Die Zukunft der automatisierten Bearbeitung:Verbesserung von Präzision und Effizienz

ÜBERSICHT ÜBER BEARBEITUNG UND MASCHINENPFLEGE

Unter maschineller Bearbeitung versteht man den Prozess der Materialentfernung eines Metallrohlings, um eine gewünschte komplexe Form zu erzeugen.

Maschinenpflege bezieht sich auf den automatisierten Betrieb industrieller Werkzeugmaschinen in einer Produktionsanlage, hauptsächlich unter Verwendung von Roboterautomatisierungssystemen. Während das Be- und Entladen die Hauptfunktion von Maschinenbeschickungssystemen ist

Häufig übernimmt ein Roboter weitere wertvolle Funktionen innerhalb des Automatisierungssystems, wie beispielsweise die autonome Zustellung und Entnahme von Fahrzeugteilen aus der Zelle.  Andere Aufgaben können automatisiert und in die ganzheitliche Betrachtung der Fertigung integriert werden, darunter KMG/Teileprüfung, Messung, Abblasen, Waschen, Entgraten und Endbearbeiten, Sortieren, Laser-ID-Markierung, Verpackung und Versand.

Zu den Vorteilen von Maschinenbeschickungssystemen gehören:

1. Gesteigerte Produktivität
2. verringerte direkte Arbeitskräfte
3. längere Maschinenlaufzeiten – rund um die Uhr
4. Verbesserte Maschinenauslastung
5. geringere Gesamtproduktionskosten
6. verbesserte Produktqualität
7. erhöhte Maschinensicherheit
8. Betriebliche Flexibilität
9. Bestandsoptimierung

Aufgrund der Komplexität, Funktionalität und Kosten, die mit Maschinenpflegesystemen verbunden sind, benötigen die meisten Hersteller vor der Investition in diese Systeme einen Kapitalgenehmigungsprozess, bei dem die Geschäftsleitung den Kauf genehmigen muss. Typischerweise wird ein ROI (Return on Investment) berechnet, um den Kauf zu rechtfertigen.  Futura Automation unterstützt Sie bei der Erfassung der aktuellen Kosten und der ROI-Berechnung

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VERTIKALES FRÄSEN – 4 oder 5 ACHSEN?

Bei der Vertikalfräsmaschine ist die Spindelachse vertikal ausgerichtet. Fräser werden in der Spindel gehalten und drehen sich um ihre Achse, wodurch ein „A“-Maß entsteht.  Ein Vorschubtisch bietet eine X- und Y-Abmessung bei einer 3-Achsen-Fräse und eine Z-Abmessung bei einer 4-Achsen-Fräse. Die Spindel ist eine Drehachse und kann im Allgemeinen abgesenkt werden (oder der Tisch kann angehoben werden, was den gleichen relativen Effekt ergibt, indem der Fräser näher oder tiefer in das Werkstück gebracht wird), was Tauchschnitte und Bohren ermöglicht. Es gibt zwei Unterkategorien von Vertikalmühlen:die Bettmühle und die Revolvermühle.

Wenn auch eine „B“-Achse gedreht wird, dann gibt es 5 Bewegungsachsen.  Eine 5-Achsen-Maschine bietet unendlich viele Möglichkeiten hinsichtlich der Teilegrößen und -formen, die Sie effektiv bearbeiten können. Der Begriff „5-Achsen“ bezieht sich auf die Anzahl der Richtungen, in die sich das Schneidwerkzeug bewegen kann. Auf einem 5-Achsen-Bearbeitungszentrum bewegt sich das Schneidwerkzeug entlang der X-, Y- und Z-Linearachsen und dreht sich um die A- und B-Achsen, um sich dem Werkstück aus jeder Richtung zu nähern. Mit anderen Worten:Sie können fünf Seiten eines Teils in einer einzigen Aufspannung bearbeiten.

