EDMs machen einen großen Schritt hin zum unbeaufsichtigten Erodieren

Die Automatisierung von EDM-Prozessen erfordert mehr als gute Maschinen

Zum größten Teil ist das Erodieren ein unbeaufsichtigter oder zumindest leicht beaufsichtigter Prozess. Im Gegensatz zu CNC-Drehmaschinen und Bearbeitungszentren, wo ein gebrochener Fräser während der Nacht einen wirklich schlechten Morgen verursachen kann, erfordert das Senken eines Formhohlraums oder das Schneiden eines Schneideisens wenig Babysitten – warum lassen Sie die Maschine nicht laufen? besitzen, nachdem alle für den Tag nach Hause gegangen sind? Wenn der Draht bricht, fädelt das EDM einfach einen neuen ein. Wenn der Trode kurzgeschlossen wird, wird die Steuerung ihr Bestes tun, um sich zu erholen oder einfach alles herunterzufahren, bis ihr menschlicher Meister zur Rettung kommt. Keine große Sache.

Um EDM wirklich „lights-out“ zu machen, braucht es jedoch viel mehr als Auto-Threader und intelligente Schaltungen. Es bedeutet eine Investition in Roboter, die Elektroden nicht nur in die Platine laden, sondern sie auch zu und von einem nahe gelegenen Bearbeitungszentrum zur Bearbeitung transportieren. Es bedeutet Drahterodiermaschinen mit automatischer Abfallentfernung und Drahtwechselfunktionen. Es bedeutet Fernüberwachung, In-Prozess-Messsysteme und Teilepalettierung. Vor allem bedeutet es eine hervorragende Organisation und die Verpflichtung zur kontinuierlichen Verbesserung. Es ist eine große Investition in Zeit und Geld, aber für jeden, der bereit ist, es anzugehen, gibt es keinen Grund, warum teure EDM-Anlagen nicht rund um die Uhr am Laufen gehalten werden können.

In den Griff bekommen

Einer der einfachsten Schritte in jeder Automatisierungsreise besteht darin, einen Roboter vor eine Senkerodiermaschine zu stecken, wo er eine Aufgabe ausführen kann, die vielen Maschinenbedienern auf den ersten Blick seltsam erscheinen mag. „Viele Kunden mit Robotern verwenden sie als riesige Werkzeugwechsler“, sagte Mike Bystrek, nationaler Produktmanager Drahterodieren bei MC Machinery Systems Inc. (Elk Grove Village, IL). „Ein Formenbauer benötigt möglicherweise mehrere Dutzend Elektroden für eine große Kavität, und in einer Produktionsstätte werden möglicherweise hundert oder mehr Elektroden für mehrere Jobs verwendet. Daher ist es üblich, dafür einen Roboter anstelle eines Karussell- oder Gestell-Werkzeugwechslers zu verwenden.“

Ein Roboter kann mehrere Maschinen warten und Elektroden von einer Funkenerosion zu einer Graphitmühle oder einem Bearbeitungszentrum bringen. Es kann Elektroden zur Qualifizierung vor dem Einrichten zu einem Koordinatenmessgerät (KMG) bringen, fertige Werkstücke zu diesem KMG transportieren, warten, bis sie gemessen wurden, und sie entweder ins Regal stellen oder zur weiteren Bearbeitung zurück zur Platine bringen im Bedarfsfall. Es kann auch zum Austauschen von Formbasen oder Einsätzen verwendet werden, sofern sie in die Tragfähigkeit des Roboters passen.

„Dieser letzte Teil hängt wirklich von der Größe des Werkstücks ab“, sagte Pat Crownhart, National Sinker Product Manager von MC Machinery. „Je größer das Werkstück, desto größer und teurer der Roboter, aber als allgemeine Faustregel gilt, dass alles, was auf eine 12″ (304,8 mm) quadratische Palette passt, wahrscheinlich ein faires Spiel für die Automatisierung ist.“

Beide waren sich einig, dass der Robotereinsatz beim Senkerodieren auf dem Vormarsch ist, aber Crownhart nannte mehrere Gründe, warum dies bei Drahtmaschinen viel seltener vorkommt, wobei das Abfallmanagement der wichtigste davon ist. „Bei herkömmlicher Stanz- und Matrizenbearbeitung oder bei Luft- und Raumfahrtteilen, bei denen eine enorme Menge an Material entfernt wird, eignet sich dies normalerweise nicht für die Automatisierung.“

Aufbau eines besseren Shops

Unabhängig von der Art oder Marke der Erodiermaschine erzielen diejenigen, die ihre Ausrüstung automatisiert haben, eindeutig große Renditen. Die Lieferzeiten sind kürzer. Die Teilequalität wird verbessert. Und trotz einer anfänglich gewaltigen Investition sinken die Betriebskosten und die Gewinnspannen steigen (oft erheblich), wenn die Automatisierung richtig implementiert wird.

