정밀 가공에서 소등 작업에 대한 장벽

Lights Out Machining이란 무엇이며 얼마나 현실적입니까?

소등 가공 필요한 인간 상호 작용의 양을 최소화하거나 제거하기 위해 제조를 자동화하는 방법입니다. 인간을 동일한 작업을 더 빠르고 더 낫게 또는 더 저렴하게 수행할 수 있는 장치나 프로세스로 대체한다는 이러한 아이디어는 새로운 것이 아닙니다.

최근 몇 년 동안 정밀 가공 분야를 포함하여 로봇 및 자동화의 매력이 계속해서 커지고 있습니다. 생산성 향상, 처리량 향상, 에너지 절약 및 인건비 절감의 잠재력을 지닌 완전 자동화된 소등 생산은 아마도 모든 기계 공장 소유자의 꿈일 것입니다.

그러나 현실은 특히 정밀 가공의 세계에서 도전입니다. 완전 자동화된 생산을 제공한다고 주장하는 작업에도 불구하고 모든 정밀 가공 서비스가 하루 종일 "자체적으로 실행"된다고 말하는 것은 약간 환상입니다.

실행 가능한 소등 가공 기준

CNC 정밀 가공이든 다른 생산 방법이든 간에 모든 조명 제조 작업은 성공하기 위해 몇 가지 기본 사항을 갖추어야 합니다.

• 도구, 주변 장치 및 프로그래밍을 포함한 모든 기계는 완벽하게 함께 작동해야 합니다. 장비는 이상적으로는 자체 모니터링 및 문제 발생 시 자동 수정 또는 전원을 끄는 기능과 함께 연속 작동을 견딜 수 있어야 합니다.
• 재료를 장비에 공급하고, 냉각수를 전달하고, 잔해물을 제거하고, 완제품을 내리는 데 사용되는 메커니즘도 마찬가지입니다.
• 또한 "사람이 필요하지 않음"이라는 꿈과 달리 사람이 원격으로 모니터링하여 사소한 문제를 수정하거나 중대한 문제가 발생한 경우 시스템을 종료할 수 있는 기능이 추가된 이점입니다.

아마도 가장 중요한 것은 기계가 지속적으로 소등 작동이 가능한지 여부를 결정하려면 기계가 최고 수준의 신뢰성을 제공하는지 알아내야 한다는 것입니다. 목표는 ≥1.67의 Cpk, 즉 99.9999%의 부품이 요구 사항을 충족하는 능력입니다.

(말 그대로) 백만 분의 1의 허용 고장률입니다.

그리고 기계가 소등 작동을 처리할 수 있다고 해도 일반적으로 인정되는 벤치마크는 소등이 2년 내에 투자 수익을 제공하는 경우에만 실행 가능한 솔루션이라는 것입니다.

Lights Out 작업이 오늘날 사용되는 곳

제조 공정의 일부만 자동화되더라도 로봇 공학이 유용한 애플리케이션이 많이 있습니다. 맥주 양조에서 포장까지, FedEx 허브에서 Amazon 창고, 공항 수하물 처리에 이르기까지 자동화는 다음 두 가지 상황에서 중요한 역할을 합니다.

• 백만 분의 1의 신뢰성을 제공하는 곳이면 어디든지

또는

• 비용 효율적인 방식으로 프로세스를 자체 수정하는 기능이 있는 경우

몇 가지 일반적인 예

자동화된 포장 작업은 내장된 go/no go shunting을 사용하여 소등 작업 중에 품질을 보장합니다. 예를 들어, 카메라는 라인에서 나오는 제품이 좋은지 확인할 수 있고, 기계는 불량 제품을 따로 분류하거나 문제가 발생하면 자체적으로 차단할 수 있습니다.

로봇 저항 스폿 용접은 자동차 산업에서 연속 작업에 널리 사용됩니다. (저항 스폿 용접에 대한 자세한 내용은 당사 웹사이트에서 확인할 수 있습니다.) 사실 사람들이 생산 라인에서 작업하는 로봇을 생각할 때 가장 많이 떠올리는 이미지일 것입니다.

그러나 골판지 상자 제조와 달리 이러한 유형의 작업에는 다른 수준의 품질 관리가 필요합니다. 결국 하나의 용접이 불량하기 때문에 전체 자동차를 옆으로 잘 분류할 수 없습니다. 매우 길고 복잡한 조립 라인의 어딘가에서 전극이 고장나지 않았는지 어떻게 확인합니까?

