Otomasi Cerdas untuk Pemotongan Putar High-Mix, Low-Volume: Tingkatkan Efisiensi & Fleksibilitas

Otomasi untuk aplikasi pemotongan putar telah ada selama bertahun-tahun; pemasok bar, pemuat gantry dan pemuat robotis adalah perangkat otomasi utama. Semua alat efektif untuk aplikasi volume menengah hingga tinggi. Namun, tekanan pasar yang terus-menerus memaksa produsen CNC beralih ke batch yang lebih kecil, menangani berbagai bentuk dan ukuran komponen. Perkembangan ini menimbulkan tantangan baru:

• Bagaimana ukuran batch yang lebih kecil mempengaruhi pilihan otomasi optimal untuk aplikasi pemotongan putar?
• Jenis otomasi apa yang paling cocok untuk memproses berbagai ukuran dan bentuk komponen?
• Apa saja praktik terbaik untuk memaksimalkan investasi peralatan?

Kebutuhan akan Otomasi

Mari kita mundur sejenak dan perhatikan tujuan dasar otomasi di lantai produksi. Apakah itu memberikan penggunaan peralatan yang meningkat? Kapasitas produksi yang lebih tinggi? Biaya manufaktur yang lebih rendah? Biaya tenaga kerja yang lebih rendah?

Sebagian besar manajer bengkel mesin akan mengatakan alasan sebenarnya—pengoreng utama untuk otomasi—adalah ketiadaan tenaga kerja yang handal dan terkualifikasi. Tanpa tenaga kerja untuk menjalankan bisnis, bisnis itu akan menjadi lebih kecil, atau akan tutup. Mengurangi kebutuhan tenaga kerja harus berada di garis depan setiap proyek otomasi, terutama dalam manufaktur high-mix, low-volume.

Namun, banyak manajer bengkel mesin ragu untuk berinvestasi dalam peralatan yang mengurangi tenaga kerja. Alasan keputusan ini mungkin disebabkan oleh kecenderungan untuk menurunkan nilai biaya tenaga kerja dan meningkatkan nilai biaya peralatan.

Mesin CNC senilai $250.000 mungkin tampak jelas lebih mahal daripada operator sebesar $15/jam. Namun, setelah menambahkan biaya benefit, pajak dan pelatihan, biaya bersih operator sekitar $21/jam. Jika tenaga kerja tidak tersedia untuk mengembangkan bisnis, nilainya jauh lebih tinggi. Dengan menyusutkan biaya mesin CNC selama 15 tahun dan menambahkan biaya pendanaan, pemeliharaan, daya dan sewa, biaya mesin CNC sekitar $3/jam untuk memiliki 24 jam sehari, tujuh hari seminggu, 365 hari setahun. Investasi yang mengurangi kebutuhan tenaga kerja mungkin memiliki harga awal yang tinggi, tetapi biasanya memberikan tingkat return yang luar biasa.

High Mix, Low Volume

High mix berarti banyak jenis komponen yang berbeda: bar, poros, slugs, billet, cetakan dan tangga dengan banyak jenis fitur yang berbeda.

Low-volume mewakili jumlah batch kecil. Namun, definisi "kecil" tergantung pada siapa yang bertanya. Alih-alih fokus pada jumlah potongan dalam satu batch, seringkali lebih baik mempertimbangkan berapa lama waktu untuk menjalankan batch, atau mungkin berapa persen waktu batch yang terlibat dalam setup. Jika waktu setup lebih dari 10 persen dari waktu jalankan batch, pekerjaan termasuk dalam ranah manufaktur low-volume.

Definisi ini penting karena manufaktur high-mix bergantung pada peralatan manufaktur yang fleksibel, sedangkan manufaktur low-volume harus memiliki waktu setup yang rendah. Ketika manufaktur adalah high mix dan low volume, membuat pilihan peralatan terbaik bisa menjadi tantangan. Bengkel perlu melihat gambaran besar dan mempertimbangkan dengan cermat biaya dan ketersediaan tenaga kerja versus biaya peralatan. Ini akan membantu mereka membuat pilihan yang lebih baik dalam jenis bubut dan otomasi yang akan bekerja terbaik untuk fasilitas tertentu.

Opsi Bubut untuk High Mix, Low Volume

Mengabaikan kebutuhan untuk mengurangi tenaga kerja adalah kesalahan terbesar yang dilakukan bengkel saat memilih bubut untuk manufaktur high-mix, low-volume. Mereka sering mengabaikan kemampuan milling untuk menambahkan operasi ke mesin milling yang ada. Biaya tambahan untuk subspindle, tooling quick-change atau chucks mungkin membuat fitur-fitur ini tampak seperti mewah yang tidak perlu.
Namun, manajer bengkel jarang menyesal membeli opsi mahal yang mengurangi tenaga kerja. Opsi mesin yang mengurangi tenaga kerja operator hampir selalu akan memiliki ROI yang tinggi. Quick-change chuck jaws, quick-change collets dan quick-change tooling harus dipasang pada setiap bubut yang melakukan pekerjaan high-mix, low-volume. Opsi yang memberikan fleksibilitas untuk menjalankan komponen dalam satu mesin, one-and-done, juga akan memiliki ROI yang bagus.