Aber nicht so schnell. Laut John Bradford, VMC/EDM-Turnkey- und Automatisierungsmanager bei Makino Inc. (Mason, Ohio), sollten EDM-Eigentümer und -Betreiber ihre Metallbearbeitungsprozesse stabilisieren und dann optimieren, bevor sie ein Automatisierungsprojekt durchführen. Dies ebnet nicht nur den Weg für den nächsten Schritt, sondern macht den Shop leistungsfähiger.

„Wir werden häufig von Kunden angesprochen, die von der Begeisterung begeistert sind“, sagte er. „Sie möchten wissen, wie sie Automatisierung einsetzen können, verstehen aber nicht, dass Sie zuerst einen konsistenten, zuverlässigen Prozess haben müssen – die Automatisierung eines ineffizienten Prozesses wird Sie nicht effizienter machen.“

Brian Pfluger, Makino EDM Product Line Manager, sagte, dass das Erreichen zuverlässiger Prozesse mit einer zuverlässigen, qualitativ hochwertigen Maschine beginnt. „Ohne die richtige Maschinenplattform, die der gewünschten Teilequalität entspricht, wird der Versuch, in einer Lights-out-Umgebung zu arbeiten, nicht funktionieren. Die Masse der Maschine, die Positionsrückmeldesysteme, die thermische Stabilität – all dies sind Schlüsselkomponenten der Grundlage, die zum Aufbau einer automatisierten Umgebung benötigt wird.“

Die traurige Wahrheit

Ob es sich um das Senken von Kavitäten, das Drehen von Wellen oder das Fräsen von Taschen handelt, die unbequeme Wahrheit über unsere Branche lautet:Die Auslastung auf eigenständigen Werkzeugmaschinen beträgt normalerweise nicht mehr als 40 %, und EDM ist keine Ausnahme. Shops mit tagelangen Durchlaufzeiten oder solche, die jedes Jahr Millionen desselben Produkts herstellen, genießen zwar höhere Werte, aber der Trend zu immer komplexeren Teilen in geringeren Produktionsmengen, ganz zu schweigen von einem anhaltenden Fachkräftemangel, erfordert, dass Shops automatisieren oder sterben.

Aber was bedeutet Automatisierung wirklich? So viele Teile wie möglich auf den Tisch zu stopfen und die Maschine ohne Licht laufen zu lassen, ist eine Definition, obwohl dieser Ansatz zu einem erhöhten Work-in-Progress (WIP) führt, ganz zu schweigen von der Möglichkeit, eine Bootsladung von Teilen zu verschrotten. P>

In einer perfekten Welt ist One-Piece-Flow die Regel. Die Einrichtungszeiten sind so lang wie das Ändern von Programmen, und die Maschine benötigt keinen Menschen, um diese Einrichtung auszuführen. Die Vorrichtungskosten sind viel niedriger als in dem gerade beschriebenen Szenario mit hochdichter Werkstückaufnahme, der Kunde kann Teile viel schneller haben, und es gibt nie mehr als ein schlechtes Teil, wenn überhaupt.

Um dieses Ziel zu erreichen, sind wiederholbare, hochpräzise Werkzeuge erforderlich, ebenso wie ein Softwarepaket, das Bearbeitungsprozesse steuern kann. Denken Sie über alle Informationen nach, die zum Einrichten einer Senkerodiermaschine erforderlich sind:die Position der Teile, die Form und Größe jeder Elektrode, ihre Umlaufmuster sowie die Anforderungen an Abmessungen und Oberflächenbeschaffenheit. Ähnliche Anforderungen gelten für das KMG, das in jeder automatisierten Zelle, der Fräsmaschine und sogar dem Roboter üblich ist. All dies muss jetzt automatisch verwaltet werden, und das resultierende „digitale Paket“ muss jedes Teil begleiten, wenn der Roboter es in die Maschine bewegt.