자동화를 위한 주요 애플리케이션

일본에서 FANUC Corporation은 자동화된 조명 제조의 궁극으로 널리 간주되는 것을 운영합니다. Tesla Motors 및 Apple과 같은 고객을 위한 다른 로봇을 생산하기 위해 22개 공장의 거대한 복합 단지에서 24시간 연중무휴로 작동하는 로봇이 있습니다. FANUC Robotics America의 Gary Zywiol 부사장에 따르면 "소등 뿐만 아니라 에어컨과 난방도 끕니다."

자동화는 인간에게 적대적인 모든 종류의 프로세스에도 사용됩니다. 여기에는 품질 또는 안전 문제가 있는 제조 단계와 위에서 설명한 자동차 스폿 용접과 같이 사람이 기계의 빠른 속도로 작업할 수 없는 경우가 포함됩니다.

따라서 작업 환경이나 작업이 고온 또는 고속이거나 독성 물질이 포함된 작업일 때 로봇 공학은 엄청난 이점이 있습니다.

CNC 정밀 가공의 소등 도전

모두 매우 흥미롭습니다. 그러나 우리는 소등 가공에 반대하지 않지만 지속적인 감독되지 않는 자동화가 여전히 어려운 정밀 기계 공장에서의 생존 가능성에 대해서는 여전히 회의적입니다.

사용된 재료

예를 들어, 우리 세계에서 소등 가공을 수행하는 능력은 부품 형상뿐만 아니라 사용되는 재료에 따라 달라집니다. 일반적으로 더 부드러운 재료(더 단단한 재료만큼 빨리 마모되지 않거나 도구를 감쌀 수 있는 끈끈한 칩이 많이 생성되지 않는 재료)는 소등 작업에 더 적합합니다.

즉, 적절한 부드러운 소재를 사용하면 오후 5시에 기계를 밤새 작동하도록 설정할 수 있으며, 아침에는 공구가 파손되거나 마모되지 않은 상태로 허용 오차 범위 내에 있는 부품으로 가득 찬 바구니로 돌아갈 수 있습니다.

그러나 스테인레스 스틸과 같은 더 단단한 재료는 CNC 정밀 가공을 위해 누구에게도 권장되지 않습니다. 이렇게 단단하고 질긴 재료가 빨리 마모되거나 도구가 부러질 수 있기 때문입니다. 또는 사양을 벗어난 많은 부품이 있는 곳으로 아침에 도착하여 기계에 로드한 자재의 양에 관계없이 낭비되고 배송 일정이 엉망이 됩니다.

필수 공차

허용 오차는 또 다른 중요한 고려 사항입니다. 허용 오차가 ±0.005”(0.127mm)이고 신뢰할 수 있는 재료라면 정밀 가공이 문제가 되지 않습니다. 그러나 허용 오차가 ±0.0005”(0.0127 mm) 이하인 경우 문제가 발생합니다.

재료에 따라 프로세스에서 도구가 마모되기 때문입니다. 0.0002"(0.00508 mm)의 외경(OD)을 잡고 감독 없이 공정을 실행하면 아침에 부품이 공구 마모로 인해 사양을 벗어날 가능성이 높습니다.

Lights Out Machining의 재료 준수 사항 및 하지 말아야 할 사항

특정 재료는 자연스럽게 CNC 정밀 가공에 더 적합합니다. 예를 들어, 황동, 6061 알루미늄 합금 및 도구 주위를 감쌀 수 있는 길고 끈끈한 칩을 생성하지 않는 특정 플라스틱을 사용할 수 있습니다.

303 스테인리스 스틸도 소등 가공을 시도할 수 있습니다. 그러나 유지 허용 오차를 테스트하고 도구 마모를 확인하려면 먼저 몇 시간 동안 작동하도록 장비를 프로그래밍해야 합니다.

일부 재료는 소등 생산에 절대적으로 적합하지 않습니다. 여기에는 의료 기기 산업의 가장 사랑받는 304 스테인리스강이 포함되며, 이는 가공하기 어렵고 끈끈한 칩을 생성하고 버를 발생시킵니다. 또한 316, 17-4 및 기타 대부분의 스테인리스강은 가공하기 어렵고 공구를 손상시킬 수 있습니다.

초합금은 기계로 가공할 수 없으며 티타늄은 절대 방치해서는 안 됩니다. (우리는 티타늄 부품에서 발생하는 스파크로 인해 기계에 불이 붙는 동영상을 본 적이 있습니다. 꽤 멋지지만 절대 권장하지 않는 것입니다!)

어둠 속의 다른 걸림돌

수천 개의 부품을 정밀하게 가공하기 위해 Metal Cutting의 최신 CNC 스위스 스크류 기계 어레이는 바 피더를 로드하고 기계가 자동으로 작동하도록 설정할 수 있다는 점에서 소등 생산을 지원할 수 있습니다. 직경에 따라 직경 0.630″(16mm)에서 최대 12개의 막대를 로드할 수 있습니다. 0.090”(2.25mm)의 가장 작은 표준 시작 스톡 직경으로 더 많은 것을 적재할 수 있습니다.

