Barrieren für Lights-Out-Operationen in der Präzisionsbearbeitung

Was ist Lights-out-Machining – und wie realistisch ist es?

Erleichtert die Bearbeitung ist eine Methode zur Automatisierung der Fertigung, um den Umfang der erforderlichen menschlichen Interaktion zu minimieren oder zu eliminieren. Diese Idee, Menschen durch ein Gerät oder einen Prozess zu ersetzen, der die gleiche Arbeit schneller, besser oder billiger erledigt, ist nicht neu.

In den letzten Jahren hat die Faszination von Robotik und Automatisierung weiter zugenommen, auch im Bereich der Präzisionsbearbeitung. Eine vollautomatisierte Lights-Out-Produktion – mit ihrem Potenzial für gesteigerte Produktivität, höheren Durchsatz, Energieeinsparungen und reduzierte Arbeitskosten – ist wahrscheinlich der Traum eines jeden Besitzers einer Maschinenwerkstatt.

Aber die Realität ist eine Herausforderung, insbesondere in der Welt der Präzisionsbearbeitung. Selbst bei Betrieben, die behaupten, eine vollautomatisierte Produktion ohne Beleuchtung anzubieten, ist es ein bisschen wie eine Fantasie zu sagen, dass jeder Präzisionsbearbeitungsdienst den ganzen Tag und die ganze Nacht „von selbst läuft“.

Kriterien für eine praktikable Lights-out-Bearbeitung

Jeder Lights-Out-Fertigungsvorgang – ob in der CNC-Präzisionsbearbeitung oder einer anderen Produktionsmethode – muss über einige Grundlagen verfügen, um erfolgreich zu sein:

• Alle Maschinen, einschließlich Werkzeuge, Peripheriegeräte und Programmierung, müssen einwandfrei zusammenarbeiten. Die Ausrüstung muss in der Lage sein, dem Dauerbetrieb standzuhalten, idealerweise mit der Fähigkeit zur Selbstüberwachung und entweder zur automatischen Korrektur oder zum Abschalten, wenn ein Problem auftritt.
• Dasselbe gilt für die Mechanismen, die zum Zuführen von Material in die Ausrüstung, zum Liefern von Kühlmittel, zum Entfernen von Schmutz und zum Abladen fertiger Produkte verwendet werden.
• Und im Gegensatz zu dem Traum „keine Menschen erforderlich“ ist die Fernüberwachung durch eine Person – wiederum mit der Möglichkeit, kleinere Probleme zu beheben oder das System im Falle eines größeren Problems herunterzufahren – ein zusätzlicher Vorteil.

Am wichtigsten ist vielleicht, festzustellen, ob eine Maschine für den Dauerbetrieb ohne Beleuchtung geeignet ist, indem Sie herausfinden, ob sie das höchste Maß an Zuverlässigkeit bietet. Das Ziel ist ein Cpk von ≥1,67 – d. h. die Fähigkeit, dass 99,9999 % der Teile die Anforderungen erfüllen.

Das ist (buchstäblich) eine zulässige Fehlerrate von nur eins zu einer Million.

Und selbst wenn eine Maschine den Lights-out-Betrieb bewältigen kann, ist der akzeptierte Maßstab im Allgemeinen, dass Lights-out nur dann eine praktikable Lösung ist, wenn sich die Investition in zwei Jahren amortisiert.

Wo der Lights-Out-Betrieb heute verwendet wird

Es gibt viele Anwendungen, bei denen Robotik ein Segen ist, selbst wenn nur ein Teil des Fertigungsprozesses automatisiert ist. Vom Bierbrauen bis zum Verpacken, von FedEx-Hubs über Amazon-Lagerhäuser bis hin zur Gepäckabfertigung am Flughafen spielt die Automatisierung unter zwei Umständen eine wichtige Rolle:

• Wo immer es 1:1-Zuverlässigkeit bietet

ODER

• Wo es die Möglichkeit gibt, den Prozess auf kostengünstige Weise selbst zu korrigieren

Einige allgemeine Beispiele

Automatisierte Verpackungsvorgänge verwenden integriertes Go/No-Go-Rangieren, um die Qualität während des Betriebs ohne Licht sicherzustellen. Beispielsweise kann eine Kamera prüfen, ob das Produkt in Ordnung ist, und die Maschine kann schlechtes Produkt aussortieren oder sich selbst abschalten, wenn ein Problem auftritt.

