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Dec 14, 2023

La plegadora robótica se vuelve flexible para las operaciones de fabricación de metal

Históricamente, para que el plegado de plegadoras robóticas tenga sentido económico, un trabajo

Históricamente, para que el plegado de plegadoras robóticas tuviera sentido económico, un trabajo debía ser de cierto volumen en un taller de fabricación de metal. Eso, sin embargo, está empezando a cambiar en toda la industria.

Incluso hoy en día, las prensas plegadoras pueden dedicar sorprendentemente poco tiempo a doblar piezas en un turno de ocho horas. A veces, el problema surge de ineficiencias operativas mayores, como material no disponible, herramientas fuera de lugar o la ausencia inesperada de un empleado. Muchas veces, los problemas provienen de la falta de información. Tal vez una pieza se diseñó sin tener en cuenta las herramientas adecuadas, por lo que el operador o el supervisor del freno se ven obligados a adaptarse, formando múltiples piezas de prueba para obtener el programa de doblado correcto.

La programación de curvas fuera de línea cambia el juego. Antes de que cualquier programa de plegado llegue al piso, una simulación de plegado verifica que, sí, el operador debería poder formar la pieza con las herramientas disponibles sin colisiones. Para ciertos trabajos, la tecnología de doblado adaptativo incluso tiene en cuenta las inconsistencias del material, como la dirección del grano o la variación del grosor. El freno dobla el material por debajo, mide el ángulo y luego completa la curva de aire con precisión.

Agregue la capacidad de la prensa plegadora para cambiar las herramientas automáticamente y cambiará drásticamente el departamento de formación. Las máquinas ya no deben producir grandes lotes para "ahorrar en la configuración". De hecho, todo el departamento puede acercarse al flujo de una sola pieza e incluso a la producción basada en kits. El trabajo en proceso (WIP) se desploma junto con los plazos de entrega.

Todo esto ha hecho que el departamento de conformado sea más flexible que nunca, salvo por un problema: la falta de personal. Una prensa plegadora no puede funcionar sin un operador, a menos que robotice la operación. Aún así, queda el problema de la flexibilidad. Históricamente, las celdas de plegadoras robóticas no han sido conocidas por su capacidad de adaptación. Eso, sin embargo, ha comenzado a cambiar.

La simulación de plegado fuera de línea ha transformado la naturaleza del plegado manual y ahora está haciendo lo mismo con la plegadora robótica. Combine la simulación fuera de línea con el cambio automático de herramientas, la tecnología de agarre en evolución y una celda de plegado diseñada estratégicamente, y los cambios de decisión de automatizar o no. La plegadora robótica finalmente se está volviendo flexible.

Hable con muchos propietarios de talleres y supervisores del departamento de conformado que se sumergen en los frenos robotizados y le dirán que automatizan el conformado solo para ciertas piezas. Un pequeño freno robótico puede formar piezas diminutas que son monótonas y (peor aún) inseguras para que una persona las doble manualmente. Un gran freno robótico forma piezas grandes y pesadas que sería agotador para los operadores si las formaran manualmente.

Sin embargo, en la mayoría de los casos, la pregunta de si automatizar a menudo se reduce al volumen, principalmente para amortizar la configuración inicial. Si un operador necesita pasar tiempo con una consola portátil para llevar la pieza con cuidado a través de cada paso del conformado, el trabajo necesita cierto nivel de volumen para justificar todo ese trabajo.

Luego viene el desafío de agarrar. Algunas celdas automatizadas podrían tener una fila de efectores finales de agarre que recubran el perímetro. El diseño de todas esas pinzas aseguró que una celda de doblado pudiera formar una variedad de partes, pero el proceso tomó tiempo y agregó numerosas complicaciones. Aquí nuevamente, el volumen dictaría la decisión de automatizar. La celda podría diseñarse para ejecutar lotes pequeños o incluso kits, pero para justificar todos los costos de ingeniería, integración y tiempo de configuración, esa celda automatizada necesitaba producir muchos kits durante un período determinado.