„Datenmanagement ist ein entscheidender Aspekt der Automatisierung“, sagte Bradford. „Das Ziel hier sollte darin bestehen, Bediener vollständig aus der physischen Umgebung zu entfernen und sie in eine virtuelle Umgebung zu verpflanzen – vor einem Computerbildschirm zu sitzen, wo sie Jobs planen und planen, Programme schreiben und ihr Wissen in einen Prozessplan eingeben können. Das Ergebnis ist eine weitaus höhere Betriebszeit im Vergleich dazu, vor einer Werkzeugmaschine zu stehen und ihr diese Informationen manuell zuzuführen.“

Geschäfte hören zu. Von allen EDM-Geräten, die Makino im vergangenen Jahr angeboten hat, erzielte das mit Automatisierung eine fast dreimal so hohe Erfolgsquote wie Einzelmaschinen. „Abgesehen von der Komplexität lässt sich über die Auslastung nicht streiten“, erklärt Pfluger. „Während eine eigenständige Maschine 35 % Betriebszeit erreichen kann, bringt Sie die Basisautomatisierung auf etwa 60 %, und wenn Sie dem Mix eine Zellensteuerung hinzufügen, erwarten Sie 80 % oder mehr.“

Der Faktor Mensch

All dieses Gerede über Automatisierung mag EDM-Betreiber wegen ihrer Arbeit nervös machen, aber Bob Ianitelli, Präsident und COO von Belmont Equipment and Technologies Co., (Madison Heights, MI) sagte, es gebe wenig Grund zur Sorge. „Roboter können nicht alles, und in vielen Fällen ist es kostengünstiger, einen menschlichen Bediener einzusetzen“, sagte er. „Zum Beispiel arbeiten wir mit Luft- und Raumfahrtunternehmen im Zwei- oder Dreischichtbetrieb. Sie verfügen über genügend qualifizierte Mitarbeiter, sodass der unmittelbare Automatisierungsbedarf möglicherweise nicht besteht. Die Automatisierung sollte jedoch immer dann in Betracht gezogen werden, wenn ein Geschäft zusätzliche Leistung benötigt, aber nicht die qualifizierten Arbeitskräfte finden kann, die erforderlich sind, um Geräte außerhalb der normalen Arbeitszeiten zu besetzen.“

Wie bei den anderen Quellen in diesem Artikel stellte Ianitelli fest, dass 2018 ein herausragendes Jahr für die Automatisierung war, „mehr als jedes andere“, sagte er. Vieles davon ist auf den Personalmangel sowie den Nachfrageschub zurückzuführen, den viele in der Branche derzeit erleben. Kurz gesagt, der Bedarf an Automatisierung wird in absehbarer Zeit nicht verschwinden.

Ianitelli stimmte den bisher angebotenen Empfehlungen für hochpräzise Werkzeuge, erstklassige Verbrauchsmaterialien und zuverlässige Ausrüstung zu, wies jedoch auf eine Überlegung hin, die übersehen werden kann:Feuerunterdrückung. „Bei Maschinen, die ein Öldielektrikum verwenden, besteht Brandgefahr“, sagte er. „Dies ist möglicherweise kein so großes Problem, wenn ein Bediener anwesend ist und Zugang zu einem Feuerlöscher hat, aber jeder Notaus-Betrieb, der unter Wasser ausgeführt wird, sollte in ein hochwertiges Feuerlöschsystem investieren. Kunden sollten sich bei ihrer örtlichen Gemeinde nach Vorschriften und Einschränkungen erkundigen, da diese variieren können.“

Je nach Komplexität können die Kosten dieser Systeme erheblich sein, aber wie bei den übrigen Automatisierungsinvestitionen sind sie leicht zu rechtfertigen. „Jede Werkstatt ist anders und es gibt offensichtlich viele Variablen zu berücksichtigen, bevor man große Ausgaben für Werkzeuge, Roboter, Softwaresysteme und alles andere tätigt“, erklärte Ianitelli. „Allerdings amortisieren viele unserer Kunden ihre Investition in zwei Jahren, andere in nur sechs Monaten. Es hängt alles von der Anwendung und dem ab, was Sie erreichen möchten.“

