视频：机械车间在工作之前创建了机器人加工单元

这个机器人加工单元生产用于汽车燃料系统的管子。在田纳西州库克维尔的 Custom Tool 中发现包含此单元的内容，包括工件夹具、零件分配器、安全扫描仪和零件收集器。

您是否购买了设备，知道它最终会得到很好的使用，但当时没有理由购买它，只是您一直在关注它吗？我有机会参观了一家可以对这个问题回答是肯定的机器车间，并且一点也不后悔投资。事实上，一项大批量加工作业的吞吐量增加了，自动化团队学到了一项新技能，相信这对未来的许多自动化机器维护项目都有好处。

2018 年，Custom Tool Inc.（田纳西州库克维尔）的管理层对团队成员不熟悉的技术感到好奇。尽管这家车间对拥有自动焊接单元的自动化并不陌生，但它没有自动集成机器管理机器人的经验。因此，为了了解机器人集成以适应未来自动化可能有益的工作，该团队购买了一个机械臂并花时间熟悉如何对其进行编程、添加末端执行器组件并将其与机器连接工具。

事实证明，该团队的预测不仅明智而且及时。在对机器人进行投资后不久，机械车间收到了一份团队认为可以从自动化中受益的订单。管理层的愿景最终得到了验证，因为该自动化项目的执行效率更高，提供了更高的一致性、节省了时间、提高了吞吐量，并且能够在需要人脑的车间其他机床上部署操作员。

是运气还是命运？

有人可能会说这个故事的细节非常到位，以至于这家商店一定是“幸运的”。然而，“你自己创造好运”这句话在这里引起了共鸣。 Custom Tool 副总裁 Bob Young 和他的兄弟兼公司总裁 Gillen Young 密切关注自动化机会。因此，要说我要讲的这个故事是运气，有点牵强。但我们可以得出结论，这家商店的星辰已成定局，尽管在机器人自我整合之旅中等待团队的是一些障碍。

该机器人加工单元由一个 FANUC M-10 六轴机器人组成，负责照料 Hardinge Bridgeport V480 VMC。尽管一些操作员监控是必要的，但自动化消除了大部分人机交互元素。这种设置使操作员可以在 Custom Tool 的车间中完成其他必要的工作。

尽管 Custom Tool 在 2018 年之前还没有自行集成机器人，但该公司主要服务于航空航天、国防、医疗和汽车市场，并于 2008 年在其车间现有的 CNC 车削中心增加了棒料进给机时开始实现自动化. 从那时起，它就一直坚信在其许多机器上进行熄灯加工。此外，它

自定义工具自动化团队必须保持灵活性，因为它了解到零件订单规格可以迅速改变。机器人机器单元最初生产 27 英寸长的管子，一侧有一个 5.5 毫米的孔，但后来客户将其订单修改为 34 英寸的管子。此外，该商店在开始生产订单后被告知这些孔不能有毛刺。

已经为一夜之间加工的多个零件自动化了一些测量程序，并为其自主生产日志计划策略进行了数据收集（见侧栏）。尽管这家商店的大部分工作包括直径为 2 英寸或更小的零件，但有时它会扩展以满足客户的需求。例如，它还拥有一个曾经购买的机器人焊接单元，用于为客户完成特定的维修工作。

2018 年，当该车间收到供应商给一级汽车公司的订单，为汽车燃油系统钻孔不锈钢管时，下一个自动化项目就出现了。Bob Young 和由公司制造经理和 2020 年领导的自动化团队生产加工 新兴领导者 Clay Adcock 决定，他们当年早些时候购买的机器人只是为了学习如何集成它，可以连接到立式加工中心，以创建一个非常适合他们收到的大批量零件订单的单元。该团队订购了一台带托盘更换器的 Hardinge Bridgeport V480 APC VMC，以与预购的 FANUC M-10 机器人配对。他们认为，该机器人非常适合在需要一致性的应用中装载和卸载工件。

尽管这个自动化单元的想法似乎是解决方案，但了解单元的来龙去脉并不是一个快速或简单的过程。团队的学习曲线才刚刚开始，随后是反复试验。但是，结果是值得的。管理层不会这样做。

自我整合过程和挑战

VMC 交付后，Custom Tool 的自动化团队花了大约八个月的时间来确定与 FANUC 机器人的集成过程，并让单元按照其所需的方式运行，以满足客户的零件要求。但是，在学习期间，该公司仍需完成订单，该订单包括在直径为 3/8 英寸、长 27 和 34 英寸的不锈钢管的一侧钻一个 5.5 毫米的孔，产量可达 250,000每年的零件。

