频游戏启发了解决方案,使冲压机和其他金属成型机械的大型铸件的繁琐手动磨削和碎屑自动化。所有照片均由 ATI Industrial Automation、MESH Automation 和/或 Nidec Minster 提供。

然而,最近的证据表明,这些制造商中的许多人可能会从考虑(或重新考虑)机器人可以完成的任务中受益。这是机器人末端执行器制造商ATI Industrial Automation的材料去除产品经理 Dan Merritt在 2020 IMTS Spark 平台上的视频采访的主题。

尽管采访是虚拟的,但 Merritt 用来证明材料去除自动化前景的两个应用程序是真实的。事实上,这两个应用程序将成为由 ATI 和工业贸易组织协会推进自动化 (A3)主办的另一场演讲的焦点,就在几周后,作为 Automate Forward 活动的一部分,这一次有来自最终用户自己。

关于什么是自动化或不可能自动化的假设通常是错误的。

ATI 专注于这些特定案例研究的原因很简单:在进行重大投资之前,两者都作为早期概念验证测试(公司现在从专用实验室空间提供的服务)价值的例子脱颖而出。总之,这两个项目还阐明了一些共同要素,这些要素是成功应用越来越容易获得的技术进行工作的基础,而这些工作应该是自动化的自然(如果难以捉摸)目标。“我想不出一个更能体现沉闷、肮脏和危险的应用空间,”Merritt 谈到材料去除时说。

对“电子游戏”机器人进行艰苦的去毛刺

一个应用程序涉及 MMS 编辑经常看到的那种去毛刺,但值得注意的例外是机器人正在做这项工作,而不是人。具体来说,机器人从分段夹具中拾取新加工的汽车活塞,并将它们呈现给去毛刺工具(ATI 的径向兼容 RC-300)。当机器人移动时,工具“像操纵杆一样”随着它移动,梅里特说,利用它的气动内部部件向推回它的移动几何体施加恒定的、用户定义的压力。

自动化集成商MESH Automation 的销售和营销总监 Jim Webb表示,动态调节气压的能力对于设计系统至关重要。这使得可以为两种不同的精加工任务应用不同级别的接触力:去除铝铸造过程中的飞边残留物,以及清洁位于 CNC 车削凹槽内的毛刺。尽管以前的方法——电动手动工具——已经取得了一定程度的成功,但为员工节省的时间和更安全的环境证明了自动化是合理的。

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整体思维在预配置自动化单元的设计和使用多个机器人进行包括机器照料、去毛刺和检查在内的过程中很明显。

就工作性质和自动化的原因而言,另一个应用程序是一个更极端的例子。Nidec Minster制造的冲压机和其他金属成型设备的球墨铸铁结构部件重达 25,000 磅。在自动化之前,去毛边、去浇口和以其他方式去除铸件的残余物需要使用重达 20 磅的振动手持式研磨机。在这种情况下,没有一排人挤在长椅上,但危害工作场所健康和安全的风险同样显着。

大型机器人在金属成型设备制造商日本电产明斯特的铸造车间操作大型砂轮

机器人以超过任何人的力量水平加速材料去除,但球墨铸铁部件需要定制工具。

任务会很困难。批次大小不同,批次之间的去除要求也不同。同时,零件的巨大尺寸使得固定和访问关键特征变得困难。成功取决于熟练的手,以及对在任何给定点沿刀具路径施加正确压力水平的主观感觉,这些刀具路径已被证明对编程非常不切实际。尽管如此,需求仍然很大,以至于管理层“对让工程人员梦想出不同类型解决方案的开箱即用的想法持开放态度”,Nidec 的 Johnathan Rankin 在 A3 演示中回忆道。

如图所示,现在将工具带到零件的巨大机械臂由拇指引导,就像操作员在玩电子游戏一样。就像游戏一样,控制器振动使碰撞看起来很真实——在这种情况下,它们确实如此。多亏了 ATI Omega191 力/扭矩传感器,它将来自内部应变计的信号转换为驱动触觉反馈的数据,操作员可以“感觉”他们在研磨过程中的方式,并在他们进行时进行调整。该系统“将机器人的蛮力和肌肉与人类操作员的细微差别和技能结合在一起,”梅里特说。

不同的证明,相同的教训

Merritt 说他和他在 ATI 的同事从未设想过使用传感器向人而不是计算机提供反馈。然而,这正是他们期望来自公司新实验室的那种开发,该实验室专门用于将 ATI 工程师的深厚工具专业知识应用到整个自动化过程中。最终目标是让自动化更容易获得,无论是对于像 MESH 这样的集成商来说,确定是否以及如何实现自动化,还是对于寻求资本支出批准的最终用户流程开发人员来说都是如此。“我们不会提供有关单元布局的代码或建议,但(我们将提供)基于自己的经验和测试的概念证明和建议,让这不那么令人生畏,”梅里特说。“大多数时候,客户希望看到‘你是如何编程的?我可以看到和触摸这些零件吗?”