Lass den Panzer fallen

Evan Syverson, Marketing Manager bei Sodick Inc. (Schaumburg, IL), warnt Shops, sich gründlich zu informieren, bevor sie Investitionen in Automatisierung tätigen. „EDM ist bereits ein ziemlich unbemannter Prozess; Automatisierung bringt es nur auf die nächste Stufe“, sagte er. „Das Wichtigste ist, Ihre Anforderungen zu beurteilen und sicherzustellen, dass Sie die richtige Ausrüstung für den Job haben. Ich habe kürzlich einen Laden besucht, der überzeugt war, dass er eine komplette lineare Produktionszelle benötigt. In Wirklichkeit brauchten sie nur einen relativ einfachen Roboter, um ihren Senker mit Elektroden zu versorgen. Sie hätten viel mehr ausgeben können als nötig.“

Es ist auch keine Voraussetzung, dass Geschäfte in eine neue Maschine investieren – vorausgesetzt, ein älteres EDM ist mechanisch noch intakt, verfügt über Funktionen wie einen Falltank für einfachen Roboterzugriff und einige Möglichkeiten zur Fernüberwachung. Dann bringen Sie es auf jeden Fall in die Automatisierung.

„Sie können alles automatisieren, was Sie wollen, aber wenn niemand da ist, der Ihnen sagt, dass etwas schief gelaufen ist oder wie der Status ist, verlieren Sie wertvolle Maschinenzeit“, sagte Syverson. „Dies ist ein Bereich, in dem das Industrial Internet of Things (IIoT) große Auswirkungen hat. Es ist jetzt viel einfacher, Geräte aus der Ferne zu verwalten, Aufträge zu planen und alles besser im Auge zu behalten; Shops werden viel flexibler, effizienter und öffnen den Menschen viele Türen.“

Gerade und schmal

Syverson erkannte, dass sein Kunde keine lineare Fertigungszelle benötigte, aber das ist nicht bei allen Erodierwerkstätten der Fall. Fred Holzmacher, Regionalleiter bei Erowa Technology Inc. (Arlington Heights, IL), sagte, es gebe einige gute Gründe, in ein solches System zu investieren.

„Größere Formenbaubetriebe und diejenigen, die mehrere Ausrüstungsteile automatisieren möchten, finden lineare Zellen kostengünstiger“, sagte er. „Angenommen, Sie haben die Arbeit, um den Roboter beschäftigt zu halten, und die Zykluszeiten sind lang genug, um jede Maschine zu warten, werden die Gesamtinvestitionen reduziert. Sie können klein anfangen und es erweitern, wenn Ihre Bedürfnisse wachsen, indem Sie an einem Ende ein paar Meter Schiene hinzufügen. Es ist einfach, denselben Roboter auf einer Platine, einem Draht, einer Elektrodenfräsmaschine zu verwenden – jeder Maschine, die dieselbe Werkzeugplattform verwendet. Und lineare Zellen werden in der Regel mit einem Zellcontroller geliefert, was die Planungsflexibilität und Benutzerfreundlichkeit erheblich erhöht.“

Dieser letzte Punkt ist besonders wichtig für Geschäfte, die Schwierigkeiten haben, qualifizierte Mitarbeiter zu finden, was heutzutage so ziemlich alle sind; Da Cell Controller mit ausgeklügelter Software ausgestattet sind, wird die Anpassung an sich ändernde Arbeitslasten einfacher. „Nehmen wir an, Ihr Kunde hat gerade angerufen und gesagt, dass seine Leitung ausgefallen ist, und er möchte wissen, wie schnell er ein Ersatzteil bekommen kann“, erklärte er. „Mit einer Zellensteuerung schnappen Sie sich einfach den nächsten Job auf dem Bildschirm und legen ihn dort ab, wo Sie wollen. Den Rest erledigt die Software.“

Ohne eine Zellensteuerung muss diese alltägliche Aktivität von einem Menschen verwaltet werden – jemandem, der versteht, welche Jobs wo ausgeführt werden können, und der in die Produktionshalle geht und den Roboter neu programmiert. Mit einer Zellensteuerung werden Produktionswarteschlangen mit Dutzenden oder sogar Hunderten von verschiedenen Aufträgen einfach verwaltet und kostspielige Fehler vermieden.

