Otomatisasi dalam Aplikasi Pembubutan Campuran Tinggi dan Volume Rendah

Otomatisasi untuk mengubah aplikasi telah ada selama beberapa dekade; pengumpan batang, pemuat gantry, dan pemuat robot adalah perangkat otomatisasi utama. Semua adalah alat yang efektif dalam aplikasi volume sedang hingga tinggi. Tapi beradaptasi dengan tekanan pasar terus memaksa produsen CNC ke arah batch yang lebih kecil, menangani berbagai bentuk dan ukuran bagian yang lebih luas. Perkembangan ini membawa tantangan baru:

• Bagaimana ukuran batch yang lebih kecil memengaruhi pilihan otomatisasi yang optimal untuk mengubah aplikasi?
• Jenis otomatisasi apa yang paling cocok untuk memproses berbagai ukuran dan bentuk komponen?
• Apa saja praktik terbaik untuk mendapatkan hasil maksimal dari investasi peralatan?

Perlunya Otomatisasi

Mari kita mundur sejenak dan melihat tujuan dasar otomatisasi di lantai toko. Apakah itu memberikan peningkatan penggunaan peralatan? Kapasitas produksi lebih tinggi? Biaya produksi lebih rendah? Biaya tenaga kerja lebih rendah?

Sebagian besar manajer toko mesin akan mengatakan alasan sebenarnya—dorongan No. 1 untuk mengotomatisasi—adalah kurangnya tenaga kerja yang andal dan berkualitas. Tanpa tenaga kerja untuk menjalankan bisnis, itu akan menjadi bisnis yang lebih kecil, atau akan gulung tikar. Mengurangi kebutuhan tenaga kerja harus menjadi yang terdepan dalam setiap proyek otomatisasi, terutama dalam produksi campuran tinggi dan volume rendah.

Tetapi banyak manajer toko mesin mengatakan mereka enggan berinvestasi dalam peralatan yang mengurangi tenaga kerja. Alasan keputusan ini kemungkinan besar didorong oleh kecenderungan untuk meremehkan biaya tenaga kerja dan menilai terlalu tinggi biaya peralatan.

Mesin CNC seharga $250.000 mungkin tampak jelas lebih mahal daripada operator $15/jam. Namun, menambahkan biaya tunjangan, pajak, dan pelatihan, biaya bersih operator adalah sekitar $21/jam. Namun, jika tenaga kerja tidak tersedia untuk mengembangkan bisnis, nilainya jauh lebih tinggi. Dengan mengamortisasi biaya mesin CNC selama rentang waktu 15 tahun dan menambahkan biaya pembiayaan, pemeliharaan, daya dan sewa, biaya mesin CNC sekitar $3/jam untuk memiliki 24 jam per hari, tujuh hari seminggu, 365 hari dalam setahun. Investasi yang mengurangi kebutuhan tenaga kerja mungkin memiliki label harga tinggi di muka, tetapi biasanya memberikan tingkat pengembalian yang luar biasa.

Campuran Tinggi, Volume Rendah

Campuran tinggi berarti berbagai jenis suku cadang:batang, poros, slug, billet, coran, dan tempa dengan berbagai jenis fitur.

Volume rendah mewakili jumlah batch kecil. Tetapi definisi "kecil" tergantung pada siapa yang bertanya. Alih-alih berfokus pada jumlah potongan dalam satu batch, seringkali lebih baik untuk mempertimbangkan berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk menjalankan batch, atau mungkin berapa persentase waktu batch yang melibatkan penyiapan. Jika waktu penyiapan lebih dari 10 persen dari waktu proses batch, pekerjaan berada di bidang manufaktur volume rendah.

