主动自动化：在需求到来前构建机器人加工单元

这个机器人加工单元生产汽车燃油系统管路。探索Custom Tool在田纳西州Cookeville的此单元包含内容：工装、零件分配器、安全扫描仪、零件收集器。

您是否采购过设备，知道最终会派上用场，但当时除一直关注它外无购买理由？我有机会访问一家能回答"是"且毫不后悔投资的机床车间。事实上，它见证一高产量加工工作吞吐量增加，自动化团队学会新技能，认为将有利于未来许多自动化机床照看项目。

2018年，Custom Tool Inc.（田纳西州Cookeville）管理层对团队陌生技术好奇。虽车间不陌生自动化（有自动焊接单元），但无机器人自集成机床照看经验。因此，仅为学习未来可能受益自动化工作的机器人集成，团队买下机械臂，花时间熟悉编程、添加末端执行器组件、与机床对接。

团队预判被证明不仅明智而且及时。投资机器人后不久，车间接到团队认为受益自动化的订单。管理层愿景最终获验证：此自动化项目超高效执行，提供更高一致性、节省时间、提升吞吐量，并能将操作员部署到车间其他需要人脑的机床。

运气还是命运？

有人可能说这故事细节契合得如此完美，车间定是"幸运"。但"你创造自己的运气"此语在此共鸣。Custom Tool副总裁Bob Young和其兄、公司总裁Gillen Young时刻关注自动化机会。因此称此故事纯属运气有失偏颇。但可结论星象为车间对齐，尽管团队机器人自集成旅程待遇一些障碍。

此机器人加工单元含FANUC M-10六轴机器人照看Hardinge Bridgeport V480 VMC。自动化移除大部分人工交互，虽需一些操作员监控。此设置释放操作员在车间其他必要工作。图片来源：Custom Tool

虽Custom Tool 2018前未自集成机器人，但公司服务航空航天、国防、医疗、汽车市场，2008年给现有CNC车削中心加装送料器开始自动化。此后坚信许多机床无人值守加工。此外，

Custom Tool自动化团队须保持灵活，零件订单规格变化快。机器人单元原生产27英寸长管、单侧5.5毫米孔，客户改单34英寸管。且已开始生产后被告知孔不能有毛刺。图片来源：Custom Tool

自动化一些过夜加工零件测量流程及数据收集（见侧栏）用于自创生产日志规划策略。虽车间大多工作含直径2英寸以下零件，有时为满足客户需求拓展。例：曾为特定客户维修工作采购机器人焊接单元。

下一自动化项目随2018年从一级汽车供应商接单呈现：为汽车燃油系统钻不锈钢管。Bob Young和自动化团队（由公司制造经理、2020Production Machining新锐领袖Clay Adcock领导）决定年初仅为学习集成而预购机器人可对接立式加工中心创建单元，完美适配收到的高产量零件订单。团队订购Hardinge Bridgeport V480 APC VMC带托盘换台配合预购FANUC M-10机器人。团队认为机器人适配此需一致性应用的工件装卸。

虽自动化单元想法似乎是解决方案，学习单元细节非快速易行。团队学习曲线才刚开始，继之试错。但结果值得努力；管理层不会用其他方式做。

自集成过程与挑战

VMC交付后，Custom Tool自动化团队约八个月摸索FANUC机器人集成流程，使单元按需运行满足客户零件要求。但学习期内公司仍须完成订单：在3/8英寸直径不锈钢管单侧钻5.5毫米孔，长度27和34英寸，年量达250,000件。

系统需Custom Tool设计制造的"牙签分配器"精确呈现零件。料仓传感器让控制器知晓料位低时。图片来源：Custom Tool

因此学习期内操作员手工装卸VMC，完成订单但不如自动化后高效。自集成项目完成、自动化单元运行后，管理层实现一致性提升和20%吞吐量增长。

"我们做大量数字跟踪，非想当老大哥，只是想从中学习，"Young解释。"我们感激操作员这些机床前端辛勤工作，但那是体力劳动。即使最佳努力，仍无法看到自动化带来那样一致性。"他形容自动化新获一致性"如钟表般精准。"

操作员Andy Paul在机器人加工单元下线后去除不锈钢管孔毛刺。零件用于汽车燃油系统。图片来源：Custom Tool

系统需Custom Tool团队设计制造的"牙签分配器"精确呈现零件。此铝料仓对齐管料使机器人易拾取。机器人将管料装载到VMC加工区外托盘夹具，VMC钻削另一托盘夹具工件。

机内托盘所有管料钻完后，托盘换台旋转带完成件出机、新工件入机。机器人拾取每完成件，从夹具取出放入料仓，机床开始钻削新工件。随后每完成件检测去毛刺，移至打包出货。

虽机器人任务听起来简单，Young说团队发现几大障碍：工装、零件呈现给机器人、单元PLC编程。

这些障碍可被且已克服，但提前知晓挑战有帮助。他说夹具微小移动导致机器人无法正常夹持零件。零件呈现给机器人重要但难精准做到，因机器人要求高。流程每个细节须考虑，他解释。例如机器人如何取料、完成后如何处理。