HORIZONTALES FRÄSEN –

Eine horizontale Mühle hat die gleiche Art, aber die Fräser sind auf einer horizontalen Spindel (siehe Dornfräsen) gegenüber dem Tisch montiert. Viele Horizontalmühlen verfügen außerdem über einen eingebauten Drehtisch, der das Fräsen in verschiedenen Winkeln ermöglicht; Diese Funktion wird als Universaltabelle bezeichnet. Während Schaftfräser und andere Arten von Werkzeugen, die für einen Vertikalfräser zur Verfügung stehen, in einem Horizontalfräser verwendet werden können, liegt ihr eigentlicher Vorteil in auf einem Dorn montierten Fräsern, sogenannten Seiten- und Planfräsern, deren Querschnitt eher dem einer Kreissäge ähnelt, aber im Allgemeinen breiter und kleiner im Durchmesser ist.

Wichtige Maschinenhersteller sind:

• Mazak:  HC, MEGA, UN
• Toyoda:400, 500, 630, 850, 1000, 1250, 1600 mm Paletten
• Hurco:HM1700i
• Haas:40-Kegel, 50-Kegel
• DMG Mori:NH, NHX, DMC, DMU
• Okuma:  LB, LT, MULTUS
• Matsuura:  H-Plus

DREHZENTRUM –

Drehen ist ein Bearbeitungsprozess zur Herstellung zylindrischer Teile, bei dem sich das Schneidwerkzeug linear bewegt, während sich das Werkstück dreht. Beim Drehen wird üblicherweise mit einer Drehmaschine der Durchmesser eines Werkstücks auf ein bestimmtes Maß reduziert und eine glatte Teileoberfläche erzeugt.  Ein Drehzentrum ist eine Drehmaschine mit computergestützter numerischer Steuerung (CNC). Hochentwickelte Drehzentren können auch eine Vielzahl von Fräs- und Bohrbearbeitungen durchführen.  5-Achsen-Fräsmaschinen können als Drehzentrum konfiguriert werden, daher bieten die meisten 5-Achsen-Maschinenhersteller eine Drehzentrumsversion an.

Wichtige Hersteller:

• Mazak:HQ, INTEGREX, MULTITEX, ORBITEC, QT
• Okuma:GENUS, MULTUS, LB, LT, LU, V40R
• Hurco:TM, TMX, TMM
• Matsuura:  CUBLEX
• DMG Mori:NT, NTX, NZX, CTX, WASINO

ROUTING –

Eine CNC-Fräse (Computer Numerical Control) ist eine computergesteuerte Schneidemaschine, die typischerweise ein Fräswerkzeug als Spindel montiert, die zum Schneiden verschiedener Materialien wie Holz, Verbundwerkstoffe, Aluminium, Stahl, Kunststoffe, Glas und Schaumstoff verwendet wird.  CNC-Fräsmaschinen können die Aufgaben vieler Schreinereimaschinen wie Plattensägen, Tischfräsen und Bohrmaschinen übernehmen. Sie können auch Tischlerarbeiten wie Einsteckschlösser und Zapfen schneiden.

SPRITZGUSS- und DRUCKGUSSMASCHINEN

Beim Spritzgießen wird Kunststoff (oder Metall im ähnlichen „Druckguss“-Verfahren) in eine Form gepresst.  Die beiden Hälften einer Form werden mit ausreichend Kraft zusammengeklemmt, um dem Einspritzvorgang standzuhalten.  Sobald die Injektion abgeschlossen ist, werden die Formen getrennt und die Teile entnommen.  „Sprue“, „Gates“ und „Flash“ müssen ebenfalls entfernt werden.  Spritzgussformen können sowohl horizontal als auch vertikal befestigt werden. Die meisten Maschinen sind horizontal ausgerichtet, aber in einigen Nischenanwendungen wie dem Umspritzen werden vertikale Maschinen eingesetzt, die es der Maschine ermöglichen, die Schwerkraft zu nutzen. Bei einigen vertikalen Maschinen ist auch keine Befestigung der Form erforderlich. Es gibt viele Möglichkeiten, die Werkzeuge an den Aufspannplatten zu befestigen. Am gebräuchlichsten sind manuelle Klemmen (beide Hälften sind mit den Aufspannplatten verschraubt). Es kommen jedoch auch hydraulische Klemmen (Unterlegkeile dienen zum Fixieren des Werkzeugs) und magnetische Klemmen zum Einsatz. Die magnetischen und hydraulischen Spanner werden dort eingesetzt, wo schnelle Werkzeugwechsel erforderlich sind.