Definisi ini penting karena manufaktur campuran tinggi bergantung pada peralatan manufaktur yang fleksibel, sementara manufaktur volume rendah harus memiliki waktu penyiapan yang rendah. Ketika manufaktur adalah campuran tinggi dan volume rendah, membuat pilihan peralatan terbaik dapat menjadi tantangan. Toko perlu melihat gambaran besarnya dan dengan hati-hati mempertimbangkan biaya dan ketersediaan tenaga kerja versus biaya peralatan. Ini akan membantu mereka membuat pilihan yang lebih baik dalam jenis mesin bubut dan otomatisasi yang akan bekerja paling baik untuk fasilitas tertentu.

Opsi Bubut untuk Campuran Tinggi, Volume Rendah

Meremehkan kebutuhan untuk mengurangi tenaga kerja adalah kesalahan terbesar yang dilakukan toko saat memilih mesin bubut untuk produksi campuran tinggi dan volume rendah. Mereka sering menghindari kemampuan penggilingan demi menambahkan operasi ke pabrik yang ada. Biaya tambahan untuk subspindle, perkakas ganti cepat, atau chuck dapat membuat fitur ini tampak seperti kemewahan yang tidak perlu.
Tetapi manajer toko jarang menyesal membeli opsi mahal yang mengurangi tenaga kerja. Opsi alat berat yang mengurangi tenaga operator hampir selalu memiliki ROI yang tinggi. Rahang pencekam yang dapat diganti dengan cepat, collet yang dapat diganti dengan cepat, dan perkakas yang dapat diganti dengan cepat harus dipasang pada setiap mesin bubut yang melakukan pekerjaan campuran tinggi dan volume rendah. Opsi yang memberikan fleksibilitas untuk menjalankan suku cadang dalam satu mesin, satu-dan-selesai, juga akan memiliki ROI yang bagus.

Subspindle 'Harus Dimiliki'

Hampir semua bagian yang diputar memerlukan dua operasi. Saat mengotomatiskan mesin bubut, subspindle adalah opsi yang sangat bermanfaat, yang nilainya sering diabaikan atau disalahpahami. Bahkan jika mesin bubut hanya melakukan kerja batang dan subspindel hanya memungkinkan pelepasan nub perpisahan, subspindle akan membayar sendiri selama masa pakai mesin versus operator memuat ulang bagian-bagian atau menggiling nub dengan tangan.

Mengotomatiskan aplikasi chucking adalah tempat subspindle benar-benar membayar dividen. Tanpa subspindle, robot biasa atau pemuat gantry hanya dapat menyelesaikan satu operasi pada satu waktu. Setelah operasi pertama selesai, operator harus menyiapkan rahang pencekam untuk operasi kedua, membalik bagian-bagian dan memuat kembali bagian-bagian itu ke dalam umpan masuk.

Saat memutuskan apakah akan menambahkan subspindle, pertanyaan berikut harus dipertimbangkan:

• Akankah semua bagian yang akan dibuat duduk di dalam umpan menghadap ke bawah di sisi yang sudah jadi?
• Apakah suku cadang memerlukan pencatatan jam kerja dari operasi pertama ke operasi kedua, dan apakah umpan masuk dapat mempertahankan pencatatan jam kerja dengan andal?

Jika jawaban untuk salah satu dari pertanyaan ini adalah tidak, tanpa subspindle, operasi kedua harus dilakukan secara manual, meningkatkan tenaga kerja dan biaya produksi.

Umpan Batang, Gantry, atau Pemuat Robot

Umumnya, jenis pekerjaan yang direncanakan untuk mesin menentukan jenis otomatisasi yang akan dipilih. Campuran tinggi berarti fleksibilitas diperlukan untuk berbagai ukuran dan bentuk bagian yang berbeda. Volume rendah memerlukan waktu penyiapan yang singkat untuk menangani batch kecil. Sayangnya, tidak ada keputusan otomatisasi yang jelas untuk aplikasi campuran tinggi dan volume rendah. Pilihan terbaik biasanya akan didorong oleh kisaran campuran komponen yang perlu didukung oleh otomatisasi.

