很多商店都说他们想要实现自动化操作，但实际上有多少？
一台 FANUC 机器人为 Methods Machine Tools 的这个单元中的三台立式机器提供服务。操作员将从右下角的进料/出料站装载和取回零件（尚未完成）。《制造工程》2017 年 8 月刊中关于线性托盘系统的一篇文章引用了一位行业专家的话：他参观的商店想要自动化。然而，Okuma America Inc.（北卡罗来纳州夏洛特）的产品专家 Errol Burrell 最近表示，所有机床中只有 10% 是自动化的。而且，根据 Methods Machine Tools Inc.（马萨诸塞州萨德伯里）的国家自动化经理 John Lucier 的说法，机器人工业协会报告说只有 3–4% 的新机器配备了机器人。
那么我们是否正在谈论线性托盘系统、简单的托盘更换器或机器人，很明显，美国机加工操作自动化的机会巨大。虽然卧式机器的自动化程度高于立式，但立式加工中心比卧式更普遍，因此最大的未开发潜力在于立式自动化。难怪 Gosiger（俄亥俄州代顿）自动化部门副总裁兼总经理 Greg Feix 表示，在过去两年中，他的公司的立式机器自动化增长了五到七倍。
老式托盘更换器
最简单的自动化形式，无论是垂直还是水平，都是旋转式托盘更换器。操作员将零件装载到安装在外部托盘上的夹具上，同时机器在内部以相同的布置工作。第一组零件完成后，托盘旋转，操作员卸下成品零件。
Lucier 说，这种投资水平符合持有 10% o 的常见做法f 机床对于虎钳和其他夹具的价值，但它并不能真正让操作员长时间在垂直方向上工作，因为您通常只能在一个托盘上加工几个零件。因此，虽然很多人询问此类系统，但很少有人购买。
横向系统的经济学有点不同，最常见的方法是在系统上放置一个四到五边形的墓碑托盘一次加工 4、8、16 或更多零件。但即便如此，如果您需要加工各种零件，这是一种昂贵的方法，因为每个零件都需要不同的夹具。
Andy McNamara，Doosan Machine Tools America（新泽西州派恩布鲁克）销售总监，说有另一种选择变得越来越普遍，它提供比两位旋转托盘更换器更多的功能：一种带有手臂的工件更换器，可以从相邻的多托盘站提起托盘并将其移动到机器中。托盘站通常具有 4、6、8 或更多位置的转鼓系统，Erowa Robot Easy 就是一个很好的例子。
“它并不是真正的机器人，尽管更高端的系统可能也有工作调度系统，使其更接近线性托盘系统的功能” McNamara 说，斗山已经收到许多在五轴机器上使用此类系统的请求，他们看到模具行业的三轴和四轴机器对这些系统感兴趣，可以在一夜之间运行电极和模具，根据需要在零件之间切换。
“您会在模具和冲模的高端垂直设备上看到许多不同版本的自动工件更换器和旋转托盘系统，”他说。 “在加工车间，您最常看到一体式或附加式托盘更换器。”
集成铰接式机器人似乎是垂直行业最理想的解决方案。 Lucier 甚至说垂直行业是一个更容易以这种方式实现自动化的平台。
Methods 的这个作业车间单元有一个输送机，用于将零件送入机器人并在完成后将其取出。设计正确的进料/出料系统现在是自动化团队的最大任务。“在 Methods，我们看到垂直行业的自动化比例高于水平行业。自动化门和集成机器人对于任何一种机器都是相同的。当您考虑相关工具的成本与收益时，就会出现差异。”
如前所述，卧式机床最常见的用途是在墓碑上加工零件。您可以使用机器人将带有墓碑的托盘装载到机器中，甚至可以在轨道上使用机器人来装载多台机器。但是这种方法需要大量的机器人，而且您仍然需要操作员将零件贴到每个墓碑上。
如果您想自动化装载将零件放到墓碑上，每个虎钳都必须用管道连接液压或气动装置，并且各种零件将需要各种这样的固定装置，进一步增加了这种方法的高成本。 Lucier 和 Feix 认为，在许多情况下，更好的方法是使用更小的机器人将单个零件装载到更便宜的立式机器上的自动虎钳中。
“我们拥有这样的自动化设备，起价不到 100,000 美元， ” Lucier 说，“包括进料、出料和带有臂端工具的机器人。将其与机器人本身成本 100,000 美元的托盘系统进行比较，更不用说导轨、货架、控制装置等。”
