Merevolusi EDM: Otomasi Lebih Cepat dan Efisien dengan Industri 4.0

Sementara EDM menawarkan manfaat memegang toleransi ketat, bekerja pada hampir semua logam, dan cocok untuk bagian yang halus atau rapuh, operator yang berpengetahuan untuk mesin-mesin ini semakin sulit ditemukan dan robot tidak selalu dapat mengisi kesenjangan. Proses otomatis dalam mesin, desain dan fitur baru dari Industri 4.0 membantu menyelesaikan masalah ini.

Eric Ostini, product manager untuk GF Machining Solutions (Lincolnshire, IL), yang ayah dan kakeknya sama-sama bekerja dengan EDM, berkata: "Setelah saya lulus dan pikir saya tahu segala sesuatu tentang EDM, ayah saya berkata kepada saya bahwa setelah beberapa tahun di bidang ini saya akan menyadari bahwa saya tidak tahu apa-apa tentang EDM, karena dulu mereka sebenarnya bisa mendengarkan generator dan tahu apa yang harus disesuaikan pada mesin. Hari ini, semuanya terotomatisasi. Anda tidak tahu apa yang harus Anda lakukan di masa lalu untuk membuat mesin-mesin ini bekerja. Anda hanya menekan tombol dan mereka bekerja."

Pembuat mesin telah membuat tidak perlu bagi operator untuk memahami "apa" dan "mengapa" yang terjadi secara internal, sehingga mengisi kekurangan pengetahuan dan pengalaman mereka.

"Kami membuat hal-hal lebih terotomatisasi bukan hanya karena teknologi bergerak ke arah itu, tetapi juga karena pengetahuan orang yang menggunakan peralatan," tambah Ostini. "Sangat sulit untuk menemukan operator yang baik. Jika Anda dapat membuat mesin lebih terotomatisasi, sehingga dapat melakukan banyak hal yang dapat dilakukan oleh operator yang baik, maka bahkan operator yang mediocre dapat bersinar."

Di Belmont Equipment and Technologies (Madison Heights, MI), sirkuit proprietary yang dikembangkan internal untuk sensing multi-lead pada fixture workpiece pelanggan memverifikasi bagian dimuat dengan benar dengan menyentuh sensor, menghilangkan pemuatan salah bagian dan intervensi operator yang memakan waktu dalam proses penyiapan.

Juga, perusahaan telah mengembangkan perangkat lunak machining untuk memanfaatkan teknologi papan dengan kemampuan untuk mengeditnya untuk menciptakan pengaturan khusus untuk aplikasi spesifik. "Bergantung pada kemampuan atau pengetahuan operator, mesin dibuat untuk memungkinkan pemula untuk mengoperasikan mesin dengan preset dan tukang ahli untuk menyesuaikan pengaturan untuk aplikasi spesifik pekerjaan, yang kemudian dapat dijalankan oleh siapa saja yang mengikuti," kata Tony Tyll, vice president of operations untuk Belmont.

Palet untuk Bagian dan Elektroda

Seperti jenis alat mesin lainnya, EDM dapat menggunakan palet changer untuk mengotomatisasi proses produksi, menurut Greg Langenhorst, technical marketing manager untuk MC Machinery Systems Inc. (Elk Grove Village, IL), distributor lengkap alat mesin, termasuk EDM Mitsubishi. "Saat Anda menggunakan pengaturan otomatis apa pun untuk wire atau sinker EDM, workpiece—baik untuk elektroda sinker maupun bagian—biasanya diatur pada basis tooling dengan referensi. Sebagai contoh, elektroda sinker dapat diatur pada palet tooling. Grafit akan masuk ke grafit mill untuk pemesinan, lalu dipindahkan secara otomatis dan ditempatkan di chuck untuk inspeksi oleh CMM."

Untuk produksi wire EDM otomatis untuk bagian kecil, EDM Mitsubishi menggunakan robot sumbu enam Mitsubishi untuk menukar workpiece masuk dan keluar dari EDM. Dalam sistem bersendi ini, workpiece dapat vertikal atau horizontal, kanan atas atau terbalik atau di sudut karena robot dapat menangani jenis bersendi ini.

"Untuk workpiece yang lebih besar, kami menggunakan robot System 3R atau Erowa. Umumnya unit-unit tersebut memiliki gripper bidang tetap yang menangkap workpiece dari rak tooling dan menempatkannya di meja mesin dengan orientasi yang sama. Robot akan membutuhkan gripper jenis flip atau rotary untuk memuat kepala dan meja pada sinker atau membalik elektroda grafit tergantung pada meja grafit mill," kata Langenhorst.