Pengumpan batang adalah pilihan otomatisasi paling populer untuk mesin bubut. Mereka sederhana, dapat diandalkan, dan terjangkau. Batasan utama pengumpan batang adalah ukuran bagian, dengan diameter maksimum sekitar 4,75 inci. Untuk aplikasi campuran tinggi, volume rendah, pengumpan batang bergaya magasin, digerakkan servo, beban pendek umumnya akan memberikan rentang ukuran batang terluas dengan waktu penyiapan terpendek. Untuk pekerjaan yang terutama berada dalam batasan pengumpan batang, ini adalah pilihan yang sulit dikalahkan.

Gantry loader adalah teknologi otomatisasi bubut lain yang telah terbukti. Gantry loader sering tersedia langsung dari pabrikan bubut sebagai solusi terintegrasi, sehingga tidak perlu khawatir untuk menggabungkan peralatan otomasi yang rumit dengan mesin bubut CNC yang rumit. Dalam hal fungsi, gantry loader beroperasi sangat mirip dengan robot loader:ia mengambil bagian dari umpan, memuat bagian ke dalam chuck bubut, mengambil bagian dari chuck ketika operasi selesai dan menempatkan bagian ke dalam pakan keluar. Pemuat gantry biasanya akan dikonfigurasi dengan gripper ganda untuk meningkatkan efisiensi. Dengan gripper ganda, robot dapat membongkar bagian yang baru saja selesai dikerjakan sambil memegang bagian berikutnya untuk diproses di gripper lainnya.

Gantry loader umumnya dapat dikonfigurasi untuk menjalankan poros atau benda kerja yang dilempar. Waktu penyetelan bisa relatif singkat antara bagian yang serupa tetapi bisa sangat lama untuk beralih dari poros panjang 2 inci kali 15 inci ke keping berdiameter 6 inci. Keterbatasan lain dari gantry loader adalah bahwa mereka mungkin tidak dapat menangani beberapa ukuran dan bentuk bagian sama sekali. Gantry loader sering menggunakan stacking loader untuk puck yang membutuhkan bahan mentah dan bagian jadi untuk ditumpuk di atas satu sama lain.

Pemuat robot, beberapa tahun yang lalu, hanya tersedia dengan sistem kustom sepenuhnya. Ini adalah sistem berbiaya tinggi, ditargetkan pada aplikasi volume tinggi dan umumnya tidak sesuai dengan tuntutan campuran tinggi, volume rendah. Saat ini, sejumlah perkembangan teknologi baru telah menjadikan pemuat robot sebagai opsi otomatisasi bubut yang menarik untuk aplikasi campuran tinggi dan volume rendah.

Pemuat Cobot

Robot kolaboratif, atau cobot, telah menjadi pilihan populer karena tidak memerlukan tindakan keamanan khusus, portabel, dan relatif mudah diprogram. Namun, membuka kotak cobot baru dan menambahkannya ke mesin otomatisasi volume rendah campuran tinggi yang produktif dapat menjadi tugas yang menakutkan. Memasang gripper dan merancang serta membangun umpan masuk dan keluar, pembuka pintu, dan antarmuka ke CNC bukanlah tugas yang sepele. Secara teori, cobot loader dapat memproses berbagai bentuk dan ukuran bagian; namun, efektivitasnya tergantung pada bagaimana umpan masuk, umpan keluar, dan gripper dirancang. Waktu penyiapan bergantung pada faktor yang sama ini, tetapi kemungkinan akan lebih lama secara signifikan pada sistem buatan sendiri daripada “produk” otomatisasi.