모니터링 필요

그러나 CNC 정밀 가공의 특성은 정상적인 8시간 교대 중에도 부하를 모니터링하고 모든 것이 올바르게 작동하는지 확인하기 위해 대기하는 사람이 여전히 필요하다는 것입니다. 따라서 전원이 꺼진다고 하는 정밀 기계 공장에서도 문제가 없는지 확인하기 위해 누군가가 있다는 것을 확신할 수 있습니다.

바 로딩 문제

정밀 가공은 자동 바 로딩에서도 문제가 됩니다. 첫째, 가공할 재료의 직경 공차를 항상 고려해야 합니다. 또한, 바 로더가 있다고 해서 재료를 올바르게 로드한다는 의미는 아니며 수행되는 거의 모든 프로젝트에 학습 곡선이 있습니다.

예를 들어, 더 작은 직경의 부품으로 작업할 때 기계가 완벽하게 설정되지 않은 경우 한 번에 두 개의 재료 막대를 로드하려고 하여 매우 나쁜 결과를 초래할 수 있습니다.

도구를 깨끗하게 유지하기

또 다른 요구 사항은 소등 프로세스에 고압 공기 또는 기타 고품질 방법을 포함하여 작업 영역에 칩이 없도록 유지하여 공구가 다시 절단되거나 무뎌지지 않도록 해야 한다는 것입니다. 또한 가공 후 손상되지 않도록 부품이 얼마나 섬세한지 고려하여 완성된 부품을 오프로드하는 방법에 대해서도 생각해야 합니다.

정밀 가공에서 소등의 신뢰성

오해하지 마십시오. CNC 정밀 가공에서 소등 생산이 불가능하다는 말은 아닙니다. 그러나 계획 단계에서 모든 이해 관계자와 제공업체의 의견을 모아 다음 사항을 확인해야 합니다.

• 완벽한 자료
• 적절한 부품 크기 및 형상
• 장비의 Cpk ≥1.67
• 99.9999% 공정 신뢰성이 실현 가능하지 않을 정도로 엄격하지 않은 허용 오차

가장 정밀한 기계 가공도 공구, 바 로더, 절삭유 공급 및 엄격한 공차 전반에 걸쳐 100만 분의 1의 신뢰성을 제공하기 어렵습니다. 그러나 이러한 모든 조건이 충족되면 조명 생산을 파악할 수 있습니다.

예를 들어 여기 금속 절단에서 소등 프로세스에서 지정된 결과를 얻을 수 있는 기계, 도구 및 재료를 테스트할 수 있습니다. 또는 기계가 추가 부품을 생산하도록 프로그래밍하는 반조명 공정을 테스트할 수도 있습니다. 야간 작업을 계속하는 것이 아니라 근무 시간 이후에 추가로 20분의 1 교대 근무를 하는 것입니다.

정밀 가공의 ROI 문제

동일한 제품을 반복해서 만드는 제조업체의 경우 소등 생산에 대한 2년 벤치마크 내에서 투자 수익을 실현하는 것이 가능합니다. 그러나 CNC 정밀 가공은 주로 단기간에 많은 다른 부품을 제조하는 것에 관한 것입니다.

이는 많은 정밀 기계 공장에서 작업이 중단될 수 있는지 테스트할 시간이 없다는 것을 의미합니다. 또한 이러한 작업장에서 ROI를 보기 위해 2년은 긴 시간이므로 조명을 끄면 가공 비용이 엄청나게 많이 듭니다...

여기 Metal Cutting에서 우리는 일반적으로 200에서 20,000개 조각이 필요한 새로운 기계 공장 프로젝트를 매일 인용합니다. 몇 년에 걸쳐 진행되는 작업이 있지만 2년 동안 계속 실행되는 프로젝트는 많지 않습니다. 따라서 모든 행성이 정렬되고 우리가 소등 생산 옵션을 탐색할 시간을 갖는 것은 드뭅니다.

결국 엄격한 공차 가공은 변수가 너무 많아 100만 분의 1의 신뢰성을 보장할 수 없기 때문에 아직 전면 소등 생산에는 적합하지 않습니다. 그러나 프로젝트에 어떤 어려움이 있든 자동화 기술은 소형 부품 생산에서 계속해서 성장하는 역할을 할 것입니다.

그 동안 소형 부품에 대한 최상의 사양을 만드는 방법에 대한 팁을 보려면 무료 가이드인 견적 요청을 최대한 활용하는 방법:소형 부품 소싱에서 자주 묻는 질문을 다운로드하십시오.