PLC方面，Young解释采购软件理解其工作是巨大工程。

选择正确设备

Young开始寻找末端执行器工具时，团队决定选Schunk Inc.电驱动夹持系统。

Custom Tool用Schunk Inc.电驱动夹持系统而非气动。虽各有利弊，Bob Young认为电驱动版本对车间更明智。图片来源：Custom Tool

虽各有利弊，他认为电驱动版本对Custom Tool更明智。电驱动系统所需配件少吸引他，因目标保持配置简洁。例：FANUC M-10电驱动夹持仅几根线缆，称"干净"；气动系统需气管，增加配置复杂性。

M-10是专为小工作单元设计六轴机器人，负载12 kg。Young采购带力传感器机器人，强烈推荐。力传感器使机器人检测末端执行器受力扭矩，赋予近乎人类触觉。令Young团队惊讶，力传感器设置使用非难。

"以为力传感器是较挑战方面，但相当直观，"他说。"有时需跨越自以为行不通的障碍。"

机器人采购和订单到来后，寻找适配工作机床。Hardinge Bridgeport V480 APC VMC托盘换台系统最大化主轴运行时间吸引Young。

"非因机床尺寸驱动，因我们多生产手掌大小零件，"Young解释。"是机床持续循环、分度、加工能力。制造极可预测过程，利于排程规划。"

Keyence SZ-V系列区域扫描仪为Custom Tool机器人加工单元提供27.56英尺保护区。灵敏度令人印象深刻，曾感知飞蛾飞入区域导致机器人关闭。图片来源：Custom Tool

机器人/机床单元集成后，机器人初期有围栏。但意识到有更好易用性和机床访问选项，自动化团队约一年围栏使用后决定投资Keyence SZ-V系列区域扫描仪替代。

Young解释扫描仪是他们最佳采购之一，因节省空间和关机开关围栏门时间，总体改善加工环境。

扫描仪灵敏度令团队印象深刻。Young曾目睹飞蛾飞入扫描区导致机器人关闭，惊讶不已。

Young兄弟也理解从机床收集数据重要性。实施此单元时也实施MT Connect作为接口收集信息接入生产日志规划系统。

自集成收益

鉴于自集成机器人单元需时间、技能、劳动力，可能质疑为何Custom Tool选"硬"路不雇集成商做这挑战性工作。Young称内部集成奉献是未来项目投资和获取加工智能方式。他不仅致力团队能为车间未来工作自集成更多机器人，说DIY方法强迫他们深度熟悉机床机器人，理解控制面板内部含M代码、所有组件如何协同工作。

虽部分Custom Tool设备无人值守运行，Young决定不无人值守跑此机器人加工单元。因订单用客户材料。若无人值守出错造废品，公司冒险浪费客户材料。图片来源：Custom Tool

反之，若选机器人集成商，仍有学习曲线，Young解释。除管理层参与集成考量、学习设备痛苦挑战外，一旦集成签收，维持单元运行是车间工作。因此他们觉得花精力自集成了解所有系统内外值得。此选项省外包集成商费用。

Custom Tool持续增长投资资本设备，Young仅采购带机器人接口机床，使机会再现时更易集成机器人。

为增长做准备

全意增长Custom Tool自动化板块，Young现觉业务准备好承接更多此类工作，因近期投资带机器人接口机床。"机床准备好，只需编程机器人解决物料搬运，"Young说。"我们已为集成就绪。"他补充，他车间永不知下个工作何至。

自动化思维意味公司总把自动化作任何订单可能性。事实上Young说若当前工作趋势持续，12个月后他将谈论另一集成项目。

自集成单元现稳固建立，公司可每天14-16小时、周五天仅轻度操作员照看运行。团队能达成每天18-20小时目标吗？取决于客户材料供应。

Custom Tool Inc. | 931-432-6609 | customtoolinc.com

Harding Inc. | 800-843-8801 | hardinge.com

FANUC America | 800-477-6268 | fanucamerica.com

自动化数据收集系统每20分钟编译信息

Custom Tool自动化数据收集报告系统由公司总裁Gillen Young开发，用基于网络的工业物联网（IIoT）平台从安装开源MTConnect通信协议代理的机床及公司JobBoss企业资源规划（ERP）软件拉取数据。平台为Telit的Devicewise for Factory，提供IIoT模块、软件、连接服务和软件。

Gillen称系统优势：接口多种控制器、数据收集无需定制编程。自动拉取之前手动收集所有机床数据（件数、机床代码等）及ERP数据（工单号、描述、下单日期、订单量、交期等）存云端。数据通过网络仪表盘访问。报表可更图形化展示前生产日志电子表格内容。

系统自2018年6月初起每20分钟收集数据，运行机床无漏报。三车削中心一铣床已连接。另一铣床仍需安装MTConnect代理才能连接。Gillen称市场有许多好机床监控产品。但其技术背景提供机会探索内部解决方案，解决车间最关心业务信息。也觉此数据收集能力可能通向更高级分析，如将切削时间关联特定刀具或刀片类型。