Das Roboter-Widerstandspunktschweißen ist für den Dauerbetrieb in der Automobilindustrie weit verbreitet. (Weitere Informationen zum Widerstandspunktschweißen finden Sie auf unserer Website.) Tatsächlich ist es wahrscheinlich das Bild, an das Menschen am meisten denken, wenn sie sich Roboter vorstellen, die an einer Produktionslinie arbeiten.

Im Gegensatz zur Herstellung eines Kartons erfordert diese Art von Vorgang jedoch eine andere Qualitätskontrolle. Schließlich kann man nicht gut ein ganzes Auto zur Seite schieben, weil eine Schweißnaht schlecht ist. Wie überprüfen Sie, dass eine Elektrode nicht irgendwo auf einer sehr langen und komplexen Montagelinie ausgefallen ist?

Prime-Anwendungen für die Automatisierung

In Japan betreibt die FANUC Corporation das, was weithin als das Nonplusultra in der automatisierten Fertigung ohne Beleuchtung gilt. Es verfügt über Roboter, die rund um die Uhr in einem riesigen Komplex von 22 Fabriken in Betrieb sind, um andere Roboter für Kunden wie Tesla Motors und Apple herzustellen. Laut Gary Zywiol, Vizepräsident von FANUC Robotics America, „ist nicht nur das Licht aus, wir schalten auch die Klimaanlage und die Heizung aus.“

Automatisierung wird auch in allen möglichen menschenfeindlichen Prozessen eingesetzt. Dazu gehören Fertigungsschritte, bei denen es Qualitäts- oder Sicherheitsprobleme gibt, sowie bei denen ein Mensch nicht mit dem schnellen Tempo einer Maschine arbeiten kann, wie z. B. das oben beschriebene Punktschweißen in der Automobilindustrie.

Wenn also die Arbeitsumgebung oder Aufgabe hohe Temperaturen oder hohe Geschwindigkeiten aufweist oder wenn es um giftige Substanzen geht, ist die Robotik ein enormer Vorteil.

Herausforderungen an Lights Out in der CNC-Präzisionsbearbeitung

Das ist alles sehr spannend. Wir sind zwar nicht gegen Lights-out-Bearbeitung, bleiben aber angemessen skeptisch hinsichtlich seiner Lebensfähigkeit in der Präzisionsmaschinenwerkstatt, wo die kontinuierliche unbeaufsichtigte Automatisierung eine Herausforderung bleibt.

Verwendete Materialien

Beispielsweise hängt in unserer Welt die Möglichkeit der Lights-Out-Bearbeitung nicht nur von der Teilegeometrie ab, sondern auch vom verwendeten Material. Im Allgemeinen ist ein weicheres Material – eines, das das Werkzeug nicht so schnell abnutzt wie ein härteres Material oder das nicht viele fadenförmige Späne erzeugt, die sich um das Werkzeug wickeln würden – ein besserer Kandidat für Arbeiten ohne Beleuchtung.

Das heißt, mit einem geeigneten weicheren Material können Sie Ihre Maschine um 17 Uhr so ​​einstellen, dass sie die ganze Nacht läuft, und am Morgen kehren Sie zu einem Korb voller Teile zurück, die innerhalb der Toleranz liegen, ohne dass eines der Werkzeuge kaputt oder abgenutzt ist.

Ein härteres Material wie Edelstahl wird jedoch von niemandem für die leichte CNC-Präzisionsbearbeitung empfohlen. Das liegt daran, dass ein so hartes, zähes Material schnell verschleißen oder die Werkzeuge brechen kann. Oder Sie kommen morgens mit vielen Teilen an, die nicht den Spezifikationen entsprechen, was die Menge an Material verschwendet, die Sie in die Maschine geladen haben, und Ihren Lieferplan durcheinander bringt.