Erowa Compact 80 adalah robot yang relatif baru yang dapat menukar elektroda dan workpiece pada sinker EDM di sumbu Z. Ia menangani palet hingga 11,8 × 11,8 inci (300 × 300 mm) dengan bagian hingga 176 lb (80 kg). "Ini dapat digunakan untuk menciptakan workcell saat Anda menempatkannya antara grafit mill dan sinker," kata Langenhorst. "Ia dapat memuat grafit blanks ke dalam mill dan menarik elektroda yang selesai keluar, lalu memuat workpiece pada sinker dan menangkap elektroda segar keluar dari mill dan memasukkannya ke penggunaan segera."

Dia menyebutkan bahwa salah satu pelanggan EDM MC Machinery adalah bengkel cetakan yang menggunakan fixture frame persegi panjang besar. "Mereka dapat memuat satu bagian besar atau banyak workpiece pada frame/meja itu, sama seperti biasanya Anda lakukan pada EDM jika Anda ingin menjalankannya selama malam atau akhir pekan. Ia akan mengambil satu frame dengan empat atau lima bagian yang selesai dan memasang frame yang dimuat yang berbeda. Workpiece diatur sebelumnya di luar mesin pada frame/meja sehingga semuanya persegi dan benar. Kemudian, semua titik nol dapat ditemukan oleh CMM dan dikirim ke mesin untuk dimuat dengan program bagian untuk menghemat waktu mesin, atau diukur sekali setelah dimuat pada mesin dengan wire sebelum menjalankan program."

Untuk meningkatkan kemampuan bahkan bagi non-ahli, Makino Inc. (Auburn Hills, MI) baru-baru ini merilis suites fungsi pemantauan jarak jauh yang disebut HyperConnect, dan telah mengembangkan beberapa fitur dalam sistem kontrol Hyper-i yang ada untuk meningkatkan kemampuan operator, termasuk fungsi E-Tech Doctor yang menangkap pengetahuan dan pengalaman operator tingkat lanjut, dan mengubahnya menjadi fungsi yang mudah digunakan untuk operator semua tingkat keterampilan.

"Meningkatkan kecerdasan dan kemampuan teknologi daya adaptif kami membantu mengurangi tingkat keterampilan operator yang diperlukan untuk mencapai hasil performa tinggi," kata Brian Pfluger, Makino EDM product manager. "Mesin mampu melakukan lebih banyak secara mandiri dengan memiliki kemampuan self-adapting yang lebih kuat, dan ini membebaskan operator untuk mengalihkan waktu mereka ke aktivitas bengkel lainnya."

Jika produsen mempekerjakan robot, beberapa seri mesin wire dan sinker EDM dari Sodick Inc. (Schaumburg, IL) dilengkapi dengan pintu drop tank segmen untuk membuat bagian dalam mesin dapat diakses oleh lengan robot. "Semakin banyak yang dapat Anda otomatisasi beberapa proses ini, [operator] dapat bekerja pada hal-hal yang lebih penting atau bekerja pada lebih banyak hal sekaligus," kata Evan Syverson, additive business development manager di Sodick.

Untuk membuat EDM mereka lebih sederhana dan lebih mudah dioperasikan, MC Machinery Systems telah menciptakan sistem berbasis pengetahuan. Misalnya, wire EDM menggunakan diameter wire yang berbeda dan memesin tipe dan tebal workpiece yang berbeda. "Untuk setiap jenis pekerjaan, kita memiliki apa yang kita sebut E-Packs, yaitu pengaturan daya, nilai laju feed, dan nilai offset cutter yang terkait dengan pekerjaan spesifik. Tabel data dalam kontrol mesin memiliki semua informasi itu, sehingga operator hanya perlu menjawab pertanyaan pada kontrol mesin untuk memilih tipe wire, bahan dan tebal workpiece, serta akurasi dan finishing permukaan yang diinginkan. Mesin akan mencari semuanya untuk mereka. Apakah akan memakan satu pass atau lima pass, mesin melakukan semuanya secara mandiri."

"Kami juga memiliki slide bar pada kontrol mesin yang menawarkan pilihan antara kecepatan di sisi kiri dan akurasi di sisi kanan," lanjut Langenhorst. "Saat Anda mendorong slide ke kanan, ini memperlambat mesin dan membuat sudut lebih akurat. Jika Anda tidak memerlukan sejumlah akurasi dan ingin kecepatan, Anda mendorongnya sepenuhnya ke kiri. Jika Anda ingin sesuatu di tengah, Anda dapat memilihnya."