Automatisierte Lagerung und Palettentransport

Palettenverwaltungssysteme sind eine Möglichkeit, Teile so zu lagern, wie sie sich im Bearbeitungsprozess befinden, und diese Teile automatisch der Werkzeugmaschine zuzuführen, und zwar sowohl über ein Förderband als auch letztendlich über einen Roboterarm („Tending“ genannt) mit geeigneten Werkzeugen, der das Teil mit Werkstückhaltewerkzeugen wie OMIL in die Werkzeugmaschine einführt.

Trinity Automation hat drei verschiedene Ebenen des Palettenmanagements für verschiedene Anwendungsfälle und Bearbeitungsvolumina entwickelt.

Trinity-Automatisierung:  AX1, AX2, AX5

Der AX1 ist ein kompaktes Hochgeschwindigkeits-Palettenverwaltungssystem, das kleinere CNC-Bearbeitungszentren in vollautomatische Produktionssysteme verwandeln soll, ideal für die Haas DT- und DM-Serie, Fanuc Robodrill und ähnliche Systeme.

Das AX2 ist ein mittelgroßes Palettenmanagementsystem mit einem Größenbereich von bis zu 16 Zoll Durchmesser und 9 Zoll Höhe. Gut geeignet für die seitliche Beladung der Haas UMC-500 oder vertikaler Bearbeitungszentren wie der Haas VF2 oder YCM NXV1020A

Das AX5 ist ein größeres Palettenverwaltungssystem, das sich gut für die seitliche Beladung der Haas UMC-750 oder vertikaler Bearbeitungszentren wie der Haas VF4 eignet. Der AX5 ist die ultimative Lösung, die Ihr Bearbeitungsgeschäft auf die nächste Stufe bringt.

FERTIGBEARBEITUNG:  ENTGRATEN UND POLIEREN

Bearbeitete Teile müssen vor der Verwendung oder dem Verkauf meist noch in gewissem Maße nachbearbeitet werden.  Das Entgraten kann als grobe Endbearbeitung angesehen werden und kann das Schleifen oder Trommeln von Medien beinhalten.  Polieren ist eine weitere Möglichkeit, ein Teil vor allem aus kosmetischen Gründen zu veredeln.  Für Spritzguss-/Druckgussteile gibt es zusätzlich einen Anschnitt-, Grat- oder Angussentfernungsprozess.  Paletten, die zum Transport von Teilen in den Bearbeitungsprozess verwendet werden, können auch zum Transport derselben bearbeiteten Teile zu einer Entgratungs- oder Polierstation verwendet werden

QUALITÄTSPRÜFUNG und KMG

Viele Hersteller müssen außerdem die hergestellten Komponenten zu 100 % auf Qualität oder Einhaltung strenger Fertigungsspezifikationen prüfen.  Es gibt eine Reihe von Werkzeugen zur Durchführung automatisierter Inspektionen, darunter maschinelle Bildverarbeitung und Koordinatenmessgeräte (KMG).  In allen Fällen kann die Handhabung von Teilen in und aus den Prüfwerkzeugen automatisch mit einem Roboterarm erfolgen.  Teile können mit denselben Paletten, die auch für die Bearbeitung verwendet werden, zu einer Inspektionsstation transportiert werden

Automatisierte Identifikationsetikettierung

Es gibt verschiedene Techniken, um fertige Teile mit Modell- und Seriennummern zu kennzeichnen.  Dazu gehören Laserdruck, Nadelprägen, RFID-Tagging und Tintendruck, in umgekehrter Reihenfolge ihrer Beliebtheit.