Erforderliche Toleranzen

Toleranzen sind ein weiterer wichtiger Aspekt. Wenn Sie eine Toleranz von ±0,005 Zoll (0,127 mm) und ein vertrauenswürdiges Material haben, ist die Lights-out-Präzisionsbearbeitung kein Problem. Aber wenn Sie eine Toleranz von ±0,0005 Zoll (0,0127 mm) oder darunter haben, fragen Sie nach Ärger.

Denn je nach Material verschleißt der Prozess das Werkzeug. Wenn Sie einen Außendurchmesser (OD) von 0,0002 Zoll (0,00508 mm) halten und den Prozess unbeaufsichtigt ausführen, liegen Ihre Teile am Morgen höchstwahrscheinlich aufgrund von Werkzeugverschleiß außerhalb der Spezifikation.

Material-Dos and Don’ts in Lights Out Machining

Bestimmte Materialien eignen sich natürlich besser für die leichte CNC-Präzisionsbearbeitung. Beispielsweise können Messing, 6061er Aluminiumlegierung und bestimmte Kunststoffe verwendet werden, die nicht dazu neigen, lange, fadenförmige Späne zu erzeugen, die sich um das Werkzeug wickeln können.

Sogar 303-Edelstahl könnte für die Lights-out-Bearbeitung versucht werden. Allerdings müssten Sie das Gerät zunächst so programmieren, dass es einige Stunden läuft, um es auf Haltetoleranz zu testen und auf Werkzeugverschleiß zu prüfen.

Einige Materialien sind absolut nicht für die Lights-out-Produktion geeignet. Dazu gehört der Liebling der Medizingeräteindustrie, Edelstahl 304, der schwer zu bearbeiten ist, faserige Späne produziert und Grate wirft. Darüber hinaus sind 316, 17-4 und die meisten anderen Edelstähle schwer zu bearbeiten und können Ihre Werkzeuge beschädigen.

Die Superlegierungen können nicht ohne weiteres bearbeitet werden, und Titan sollte NIEMALS unbeaufsichtigt gelassen werden. (Wir haben Videos von einer Maschine gesehen, die durch Funken von Titanteilen Feuer fing – etwas, das ziemlich cool war, aber definitiv nicht empfohlen wird!)

Andere Stolpersteine ​​im Dunkeln

Für die Präzisionsbearbeitung von Tausenden und Abertausenden von Teilen könnte die Palette der modernen CNC-Swiss-Spindelmaschinen von Metal Cutting die Lights-Out-Produktion unterstützen, indem wir den Stangenlader beladen und die Maschine so einstellen können, dass sie automatisch läuft. Je nach Durchmesser können wir bis zu zwölf Stangen mit 0,630″ (16 mm) Durchmesser laden; Mit den kleinsten Standard-Ausgangsdurchmessern von 0,090 Zoll (2,25 mm) können wir sogar noch mehr laden.

Überwachung erforderlich

Es liegt jedoch in der Natur der CNC-Präzisionsbearbeitung, dass Sie während einer normalen Acht-Stunden-Schicht immer noch jemanden brauchen, der bereitsteht, um die Beladung zu überwachen und sicherzustellen, dass alles richtig läuft. So können Sie selbst in Werkstätten für Präzisionsmaschinen, die sagen, dass sie das Licht ausschalten, ziemlich sicher sein, dass jemand da ist, der dafür sorgt, dass nichts schief geht.

Probleme beim Laden von Balken

Die Präzisionsbearbeitung stellt auch Herausforderungen an die automatische Stangenbeschickung. Zunächst müssen Sie immer die Durchmessertoleranz des zu bearbeitenden Materials berücksichtigen. Nur weil Sie einen Stangenlader haben, heißt das noch lange nicht, dass er das Material richtig lädt, und bei praktisch jedem durchgeführten Projekt gibt es eine Lernkurve.