系统需要从“ Custom Tool 设计和创造的牙签分配器”。垃圾箱上装有传感器，当垃圾箱的水位不足时，控制器会通知控制系统。

因此，操作员在此期间手动装载和卸载 VMC，完成了工作，但不如后来证明的自动化效率高。自集成项目完成，自动化单元启动并运行后，管理层实现了一致性的提高，吞吐量提高了 20%。

“我们做了很多号码跟踪，不是因为我们想扮演老大哥，而是我们只是想从这个角度学习，”杨解释道。 “我们感谢操作员在这些机器前端所做的辛勤工作，但这是体力劳动。即使他们尽了最大的努力，我们仍然看不到我们能够从自动化方面获得的一致性。”他描述了自动化提供的新发现的一致性“就像发条一样”。

操作员 Andy Paul 为不锈钢管上的孔去毛刺离开机器人加工单元后。该部件将用于汽车燃料系统。

该系统需要精确的零件展示，Young 亲切地称之为“牙签分配器”。 Custom Tool 团队设计和制造的这种铝箱可以对齐管子，让机器人轻松拾取。然后，机器人将管子装载到 VMC 加工区外托盘上的夹具上，而 VMC 在另一个托盘上钻孔固定管子。

一旦机器内托盘上的所有管子都被钻孔，托盘更换器就会旋转，将完成的零件带到机器外，并将新工件带到机器内。然后，机器人拾取每个完成的零件，将其从夹具中取出，并在机器开始对新工件钻孔时将其放入材料箱中。从那里，每个完成的零件都经过检查和去毛刺，然后被移走包装。

尽管机器人的任务听起来很简单，但 Young 说他的团队发现了正确集成的几个大障碍：固定、向机器人展示零件以及对单元的 PLC 进行编程。

这些障碍可以并且已经被克服，但提前了解挑战会有所帮助。他说，夹具的最轻微移动都会导致机器人无法正确抓取零件。此外，机器人的零件展示很重要，但并不容易按照机器人的要求精确完成。他解释说，必须考虑该过程的每一个小细节。例如，机器人如何获取材料，以及完成后机器人如何处理。

对于 PLC，Young 解释说，购买软件并了解其工作原理也是一项艰巨的任务。

选择合适的设备

当 Young 开始寻找臂端工具时，他和他的团队决定使用 Schunk Inc. 的电动夹持系统。

Custom Tool 使用 Schunk Inc. 的电动抓取系统，而不是气动抓取系统。虽然每种类型各有利弊，但 Bob Young 认为电动版是商店更明智的选择。

与气动的相比。尽管每种类型都有利有弊，但他认为电动版本是自定义工具的更明智选择。电动系统需要更少的附件这一事实很有吸引力，因为他的目标是使配置尽可能简单。例如，具有电动夹持功能的 FANUC M-10，他将其描述为“干净”，只需几根电缆，而气动系统需要一根空气管，这会使配置复杂化。

M-10 是一款六轴机器人，专为小型工作单元设计，最大可举起 12 公斤。 Young 购买了带有力传感器的机器人，这是他强烈推荐的。力传感器使机器人能够检测施加到末端执行器的力和扭矩。这为其提供了几乎人类的触觉。让 Young 和他的团队感到惊讶的是，力传感器的设置和使用并不难。

“我们认为力传感器将是更具挑战性的方面之一，但它相当简单，”他说。 “有时我们需要克服我们认为行不通的障碍。”

购买机器人并收到订单后，是时候为这项工作寻找合适的机床了。 Hardinge Bridgeport V480 APC VMC 对 Young 很有吸引力，因为它的托盘更换系统可以最大限度地延长主轴的正常运行时间。

“驱动力与机器的大小无关，因为我们主要制造可以握在手掌中的零件，”Young 解释说。 “这是机器继续循环、索引和处理的能力。它是一个非常可预测的过程，非常适合调度和计划。”

Keyence SZ-V 系列区域扫描仪提供27.56 英尺。 Custom Tool 机器人加工单元周围的保护区。它提供了令人印象深刻的灵敏度，众所周知，它可以感知飞过导致机器人关闭的区域的飞蛾。