Subspindle yang 'Harus Ada'

Hampir semua komponen yang diputar memerlukan dua operasi. Saat mengotomatisasi bubut, subspindle adalah opsi yang sangat menguntungkan, nilainya seringkali diabaikan atau disalahpahami. Bahkan jika bubut hanya melakukan pekerjaan bar dan subspindle hanya memungkinkan penggelondoran nub parting, subspindle akan membayar dirinya sendiri selama umur mesin dibandingkan operator memuat ulang komponen atau menggerus nub dengan tangan.

Mengotomatisasi aplikasi chucking adalah tempat di mana subspindle benar-benar memberikan dividen. Tanpa subspindle, robot atau pemuat gantry biasanya hanya dapat menyelesaikan satu operasi pada satu waktu. Setelah operasi pertama selesai, operator harus menyiapkan chuck jaws untuk operasi kedua, membalikkan komponen dan memuat ulang komponen kembali ke in feed.

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

• Apakah semua komponen yang akan dibuat akan duduk di in feed dengan sisi yang sudah selesai menghadap ke bawah?
• Apakah komponen memerlukan clocking dari operasi pertama ke operasi kedua, dan apakah in feed akan dapat mempertahankan clocking dengan handal?

Jika jawaban untuk salah satu pertanyaan ini adalah tidak, tanpa subspindle operasi kedua akan perlu dimuat secara manual, yang meningkatkan tenaga kerja dan biaya manufaktur.

Bar Feed, Gantry atau Robot Loader

Secara umum, jenis pekerjaan yang direncanakan untuk mesin menentukan jenis otomasi yang dipilih. High mix berarti diperlukan fleksibilitas untuk berbagai ukuran dan bentuk komponen yang berbeda. Low volume memerlukan waktu setup yang singkat untuk menangani batch kecil. Sayangnya, tidak ada keputusan otomasi yang jelas untuk aplikasi high-mix, low-volume. Pilihan terbaik biasanya didorong oleh rentang campuran komponen yang harus didukung oleh otomasi.

Bar feeders adalah pilihan otomasi paling populer untuk bubut. Mereka sederhana, handal dan terjangkau. Keterbatasan utama bar feeder adalah ukuran komponen, dengan diameter maksimal sekitar 4,75 inci. Untuk aplikasi high-mix, low-volume, bar feeders gaya magazin, servo-driven, short-load biasanya akan memberikan rentang ukuran bar yang paling luas dengan waktu setup yang terpendek. Untuk pekerjaan yang terutama berada dalam keterbatasan bar feeder, ini adalah pilihan yang sulit dikalahkan.

Gantry loaders adalah teknologi otomasi bubut yang sudah terbukti. Gantry loaders seringkali tersedia langsung dari produsen bubut sebagai solusi terintegrasi, jadi ada kurang khawatir tentang menggabungkan perangkat otomasi yang rumit dengan mesin bubut CNC yang rumit. Dari segi fungsi, gantry loader beroperasi banyak seperti robot loader: Ini mengambil komponen dari in feed, memuat komponen ke chuck bubut, mengambil komponen dari chuck ketika operasi selesai dan meletakkan komponen ke out feed. Gantry loader biasanya dikonfigurasi dengan dual gripper untuk meningkatkan efisiensi. Dengan dual gripper, robot dapat meongkos komponen yang baru selesai sambil memegang komponen berikutnya untuk diproses di gripper lainnya.

Gantry loaders biasanya dapat dikonfigurasi untuk menjalankan poros atau komponen yang di-chuck. Waktu setup dapat relatif singkat antara komponen yang serupa tetapi dapat cukup lama untuk beralih dari poros 2 inci x 15 inci panjang ke puck diameter 6 inci. Keterbatasan lain dari gantry loaders adalah mereka mungkin tidak dapat menangani beberapa ukuran dan bentuk komponen sama sekali. Gantry loaders sering menggunakan stacking loader untuk puck yang memerlukan bahan baku dan komponen jadi untuk menumpuk di atas satu sama lain.

Robot loaders, beberapa tahun yang lalu, hanya tersedia dengan sistem yang sepenuhnya custom. Ini adalah sistem dengan biaya tinggi, target pada aplikasi volume tinggi dan umumnya tidak cocok dengan kebutuhan high mix, low volume. Sekarang, sejumlah perkembangan teknologi baru telah membuat robot loaders menjadi opsi otomasi bubut yang menarik untuk aplikasi high-mix, low-volume.