Wenn Sie beispielsweise mit Teilen mit kleinerem Durchmesser arbeiten und die Maschine nicht perfekt eingestellt ist, kann sie versuchen, zwei Stangen Material gleichzeitig zu laden, mit sehr schlechten Ergebnissen.

Das Werkzeug sauber halten

Eine weitere Anforderung ist, dass der Lights-Out-Prozess Hochdruckluft oder eine andere hochwertige Methode beinhalten muss, um den Arbeitsbereich frei von Spänen zu halten, damit sie das Werkzeug nicht nachschneiden und stumpf machen. Sie müssen auch darüber nachdenken, wie fertige Teile entladen werden, wobei zu berücksichtigen ist, wie empfindlich diese Teile sein können, um sicherzustellen, dass sie nach der Bearbeitung nicht beschädigt werden.

Zuverlässigkeit von Lights Out bei der Präzisionsbearbeitung

Verstehen Sie uns nicht falsch – wir sagen nicht, dass eine Lights-out-Produktion in der CNC-Präzisionsbearbeitung unmöglich ist. Aber es erfordert das Zusammenbringen und Einholen von Beiträgen aller Beteiligten und Anbieter in der Planungsphase, um sicherzustellen, dass Sie Folgendes haben:

• Das perfekte Material
• Die geeignete Teilegröße und -geometrie
• Cpk ≥1,67 am Gerät
• Toleranzen, die nicht so eng sind, dass eine Prozesssicherheit von 99,9999 % nicht realisierbar ist

Selbst die präziseste Bearbeitung wäre kaum in der Lage, 1:1-Zuverlässigkeit für Werkzeug, Stangenlader, Kühlmittelzufuhr und enge Toleranzen zu liefern. Aber wenn alle diese Bedingungen erfüllt sind, kann die Lights-Out-Produktion herausgefunden werden.

Hier bei Metal Cutting können wir beispielsweise testen, welche Maschine, welches Werkzeug und welches Material die angegebenen Ergebnisse in einem Lights-Out-Prozess erzielt. Oder wir testen einen Semi-Lights-Out-Prozess, bei dem wir eine Maschine so programmieren, dass sie zusätzliche Teile produziert, nicht im kontinuierlichen Nachtbetrieb, sondern in einer zusätzlichen Halbschicht nach Feierabend.

Das ROI-Problem bei der Präzisionsbearbeitung

Für Hersteller, die immer wieder das gleiche Produkt herstellen, ist es machbar, innerhalb der Zwei-Jahres-Benchmark für die Lights-Out-Produktion eine Kapitalrendite zu erzielen. Bei der CNC-Präzisionsbearbeitung geht es jedoch hauptsächlich darum, viele verschiedene Teile in kürzerer Zeit herzustellen.

Das bedeutet, dass für viele Präzisionsmaschinenwerkstätten einfach keine Zeit bleibt, um zu testen, ob ihre Operationen ohne Unterbrechung ausgeführt werden können. Darüber hinaus ist es für diese Werkstätten eine lange Zeit, zwei Jahre auf den ROI zu warten, was die Kosten für die Lights-Out-Bearbeitung unerschwinglich macht …

Hier bei Metal Cutting bieten wir normalerweise jeden Tag neue Werkstattprojekte an, die zwischen 200 und 20.000 Teile erfordern. Wir haben zwar Jobs, die über Jahre laufen, aber wir haben nicht oft Projekte, die zwei Jahre lang ununterbrochen laufen. Daher ist es selten, dass sich alle Planeten ausrichten und wir die Zeit haben, die Optionen für die Lights-Out-Produktion zu erkunden.

Letztendlich hat die Bearbeitung mit engen Toleranzen so viele Variablen, dass sie keine 1:1-Zuverlässigkeit garantieren kann, sodass sie noch nicht für eine vollständige Lights-Out-Produktion geeignet ist. Doch welche Herausforderungen Ihr Projekt auch mit sich bringen mag, die Automatisierungstechnik wird in der Kleinteilefertigung sicherlich weiterhin eine wachsende Rolle spielen.

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