Membuat Kontrol untuk Robot

Saat Ostini GFMS mengatakan seorang operator yang memiliki pengetahuan dasar tentang EDMing hanya perlu menekan tombol untuk membuat mesin bekerja, dia bermaksud secara harfiah. Berkat perubahan perangkat lunak, seorang operator dapat menyesuaikan pengaturan daya dengan menekan satu tombol, tergantung pada apa yang ingin dilakukan.

Jika operator ingin memotong 10–15% lebih cepat dari standar, dia dapat menekan tombol dan perangkat lunak menyesuaikan semua pengaturan generator. Sebaliknya, kata Ostini, katakanlah itu adalah Jumat dan saatnya pulang. Operator dapat menekan tombol dan mesin akan masuk ke mode konservatif atau eco. Dalam kasus ini, wire melambat secara drastis.

Di masa lalu, itu akan menciptakan ketidakakuratan pada bagian, kata Ostini. "Tapi karena kami telah mengembangkan teknologi di sekitar pengaturan ini, kami telah menyesuaikan generator sehingga kami masih mempertahankan akurasi yang sama tetapi dia menghemat 30–35% penggunaan wire-nya." GFMS menambahkan otomatisasi satu tombol yang serupa pada sisi diesinker.

GFMS juga telah menambahkan fungsi pengukuran dan validasi ke EDM menggunakan scopes dan probe Renishaw untuk memastikan operator telah menyiapkan pekerjaan dengan benar. Setelah pemotongan, probe dan scope dapat digunakan lagi untuk memvalidasi pekerjaan sebelum workpiece dikeluarkan.

"Misalnya, dalam mesin CUT 1000 kami kita memiliki sistem yang disebut IVU [integrated vision unit], yang mengukur apa yang telah dipotong dan memberi tahu Anda sebelum Anda mengeluarkan bagian dari mesin apakah bagian dipotong dengan benar," kata Ostini. "Jika tidak, Anda baik memperbaikinya di sana atau membuangnya."

Belmont Equipment and Technologies menawarkan berbagai model yang dirancang di sekitar tingkat otomatisasi yang mungkin diinginkan pelanggan sekarang atau di masa depan. "Ini bisa melibatkan solusi yang berkisar dari sistem turnkey robotik lengkap, hingga desain yang telah diprokabel dengan perubahan mekanis yang dapat memungkinkan penambahan mudah nanti," kata Tyll.

Industri 4.0 dan Analisis Data

Sementara operator yang terampil sulit ditemukan, beberapa elemen Industri 4.0 membantu mengisi kesenjangan dengan menciptakan efisiensi dalam operasi. Di antara tujuan Industri 4.0 adalah menciptakan kemampuan untuk mengumpulkan data mesin yang dapat dianalisis untuk mengidentifikasi masalah.

"Banyak pelanggan mencari umpan balik data yang akan memberi mereka pengetahuan tentang proses untuk menganalisis cara mengoperasikan mesin mereka secara paling efisien," kata Tyll. "Sampingan itu, ini memungkinkan mereka untuk mengidentifikasi masalah sebelum dimulainya. Dengan beberapa paket perangkat lunak offline yang ada yang menangani sisi analisis, kami bekerja sama dengan pelanggan kami untuk membangun koneksi yang diperlukan untuk umpan balik."

Troubleshooting adalah bagian kunci Industri 4.0, setuju Ostini. "Setelah Anda melihat sesuatu, maka Anda ingin tahu mengapa," katanya. "Dan itulah tempat analitik perlu lebih intuitif." Dia memberikan contoh pemilik bengkel yang melihat berapa lama mesin telah memotong vs. tidak memotong. Dia memperhatikan dalam data bahwa pada 4 pm sepertinya lebih sering mati dari menyala, dan bertanya-tanya mengapa itu terjadi.