Methods 最受欢迎的单元在机器中有两个虎钳（Op 10和 Op 20）和机器人服务两个老虎钳。 “通常情况下，我将这两个虎钳放在一个耳轴台上，这样你就可以在一个轴上上下旋转，每次夹持时都能获得零件的三个侧面，”Lucier 解释道。 “第机器人翻转零件，旋转它，然后将其放入第二个虎钳中以获得其他三个边。通过这种方式，我们能够在两次操作中完成一个零件，而机器人则负责翻转和重新定位。”
“中间的猴子”
机器人固有的灵活性机器人还可以为多台机器提供服务。例如，Methods、Doosan 和 Okuma 都是现场系统，其中三台机器形成正方形的三个边，第四个边是进料/出料站，机器人扮演“中间的猴子”，正如 Lucier 所说它。 “一旦超过三台机器，就无法真正将机器人周围的所有东西都安装好，因此我们选择了轨道上的机器人，只需延长轨道即可为任意数量的机器提供服务。”
Naturally您不希望任何机器等待机器人，因此关键因素是零件周期时间。 Lucier 的经验法则是，如果一个零件的循环时间是 30-40 秒，一个机器人可以服务一台机器。对于 60 秒的循环时间，一个机器人可以服务两台机器。如果是90秒，三台机器等等。同样的规则适用于轨道上的机器人。 Lucier 举了一个循环时间为 6 分钟的五轴医疗零件的常见示例，对此“轨道上的机器人可以很好地为五六个 FANUC Robodrills 提供服务。”
快速变化，机器人集成
立式机床除了成本相对较低外，还很容易更改。正如 Lucier 所说，“在垂直部件类型之间切换通常只需要更换虎钳钳口。仅次于更换刀片，立式机器操作员知道如何更换虎钳钳口，因为他一直都在这样做。”
一种更快且可能更具成本效益的方法是使用零点Schunk、3R 和 Erowa 提供的夹紧系统。使用这些系统，操作员可以在机器外部设置新的虎钳并进行切换无需将位置重新归零。
从 Methods 将零件加载到立式机器的耳轴台上，实现三面加工。零件固定在加载到零点夹紧系统中的虎钳中，因此始终可以高精度预测零件的位置。“您可以像更换托盘更换器中的托盘一样快速地切换这些虎钳，尽管你必须手动完成，”Lucier 说。
可以取消手动工件夹紧开关。 Gosiger 的 Feix 表示，Schunk 和 ATI 生产自动臂端工具快速更换装置。 Gosiger 安装了定制的自动化系统，其中机器人将零件夹具装载到机器中，然后更换臂端工具，然后为加工过程装载零件。
Jack Cardin，项目经理对于斗山的自动化，同意。 “如果尺寸变化对于抓手手指的变化来说太大，或者你正在从 ID 切换到 OD，你最好从机器人的手腕上改变整只手，”他说。 “我们有四个可供选择，都来自 Schunk。”
Lucier 表示，正是这种“周边”技术近年来取得了最大的进步，“使自动化更加灵活，因此更容易选择
为一项全新的工作设置机器人需要经验丰富的操作员大约 30 分钟，Lucier 说。如果是重复作业并且您已保存机器人程序，则设置仅需 15 分钟左右。因此，当您认为一项典型的工作会运行一天或更长时间时，转换时间几乎微不足道。
诚然，对于一个系统来说，对于每个零件更换时机器人进出机器的非切割时间高于典型的托盘更换装置货盘上有多个零件。但机器人自动化的灵活性允许用户以最少的工具成本自动化更多的小批量工作。
在某些方面，当您考虑时，机器人本身是系统中最容易理解的部分自动化。 Lucier 说设计进料/出料系统需要花费他的大部分时间。 Methods 与 FANUC 及其著名的黄色机器人独家合作。正如 Lucier 所说，“机器人是黄色的。我为工作选择合适的尺码，仅此而已。”更具挑战性的问题是，零件是否应该从传送系统、箱子、抽屉或其他选项呈现给机器人。
Okuma 的方法是为立式机器提供六端口液压和气动歧管，可以轻松集成自动化夹具，同时依靠 Morris、Gosiger 和 Hartwig 等合作伙伴帮助最终用户提供自动化解决方案。 Okuma 也有一个快速的 depl位于夏洛特的美国总部的 oyment 团队使用自动门、激光和探测器修改从日本进口的任何机器，以实现自动化集成。
“我们所有的机器都可以配备 Anybus 系统，因此它们可以与各种自动化系统通信，无论是 FANUC、Erowa 还是其他任何系统，”Okuma 的 Burrell 补充道。 Anybus产品使工业设备能够与任何现场总线或工业以太网通信，无论是无线还是有线。 Anybus 产品由 HMS Industrial Networks Inc.（芝加哥）制造。