AUTONOME MOBILE ROBOTER (AMRs)

Ein weiteres Werkzeug zur Rationalisierung der Fertigung und Reduzierung der Arbeitskosten ist der Autonome mobile Roboter (AMR).  Hierbei handelt es sich um eine sich noch in der Entwicklung befindliche Technologie zum Transport von Produkten in der Fabrikhalle, ohne dass Förderbänder oder manuelle Gabelstapler erforderlich sind.  Ein AMR kann Produkte von einem anderen Prozess zur Maschinenseite oder von der Maschinenseite zur Lagerung, Verpackung oder zum Versand transportieren.

WIE WÄHLT MAN EIN SYSTEM AUS?*

Beim Erfolg in der Fertigung geht es immer um Gewinne, auch bekannt als Return on Investment (ROI).  Es gibt zwei Elemente der Rendite oder des Gewinns:Einnahmen abzüglich Ausgaben.  Ausgaben können ebenfalls in zwei Teile unterteilt werden:Direkte und belastete Ausgaben (Overhead).  Direkte Kosten entstehen in der Fabrikhalle und sind die tatsächlichen Kosten für die Herstellung einer Komponente.  Direkte Ausgaben können auch in zwei Teile unterteilt werden:Arbeit und Kapitalisierung (Abschreibung).  Zu den Arbeitskosten zählen nicht nur der Stundenlohn, sondern auch Sozialleistungen, Lohnsteuern und zusätzliche Unterstützungskosten, einschließlich Sicherheitsrisiken.  Sich wiederholende und einfache Arbeit, die durch eine Maschine ersetzt werden kann, sollte für die globale Wettbewerbsfähigkeit ersetzt werden.

Einige Geschäfte bleiben noch immer ihren traditionellen Vorgehensweisen treu und glauben, dass vertraute Technologien sie bei neuen Herausforderungen unterstützen werden. Das wird nicht der Fall sein – zumindest nicht auf dem heutigen globalen Markt. Das Erkennen neuer Technologien, beispielsweise der Fortschritte in der CNC-Technik, ist eine strategische Entscheidung, die die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens sichert.

Die Rechtfertigung neuer Technologien ist ein mehrstufiger Prozess:

Schritt 1:  Verstehen Sie Ihre Kosten
Verwenden Sie ein transparentes Kostensystem, bewerten Sie alle Kostenfaktoren, einschließlich direkter „All-in“- oder vollständig belasteter Arbeitskräfte, bewerten Sie, wie neue Technologien den Cashflow verbessern können, und berechnen Sie die Stückkosten und den Einfluss der Investition in neue Technologien auf Produktionskosten und Kapitalrendite.

Schritt 2:  Verstehen Sie die potenziellen Vorteile der CNC-Technologie
Zu den messbaren Vorteilen gehören eine höhere Produktivität, kürzere Rüst- und Werkzeugwechselzeiten, verbesserte Betriebszeit, Durchsatz, Ausschussrate und Werkzeugkosten bei gleichzeitiger Verringerung der Belastung durch Wartungskosten und Arbeitsvorbereitungskosten.

Ebenso wichtig sind einige der immateriellen Vorteile von CNC, darunter Qualität, Genauigkeit und eine verbesserte Oberflächengüte, ohne dass die Fähigkeiten des Bedieners erforderlich sind. Darüber hinaus kann die Prozessflexibilität durch voreingestellte Schnellwechselwerkzeuge mit standardisierten Einsätzen und Einzelpunktdrehen anstelle kostspieliger Formwerkzeuge erhöht werden.

Schritt 3:  Verstehen Sie die Kosten älterer Geräte
Ältere Geräte bedeuten eine bescheidenere Effizienz, längere als geplante Rüstzeiten und erfordern verschwindende Fähigkeiten für die Einrichtung und den Betrieb. Ebenso wichtig ist, dass ältere Geräte die Toleranzen statistisch nicht einhalten können und übermäßig viele Ausschussteile produzieren, was die Effizienz beeinträchtigt und die Materialkosten erhöht.