机器人/机床单元集成后，机器人最初被关在笼子里。但意识到在易用性和机器访问方面有更好的选择，自动化团队在使用笼子大约一年后决定投资 Keyence SZ-V 系列区域扫描仪作为替代方案。

Young 解释说，扫描仪是他们最好的购买之一，因为它节省了关闭机器人、打开和关闭笼门所需的空间和时间，并且总体上改善了加工环境。

此外，扫描仪的灵敏度给团队留下了深刻的印象。一天，当一只飞蛾飞入扫描仪区域后，Young 目睹了机器人关闭时，他感到很惊讶。

Young 兄弟也明白从他们的机床中收集数据的重要性。因此，当他们实现这个单元时，他们还实现了 MT Connect 作为从它收集信息的接口，并将其馈送到他们的生产日志计划系统中。

自我整合的好处

由于自我集成机器人单元需要时间、技能和劳动力，人们可能会质疑为什么 Custom Tool 选择走“硬”路线而不是聘请集成商来完成这项具有挑战性的工作。 Young 将内部集成的奉献描述为对未来项目的投资和获得加工智能的一种方式。他不仅努力让团队能够为车间未来的工作自行集成更多机器人，而且他说他们自己动手的方法迫使他们非常熟悉机器和机器人，并了解什么位于控制面板内，包括 M 代码以及所有组件如何协同工作。

虽然 Custom Tool 的一些设备会熄火，Young 决定不运行这个机器人加工单元的灯。那是因为订单是使用客户的材料运行的。因此，如果熄灯过程中出现错误导致报废，公司就有浪费客户材料的风险。

或者，如果公司选择与机器人集成商合作，仍然存在学习曲线，Young 解释说。除了考虑整合管理将成为学习设备的一部分以及学习设备的痛苦和挑战外，一旦整合完成，工厂的工作就是保持单元的正常运行。因此，他们认为花时间和自我整合来了解所有系统的内部和外部是值得的。此选项可节省聘请外部集成商的费用。

随着 Custom Tool 不断增长并投资于资本设备，Young 只购买带有机器人界面的机床，以便在机会再次出现时更容易集成机器人。

为成长做好准备

Young 满怀发展 Custom Tool 自动化领域的意愿，现在觉得他的企业已准备好承担更多此类工作，因为他最近投资了带有机器人接口的机器。 “如果机器准备好了，我们只需要对机器人进行编程并弄清楚材料处理，”Young 说。 “我们已经准备好进行整合。”他补充说，在他的店里，他永远不知道接下来会发生什么工作。

拥有自动化思维意味着公司始终将自动化视为任何订单的可能性。事实上，Young 表示他完全预计，如果他现在看到的工作趋势继续下去，12 个月后他将谈论另一个整合项目。

随着自我集成单元的建立，该公司可以每周运行 5 天，每天运行 14 到 16 小时，只有轻量级的操作员负责监控工作。团队能否实现每天运行 18 到 20 小时的目标？这取决于客户的材料可用性。

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自动数据收集系统每 20 分钟编译一次信息

Custom Tool 的自动化数据收集和报告系统由公司总裁 Gillen Young 开发，它使用基于 Web 的工业物联网 (IIoT) 平台从具有开源 MTConnect 通信协议代理以及公司的 JobBoss 企业资源规划 (ERP) 软件。该平台是来自 Telit 的 Devicewise for Factory，该公司提供 IIoT 模块、软件和连接服务及软件。

Gillen 说，这个系统的好处是它可以与各种控制器连接，并且不需要自定义编程来收集数据。它被配置为自动提取之前从机器中手动收集的所有数据（零件计数、机器代码等）以及 ERP 数据（作业编号、作业描述、订单日期、订单数量、交货日期等）和将其存储在云中。数据可通过网络仪表板访问。然后可以创建报告以更形象地显示生产日志电子表格中以前可用的内容。

自 2018 年 6 月上旬以来，该系统每 20 分钟收集一次数据，而不会丢失正在运行的机器的条目。目前连接了三个车削中心和一个铣床。另一个工厂仍然需要安装 MTConnect 代理才能连接。 Gillen 说有很多好的机器监控产品可供选择。然而，他的技术背景为探索内部解决方案提供了机会，该解决方案解决了商店最有兴趣了解的业务信息。他还认为，这种数据收集能力还可能带来更高级的分析，例如将切割时间与特定类型的切割工具或刀片联系起来。