“不要让理想或完美的状态成为善的敌人。– Dan Merritt,ATI 工业自动化

MESH 也有大量的测试资源。至于 Nidec Minster,很少有实验室能容纳这么大的零件。尽管如此,该公司的方法也强调尽职调查和对关键概念的早期、彻底的证明。撇开细节不谈,这三家公司——一家技术供应商、一家自动化集成商和一家最终用户——都将这一早期、彻底的验证视为确定是否以及如何实现自动化的重要早期步骤。总而言之,他们的证词揭示了许多可能足够广泛的经验教训,可以转化为大多数材料去除应用。这些课程包括:

过去是(仅)指南。活塞去毛刺应用采用 MESH Automation 的 Mini-MAC 平台,这是其 MAC(MESH 自动化单元)系统的小型版本。MAC 是预先设计的机器人模块,旨在简化集成过程(大部分布线、防护、工具和机器人需要的其他一切都已经组装好)。对于每一项新工作,“我们都会审视过去的工作方式,并重新审视为新应用程序修改方法的方法,”Webb 说。

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尽管活塞去毛刺自动化与集成商 MESH Automation 多年来配置的其他系统相似,但该公司仍然利用 ATI 的工具租赁计划来彻底测试去毛刺工具。

然而,对新工作的彻底测试同样重要。他回忆说,在最近的一个应用程序中,该流程的元素都是“非常传统的”——也就是说,该公司之前已经看到并处理过该应用程序所呈现的所有变量。然而,挖掘进一步揭示了零件变异的“无法管理的范围”。“如果我们没有进行测试,并且(如果我们)只是接受订单来建造一些东西,我们可能会浪费很多时间和金钱。”

专注于结果。早期目标设定至关重要,不切实际的期望会阻碍任何自动化工作。Merritt 表示,ATI 会在任何测试之前及早收集大量应用信息,然后与客户密切协商,以确保图纸和其他文档中的数据与他们希望实现的目标相匹配。“你必须就期望达成一致,”他说。除非有特定的通过/失败标准,否则缩小“必备”和“必备”可以帮助“塑造选项范围”,以实现一致、可重复的完成。

他继续说,“全有或全无”的心态是自动化的一个相对常见的障碍,尤其是在那些刚接触机器人技术的人中。许多制造商“希望从 100% 手动转向自动化,”他解释道。时间线延长,成本飙升,“商业案例分崩离析”。他建议“退后一步”。将部分流程自动化——“让 10 个人进行手动去毛刺,一直到三个人”——总比没有好。“不要让理想或完美的状态成为好的敌人,”他建议,尤其是当有机会打破瓶颈或减少废品时。

从零件开始。MESH 处理大多数项目的方法听起来类似于机械师如何通过复杂设置为单个机床工作——也就是说,通过检查零件和工具如何相互作用以建立固定基准的最佳位置。“一旦你知道如何控制它,你就会知道如何工作,”韦伯说。“每个项目都涉及到基准控制、材料去除率、预期周期时间、预期表面光洁度的平衡——我们专注于控制这些变量和机器人的路径来完成我们需要做的事情。”

对于 Nidec Minster 的应用,零件尺寸和变化使得任何依赖夹具的系统都非常昂贵(Rankin 在 A3 演示中指出,该公司已经尝试并排除了使用视觉系统来对齐零件和机器人)。尽管如此,团队还是从工具和零件的交互开始——流程的核心和他们专业知识的核心。

考虑所有的证明途径。铸造团队认识到,用于手动研磨的研磨材料可能对于机器人施加的力来说太软了。然而,它需要一个值得信赖的外部供应商的经验和推荐来确定适合这项工作的工具:Rankin 说这是整个过程的“关键”的金刚石涂层钢轮毂。“没有人愿意走定制工具的道路,但当我们的磨料合作伙伴说这是我们必须走的路时,我们必须相信他们,”他回忆道。“我们真的很高兴我们信任他们。”

对概念验证也至关重要的是军用级无线手控器供应商的投入,WHO?以前从未被用来引导工业机器人。“他们通过开发定制的通信协议来与工业机器人而不是坦克或无人机进行通信,确实起到了帮助,”Rankin 说。“在这个特定项目中有很多例子,我们无法事先测试很多变量,因此我们更专注于识别和建立与供应商的关系。他们的舒适度和个人体验成为我们的延伸,让我们自信地向前迈进。”

整体思考。Nidec Minster 现在推销其称为 ExoGrind 的新自动化系统。一个关键卖点是该系统旨在满足各种应用需求。例如,不是完全手动控制,操作员可能会使用激光引导使机器人与铸件正确对齐,然后调用固定子程序。在更高的容量下,欧米茄传感器可能通过充当力控制设备而不是力反馈设备来促进完全自动化。ExoGuide 是同一概念的另一个衍生产品,将控制器和编程用于非材料去除应用。

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新的实验室测试服务和新的工具品种,例如与 3M 合作开发的这种机器人砂光机,反映了公司扩大的重点。

“那个机器人还能做什么?” Merritt 说,在单个流程的层面上,这也是一个值得提出的问题。例如,已经用于拾取和放置或 CNC 机器管理操作的系统也可能会将零件带到清洁站。同样,Webb 表示,MESH 认为材料去除“只是零件在整个流程中的一个步骤”。在活塞去毛刺应用中,机器人循环通过检查和激光雕刻操作。同时,另一个负责车床的机械臂安装在滑轨上,从而使该系统能够服务于不同数量的机床。

大胆思考。 对核心功能进行严格的早期测试通常对于检查有关自动化限制以及可能性的假设很有价值。关于什么是自动化或不可能自动化的假设通常是错误的,并且想法可能来自最不可能的地方。在 Nidec Minster,当有人第一次提出手持式无线机器人控制时,“我们都笑了”,Rankin 说,他现在是该公司的机器人自动化销售和工程经理。“我们开始更多地谈论'使命召唤'而不是我们在那里谈论的内容,但是当我们提出这个想法时,我们认识到它可以解决我们的很多问题。”

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