Robot-in-a-Box Loader

Robot-in-a-box (RIB) adalah kategori otomatisasi baru yang dengan cepat mendapatkan daya tarik di pasar. RIB menggabungkan robot industri dengan sistem keamanan terintegrasi, gripper, umpan masuk dan keluar yang fleksibel, dan antarmuka standar ke mesin CNC populer. RIB biasanya telah diprogram sebelumnya dan memiliki antarmuka pengguna yang sederhana yang dapat dipelajari oleh operator hanya dalam beberapa jam. RIB biasanya akan memiliki sistem in-feed/out-feed yang lebih fleksibel daripada sistem gantry loader. RIB sering kali portabel, memungkinkan toko untuk mengadaptasi otomatisasi ke mesin terbaik untuk pekerjaan itu. Beberapa vendor RIB telah menjadikan waktu penyetelan yang rendah dan sistem in-feed dan out-feed yang fleksibel sebagai prioritas teknis. Karena itu, RIB umumnya akan memiliki keunggulan dibandingkan pemuat gantry di lingkungan campuran tinggi dan volume rendah.

RIB dengan MultiGrip

MultiGrip adalah teknologi workholding baru yang dirancang khusus untuk pasar otomatisasi dengan campuran tinggi dan volume rendah. Workholding ini tersedia di VBX-160, RIB yang diproduksi oleh VersaBuilt Robotics. Meskipun awalnya dikembangkan untuk pabrik vertikal, produk workholding ini telah menemukan jalannya ke dalam aplikasi bubut dan membawa beberapa kemampuan unik dibandingkan gripper robot tradisional. Salah satu masalah dengan gripper tiga rahang tradisional adalah mereka tidak selalu cocok untuk mengambil berbagai bentuk. Meskipun cocok dengan puck bundar, mereka mungkin tidak cocok untuk poros panjang atau bagian mana pun yang tidak memiliki permukaan bundar untuk dijepit.

Gripper robot MultiGrip tidak mengambil bagian seperti gripper tradisional. Sebagai gantinya, ia mengambil rahang MultiGrip yang dapat dikerjakan dan menggunakan rahang ini untuk mengambil bagian. Rahang dapat dengan mudah dikerjakan dengan mesin agar sesuai dengan berbagai bentuk bagian:poros, keping, dan berbagai bentuk geometris yang hampir tak terbatas. Robot kemudian dapat memuat bagian tersebut ke dalam rahang collet atau chuck yang ada seperti loader robot tradisional. Sistem ini pada dasarnya adalah pengubah alat otomatis untuk robot, sehingga menurunkan waktu penyiapan.

Secara opsional, mesin bubut dapat dikonfigurasi dengan rahang chuck perantara MultiGrip. Dalam konfigurasi ini, VBX-160 dapat memuat rahang dan bagian langsung ke chuck bubut untuk diproses. MultiGrip kemudian bertindak sebagai pengubah alat otomatis untuk robot dan pengubah rahang chuck otomatis untuk mesin bubut. VBX-160 dapat menghilangkan langkah pengaturan lain dan memungkinkan sistem untuk memproses beberapa nomor bagian dalam satu beban. Untuk aplikasi campuran tinggi dan volume rendah, sistem dapat dimuat pada akhir shift dengan sebanyak empat nomor bagian yang berbeda dan akan secara otomatis memproses suku cadang, termasuk memilih program yang tepat pada CNC, sehingga operator disambut dengan beban bagian yang diselesaikan di pagi hari.

VBX-160 dengan MultiGrip dapat memproses poros dengan diameter hingga 6 inci dan panjang 15 inci serta puck dengan diameter hingga 10 inci dan tinggi 6 inci.

Secara keseluruhan, lanskap manufaktur CNC berubah. Pelanggan menuntut suku cadang yang lebih rumit dari toko-toko CNC, dengan waktu tunggu yang singkat dan ukuran batch yang kecil. Pada saat yang sama, tenaga kerja untuk menyiapkan dan menjalankan mesin CNC semakin sulit ditemukan. Melakukan investasi yang tepat dalam perkakas, workholding, dan otomatisasi memungkinkan toko memenuhi kebutuhan pelanggan mereka dengan lebih baik, mengurangi ketergantungan pada tenaga kerja yang sulit ditemukan, dan meningkatkan pertumbuhan dan profitabilitas bisnis mereka.