Cobot Loader

Robot kolaboratif, atau cobot, telah menjadi opsi populer karena mereka tidak memerlukan langkah keamanan khusus, portable dan relatif mudah diprogram. Namun, membuka kotak cobot baru dan menambahkannya ke mesin otomasi high-mix, low-volume yang produktif bisa menjadi tugas yang menakutkan. Memasang gripper dan merancang serta membangun in feed dan out feed, pembuka pintu dan antarmuka ke CNC bukan tugas yang remeh. Dalam teori, cobot loader dapat memproses berbagai bentuk dan ukuran komponen; namun, efektivitasnya tergantung pada cara in feed, out feed dan gripper dirancang. Waktu setup bergantung pada faktor-faktor yang sama, tetapi kemungkinan akan jauh lebih lama pada sistem buatan sendiri dibandingkan produk otomasi.

Robot-in-a-Box Loader

Robot-in-a-box (RIB) adalah kategori otomasi baru yang dengan cepat mendapatkan traksi di pasar. RIB menggabungkan robot industri dengan sistem keamanan terintegrasi, gripper, in feed dan out feed yang fleksibel dan antarmuka standar ke mesin CNC populer. RIB biasanya diprogram sebelumnya dan memiliki antarmuka pengguna sederhana yang dapat dipelajari operator dalam hanya beberapa jam. RIB biasanya akan memiliki sistem in-feed/out-feed yang lebih fleksibel dibandingkan sistem gantry loader. RIB seringkali portable, memungkinkan bengkel untuk menyesuaikan otomasi ke mesin terbaik untuk pekerjaan. Beberapa vendor RIB telah membuat waktu setup rendah dan sistem in-feed dan out-feed yang fleksibel menjadi prioritas engineering. Karena itu, RIB biasanya akan memiliki keuntungan dibandingkan gantry loader dalam lingkungan high-mix, low-volume.

RIB dengan MultiGrip

MultiGrip adalah teknologi workholding baru yang dirancang khusus untuk pasar otomasi high-mix, low-volume. Workholding ini tersedia di VBX-160, sebuah RIB yang diproduksi oleh VersaBuilt Robotics. Meskipun awalnya dikembangkan untuk milling vertikal, produk workholding ini telah menemukan jalannya ke aplikasi bubut dan membawa beberapa kemampuan unik dibandingkan gripper robot tradisional. Salah satu masalah dengan gripper tiga-jaw tradisional adalah mereka tidak selalu cocok untuk mengangkat berbagai bentuk. Meskipun mereka baik dengan puck bundar, mereka mungkin tidak cocok untuk poros panjang atau komponen apa pun yang tidak memiliki permukaan bundar untuk dicekik.

Robot gripper MultiGrip tidak mengangkat komponen seperti gripper tradisional. Sebaliknya, ia mengangkat jaw MultiGrip yang dapat dibajak dan menggunakan jaw ini untuk mengangkat komponen. Jaw dapat dengan mudah dibajak untuk mencocokkan berbagai bentuk komponen: poros, puck dan hampir berbagai bentuk geometri yang tak terhitung jumlahnya. Robot kemudian dapat memuat komponen ke collet atau chuck jaws yang ada mirip dengan robot loader tradisional. Sistem ini pada dasarnya adalah automatic tool changer untuk robot, yang menurunkan waktu setup.

Secara opsional, bubut dapat dikonfigurasi dengan intermediate chuck jaws MultiGrip. Dalam konfigurasi ini, VBX-160 dapat memuat jaw dan komponen langsung ke chuck bubut untuk pemrosesan. MultiGrip kemudian bertindak sebagai automatic tool changer untuk robot dan automatic chuck jaw changer untuk bubut. VBX-160 dapat menghilangkan satu langkah setup lagi dan memungkinkan sistem untuk memproses beberapa nomor komponen dalam satu pemuatan. Untuk aplikasi high-mix, low-volume, sistem dapat dimuat di akhir shift dengan hingga empat nomor komponen yang berbeda dan akan secara otomatis memproses komponen, termasuk memilih program yang tepat pada CNC, sehingga operator disambut dengan beban komponen selesai pada pagi hari.

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

Secara keseluruhan, lanskap manufaktur CNC sedang berubah. Pelanggan menuntut komponen yang lebih rumit dari bengkel CNC, dengan lead time yang singkat dan ukuran batch kecil. Pada saat yang sama, tenaga kerja untuk menyiapkan dan menjalankan mesin CNC semakin sulit ditemukan. Membuat investasi yang tepat dalam tooling, workholding dan otomasi memungkinkan bengkel untuk lebih baik memenuhi kebutuhan pelanggan, mengurangi ketergantungan pada tenaga kerja yang sulit ditemukan, dan meningkatkan pertumbuhan serta keuntungan bisnis mereka.