"Itu saatnya Anda dapat melihat data lain," kata Ostini. "Itu bisa berupa pemeliharaan, atau mati karena alarm, atau mati karena operator sedang menyiapkan bagian. Sebuah perusahaan di Indiana melakukan itu dan memperhatikan gangguan yang konsisten selama seminggu. Jadi, mereka melihat data, dan mencatat bahwa itu terjadi pada pergantian shift. Ada penurunan produksi karena operator yang pulang memiliki pekerjaan di mesin dan operator yang datang tidak tahu apa itu, jadi dia harus mengetahuinya. Akibatnya, perusahaan menambahkan 15 menit ke setiap shift untuk menciptakan tumpang tindih sehingga kedua operator dapat melakukan handoff. Perusahaan mengestimasi biaya perubahan setelah satu tahun dan menyadari mereka telah menghemat $100.000, meskipun menghitung biaya operator tambahan."

Float Sensor Mencegah Tumpahan

Sodick telah membuat EDM mereka dapat diakses oleh robot, dan membuat akses untuk manusia lebih nyaman dengan pintu drop tank mereka. Fitur ini ada pada seri ALN wire EDM dan seri AG mesin sinker.

"Ini sangat berguna secara otomatisasi karena alih-alih memiliki seseorang yang secara fisik membuka pintu, pintu cukup rendah sehingga robot dapat masuk dan mengganti alat Anda atau mengganti workpiece Anda," kata Syverson.

Karena dinding multi-segmen pintu yang menurun satu sama lain, tangki dapat dibuka setengahnya. Ini memungkinkan operator untuk mengakses workpiece tanpa mengosongkan tangki sepenuhnya dan membuka pintu sepenuhnya. Juga, pintu memiliki float sensor, kata Syverson. "Jadi tangki terisi dengan dielectric selama pemesinan, dan Anda jelas tidak ingin menurunkan pintu dengan tangki penuh cairan. Jika tingkat air terlalu tinggi, itu sebenarnya akan berhenti pada tingkat air alih-alih terus menurun, mencegah tumpahan tidak sengaja."

Seri AG sinker memiliki linear motor yang disejukkan dan opsi C-axis yang dapat berputar dengan kecepatan hingga 2000 rpm.

Di Makino, mesin yang lebih baru mampu melakukan lebih banyak secara mandiri. Opsi dapat termasuk automated toolchangers untuk sinker EDM, dan sistem threading wire otomatis untuk wire EDM, keduanya memperpanjang operasi tanpa pengawasan mesin. Otomatisasi tingkat tinggi biasanya melibatkan penggunaan robotika untuk menukar workpiece untuk meningkatkan utilizasi mesin, dan dapat melibatkan pelayanan banyak mesin oleh satu robot.

HyperConnect baru menyediakan empat fungsi untuk meningkatkan akses jarak jauh dan komunikasi jaringan ketika mesin terhubung ke jaringan internal. Dengan EDM Mail, mesin memiliki kemampuan untuk mengirim pembaruan e-mail tentang status mesin, termasuk pemberhentian mesin, upaya untuk meminimalkan downtime mesin dan hilangnya produksi. Dengan EDM Viewer, operator dapat memantau dan mengakses kontrol mesin secara jarak jauh pada PC atau perangkat pintar. Ini memungkinkan operator untuk "melihat" tepat di mana dan apa yang sedang dilakukan mesin selama operasi tanpa pengawasan. Dengan Machine-to-Machine Viewing, operator dapat melihat kontrol Hyper-i yang terhubung ke jaringan apa pun langsung dari kontrol mesin tanpa harus meninggalkan area kerjanya. Dan dengan PC Viewer, operator dapat mengakses dan menampilkan program dan data apa pun dari PC yang terhubung ke jaringan pada layar 24 inci (610 mm) mesin. Fungsi ini memungkinkan operator untuk melakukan setiap tugas yang diperlukan untuk mengoperasikan mesin dari kontrol Hyper-i, termasuk perangkat lunak khusus lain seperti Microsoft Office atau perangkat lunak CAD/CAM khusus.

Selain E-Tech Doctor yang disebutkan sebelumnya, Makino telah mengembangkan beberapa fitur sistem kontrol Hyper-i lainnya, termasuk multiple canned pick-up cycles (termasuk leveling workpiece tanpa kebutuhan probe internal), verifikasi pengukuran, dan pelacakan serta pelaporan utilizasi mesin.

"Ide dari fitur pelacakan utilizasi adalah untuk memberikan bengkel alat yang diperlukan untuk memantau efektivitas dan efisiensi proses saat ini mereka, yang merupakan area defisiensi yang umum untuk sebagian besar bengkel," kata Pfluger. "Alat pelacakan baru ini menyediakan cara untuk mengukur utilizasi mesin 24/7 dan mengidentifikasi area untuk perbaikan."