“我们不坚持这些系统的任何特定供应商，”他说。 “在工作夹具和机器人技术方面，很多人都在争夺霸权，就像我们在与许多公司争夺机器霸权一样。”
斗山的方法有三个方面：它提供任何机器人帮助本地集成商在其现场机器上安装自动化所需的接口。它还将电子在其位于新泽西州的总部设计定制的自动化解决方案。第三，它为最终用户提供了称为 DooCells 的标准预构建系统，“为加工车间提供了一种经济高效的自动化方式，”McNamara 说。
斗山 DooCell 包括一个机器人和两侧抽屉单元单一底座，便于安装。机器人从一侧抓取零件，而操作员则将抽屉拉出装置以清空成品零件或重新装载而无需靠近机器人。每个 DooCell 都有一个机器人和最多三个任意组合的加工中心或车床。进料/出料站是一个带三到五个抽屉的抽屉单元，具体取决于零件的高度和直径。
“抽屉可以双向打开，因此操作员只负责一个方向在机器人开启时侧面装载原材料或卸载成品零件Cardini 解释说。
McNamara 补充说，“许多客户都很匆忙，他们正在寻求他们以前使用过的低风险解决方案，并希望完成它。”像 DooCell 这样的简单标准解决方案非常适合这种方法。]\
一个水桶和一些温水
除了能够混合立式加工中心和车床等机器类型之外，使用用于装载单个零件的铰接式机器人让您可以灵活地自动执行其他任务，例如清洗和去毛刺。
“忘掉价值 20,000 美元的清洗系统吧，”Methods 的 Lucier 说。 “给我一个水桶和温水，机器人就能为你创造奇迹。这是一种清洗零件的廉价方法。下一步：吹掉它。更多的客户通过编程洗涤和干燥循环来学习如何使用他们的机器人。”
Lucier 告诫不要过分关注消除空闲时间。 “让我们确保我们加载了 ma中国。如果你有额外的时间，稍微去毛刺或清洗也不是坏事，但没有理由沉迷于此。如果你没有机器人，你就会有一个操作员站在那儿，你必须年复一年地付钱。您只需购买一次机器人，就不必再为它付费。”
投资回报
Okuma 的 Burrell 说：“大多数投资于自动化技术的人都在寻求投资回报18 到 24 个月”，同时由于缺乏劳动力而被迫采用自动化。但后来他们意识到机器人可以填补这一空白。”
Lucier 说，当自动化的成本大致等于机床的成本时，很容易证明自动化是合理的，而且在大多数情况下，一个小型自动化单元就能收回成本不到一年。
“从基础开始，”Lucier 说。 “午饭半小时。两次 15 分钟的休息时间。每天 8 小时轮班的 1 小时可使您的工作日增加 12%。您还可以在机床上做些什么来将产量提高 10% 以上？”
Okuma Gosiger Load & Go 机器人装卸系统.最重要的是，他说，即使在操作员有空的时间里，产量也会更高，因为机器人整天都在不停地更换零件。
“如果一个人可以在 10 秒内更换零件早上第一件事，他可能不会在下午 3 点的 10 秒内仍然更换它们。你可以计算出大约 85% 的实际运行时间与操作员，但机器人的产量将高达 95%，因为你唯一需要停下来的时间是更换工具。此外，还有可能在轮班后让零件无人看管数小时。”
工业 4.0 和相关概念的采用程度值得商榷。但如果有的话，它’s 帮助销售自动化。 “当人们实施跟踪机器正常运行时间的系统时，我们喜欢它，因为当他们意识到他们的立式加工中心的实际主轴利用率平均仅为 40% 左右时，他们感到震惊，”Lucier 说。 “不是机器人专家 John Lucier 告诉你你有多么需要机器人，而是你的数据。”
Burrell 说他现在看到自动化在小至 10 人的商店中实施，他预测甚至是工作商店会认为它是“必备品”。他补充说，这些系统的成本正在降低，同时它们的智能化程度也在提高，因此他预计立式机器自动化将有巨大的增长。
最后，来自一家合同加工车间的案例研究，与相关Gosiger的Feix。该车间希望在白天使用立式加工中心处理小批量作业，并在夜间自动处理批量作业。
“他们正在考虑 30 × 16” [762 × 406 mm] 容量的轧机，并希望有一种方法可以每天拉出自动工件夹具并用虎钳更换它。我们建议购买更大的铣床，40 × 20″ [1016 × 508 mm]，并将用于自动化的工件夹具放在工作台的右侧，将日常工作所需的虎钳放在左侧，这样他们就不必换。你永远不会在横向上这样做。”
但这是一种灵活的自动化，现在可用于纵向。