„Bei einem linearen System bekommt man wirklich mehr fürs Geld“, sagt Holzmacher. „Durch die Steuerung erhält man ein höheres Maß an Intelligenz als bei einem Standardroboter. Sie können Jobs länger planen und es ist einfacher zu entscheiden, welche Maschinen welche Jobs wann ausführen. Das soll nicht heißen, dass eigenständige Roboter keine Berechtigung haben – wir verkaufen immer noch viele davon – aber lineare Systeme bringen Sie auf die nächste Stufe.“

Kool-Aid trinken

Mark Cicchetti war dabei und hat das getan. Bevor Cicchetti seine Stelle als technischer Direktor für die EDM-Abteilung bei Absolute Machine Tools Inc. (Lorain, OH) antrat, hatte er seine eigene Werkstatt, in der er mit vielen der gleichen Schwierigkeiten konfrontiert war wie seine derzeitigen Kunden. Sein Rat? Perfektionieren Sie Ihre Prozesse so weit wie möglich, bevor Sie der Automatisierung nachjagen.

„Wir begannen damit, auf jeder Maschine in der Werkstatt dasselbe Spannsystem zu installieren“, sagte er. „Sie können ein Teil oder eine Elektrode vom Draht zum Senker, vom Fräser zum Schleifer, von der Drehbank zum KMG bringen, und zwar ohne Neupositionierung.“

Durch die standardisierte Werkstückhaltung konnten Cicchetti und sein Team alle etwa 600 Aufträge pro Monat offline auf einem KMG voreinstellen – kein Anfassen mehr in der Maschine. Es ermöglichte ihnen, in jedem Schritt des Fertigungsprozesses auf einfache Weise zu überprüfen, ob die Teilemerkmale mit den CAD-Daten übereinstimmten – keine Prüfvorrichtungen mehr, kein Zeitverlust mehr durch das Aufnehmen von Bezugspunkten. Und weil sie jetzt jederzeit wussten, wo sich alles befand, konnten Prozesse offline simuliert und die resultierenden Programme und Offsets zu einem übersichtlichen Paket gebündelt werden, das bereit zum Hochladen auf die Werkzeugmaschine war.

Das Fazit lautet:Die standardisierte Werkstückhaltung ermöglichte es Cicchetti, die EDM-Auslastung von 3.500 Stunden pro Jahr auf über 5.000 zu steigern, ohne Automatisierung.

„Anstelle von drei Leuten, die jeweils zwei Maschinen aufstellten, hatte ich jetzt einen Mann, der sechs Maschinen aufstellte und es in etwa einem Fünftel der Zeit erledigte“, sagte er. „Wir haben das alles ohne Roboter gemacht – wenn wir einen gehabt hätten, wären die Ergebnisse noch besser gewesen.“

Das Wichtigste zuerst

Die Ironie an all dem ist, dass Cicchetti jetzt, da er auf der anderen Seite des Zauns steht, Ladenbesitzer und Manager herausfordert, ihre Prozesse zu überdenken, um die Maschinenauslastung zu verbessern und auf Automatisierung hinzuarbeiten. „Es ist nicht ungewöhnlich, dass wir eine Maschine verkaufen und der Kunde im folgenden Jahr für eine zweite zurückkommt“, sagte er. „Wenn sie mir sagen, dass sie nur 3.500 Stunden gearbeitet haben, schlage ich vor, dass es eine bessere Idee wäre, ihre Herstellungsprozesse genau zu betrachten.“

In der Regel sinkt die durchschnittliche Auslastung auf der zweiten Maschine und noch stärker auf der dritten, erklärt Cicchetti. Aber durch die Einführung der richtigen Werkzeuge im Vorfeld wird alles rationalisiert. Es erzwingt Disziplin in der Werkstatt und ebnet den Weg für eine maximale Maschinenauslastung. Wiederholbarkeit ist gewährleistet. Und wenn die Automatisierung dann Sinn macht, sind der Shop und seine Leute bereit.

„Sie können Maschinen hinzufügen, Sie können Werkzeuge hinzufügen, aber wenn Sie die Prozesse und die Verantwortlichkeiten aller Beteiligten nicht optimieren, werden Sie niemals erfolgreich sein“, sagte er. „Die gesamte Kultur muss sich ändern. Ohne eine Vision, einen Paradigmenwechsel, wird der Übergang zur automatisierten Fertigung weitaus schwieriger. Aber für diejenigen, die es erreichen können, ist Automatisierung ein Homerun.“