Berechnung der Amortisation
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Amortisation neuer Technologien zu bewerten. Die Durchführung einer Return on Investment (ROI)-Analyse kann Ihnen dabei helfen, eine gute Entscheidung darüber zu treffen, ob Sie eine teure oder günstigere Maschine kaufen.

Die ROI-Analyse zeigt, wie sich die Investition auf den Cashflow eines Unternehmens auswirkt, basierend auf den mit dem Projekt verbundenen Einnahmen und Ausgaben. Der ROI wird als prozentuale Rendite angegeben.

Das Unternehmen, das die ROI-Analyse durchführt, muss die Rendite der Investition auf der Grundlage der Projektkosten und der Auswirkungen der Investition auf den Cashflow ermitteln. Sobald die Rendite ermittelt wurde, muss das Unternehmen feststellen, ob es sich um eine akzeptable Rendite handelt. Normalerweise wird eine Rendite von 20 Prozent oder mehr als akzeptabel angesehen.

Es gibt noch mehr
Allerdings berücksichtigt diese Begründungsmethode wichtige technische und strategische Aspekte zur Aufrechterhaltung der Wettbewerbsfähigkeit nicht. Qualität beispielsweise ist heute eine der obersten Prioritäten für Endverbraucher. Dieser Faktor ist ein gutes Beispiel dafür, was in einer ROI-Analyse nicht vollständig berücksichtigt wird. Die Qualität hängt nicht nur von der Art der verwendeten Ausrüstung ab, sondern auch vom Prozess, beispielsweise der Herstellung von Teilen in einem einzigen Schritt.

Neben der Qualität gibt es noch eine Reihe weiterer Vorteile – immaterielle Vorteile – die sich auf die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens auswirken werden. Diese können ebenso wichtig sein wie die Auswirkungen der Investition auf den Cashflow. Die Berücksichtigung dieser anderen Vorteile ist ein längerfristiger Investitionsansatz, der das Überleben des Unternehmens sichern kann.

Während die Methode der ROI-Analyse traditionell für die Analyse großvolumiger, mehrjähriger Projekte verwendet wird, kann sie auch dazu verwendet werden, die Sinnhaftigkeit des Kaufs einer Maschine für die Kleinserienproduktion einer großen Vielfalt an Teilen über mehrere Jahre hinweg zu analysieren. Das gezeigte Beispiel war sehr einfach und es gibt viele zusätzliche Faktoren, die Sie möglicherweise berücksichtigen sollten, wie z. B. steuerliche Auswirkungen auf neue Maschinen.

Schließlich ist der ROI nicht unbedingt dasselbe wie Rentabilität und Wettbewerbsfähigkeit. Die Rentabilität hängt von den Kosten pro Stunde der für den Kauf in Betracht gezogenen Maschine und von der Auswirkung der immateriellen Vorteile ab. Abhängig von der Kapitalinvestitionsentscheidung eines Unternehmens können sich die Auswirkungen auf den Cashflow erheblich von der langfristigen Wettbewerbsfähigkeit und Rentabilität unterscheiden.

Es ist möglich, einen hohen ROI und eine niedrige Rentabilität zu erzielen, aber auch das Gegenteil ist der Fall.

Betrachten Sie den Kauf einer Neumaschine aus beiden Blickwinkeln. Führen Sie eine ROI-Analyse durch und prüfen Sie auch die langfristigen Auswirkungen der Investition. Obwohl die Rentabilität zunächst höher sein kann, wenn man sich eine preisgünstigere Maschine ansieht; Aufgrund der langfristigen Vorteile kann der Kauf einer höherwertigen Maschine für den Hersteller von Präzisionsteilen die günstigste Wahl sein

*Vielen Dank an Jeff Reinert von Index Systems für den Artikel veröffentlicht unter:https://www.americanmachinist.com/cad-and-cam/article/21892337/justifying-investment-in-cnc-technology