Esto siguió siendo cierto incluso si todo se simuló primero fuera de línea. Esto minimizó el tiempo que el personal de configuración dedicaba a una consola portátil, pero la simulación y la programación aún requerían tiempo y recursos. Las personas que (idealmente, al menos) conocen bien la prensa plegadora ahora pasan mucho tiempo frente a la pantalla de una computadora en la oficina. La programación fuera de línea no interrumpió la producción, pero aún así, el tiempo de un programador no es gratis.

Para automatizar verdaderamente una operación de conformado de alta mezcla de productos, no es suficiente automatizar la configuración, el cambio y la manipulación de piezas en el piso. Los fabricantes necesitan automatizar la programación y la simulación fuera de línea (consulte la Figura 1). Es decir, el software desarrolla instrucciones para todo el ciclo, desde la presentación de los cortes en bruto hasta la eliminación de las piezas formadas, apilándolas en un palet o depositándolas en un contenedor. Luego, el programador revisa lo que se ha desarrollado en el software, ajusta ciertos aspectos si es necesario y luego envía ese programa al piso.

FIGURA 1. El software simula el ciclo de plegado robótico completo, desde la selección de piezas en bruto hasta el apilamiento de piezas. El software también puede calcular la posición de la pinza y las mejores copas para agarrar la pieza.

Ya no enterrados en las minucias de la flexión robótica, los programadores ahora pueden profundizar más en la estrategia de flujo parcial. Una vez que esto sucede, un fabricante puede automatizar los trabajos de plegado que tengan más sentido para el rendimiento general.

Cuando se trata de minucias, la flexión robótica no falta. Considere primero cómo se presentan y sujetan las piezas. El programa necesita saber cuántas piezas se pueden colocar en cada palé de forma segura y consistente. Una vez que el palé llega a la celda de plegado, se escanea un código QR que notifica al software de control de producción que el palé está preparado y listo para funcionar. Ese código también llama al programa apropiado.

Luego viene el agarre real de la pieza. Un robot puede agarrar una pieza, dirigirse a una mesa de centrado y sujeción, donde suelta y vuelve a sujetar la pieza para asegurarse de que se sujete en la posición correcta (consulte la Figura 2). Para eliminar ese primer paso, algunas células de plegado utilizan palets que presentan las piezas en ángulo, centrando las piezas antes de que el robot las agarre. Esto significa que no es necesario referenciar la pieza en la mesa de centrado y reagarre antes del primer pliegue.

Luego viene el agarre en sí. Por supuesto, es necesario tener en cuenta los cortes dentro del espacio en blanco, pero también la naturaleza de la superficie del material. Las ventosas manejan con seguridad materiales magnéticos y no magnéticos, con pinzas "inteligentes" que activan y desactivan ciertas ventosas para manipular el trabajo. Sin embargo, las copas en sí deben diseñarse para adaptarse a diferentes superficies de chapa, incluidas las aceitosas. Al agarrar la pieza, algunos sistemas integran un sistema de soplado de aire que limpia la superficie del exceso de aceite y otros desechos antes de que las copas agarren y obtengan un agarre seguro en la superficie.

Luego viene el proceso de pelado, es decir, cuando el robot "pela" una sola hoja de la pila de espacios en blanco precentrada. El robot se mueve en un movimiento de varios ejes, mientras que un sistema magnético o basado en cepillos asegura que los espacios en blanco se separen, para evitar la recolección doble (particularmente crítica para láminas delgadas). Luego, el robot lleva la pieza en bruto a un dispositivo de medición de espesores para verificar que solo tiene una pieza (consulte la Figura 3).

Luego viene el propio ciclo de plegado, una de las tareas más complicadas y complicadas que puede realizar un brazo robótico articulado. Como punto de partida, el sistema debe verificar que se active el número correcto y suficiente de copas para sujetar la pieza de forma segura. Esto comienza con los agarres iniciales y continúa a lo largo del ciclo de doblado.

La tecnología de pinzas también juega aquí un papel clave. Algunas pinzas integran múltiples métodos de agarre, incluidas abrazaderas y ventosas. Y hoy en día, algunas pinzas modifican su área de superficie a lo largo del ciclo de plegado. Al comienzo del ciclo, es posible que el efector final necesite agarrar una gran superficie de agarre. Aquí, las "alas" de las ventosas giran hacia afuera para expandir el alcance de la pinza (consulte la Figura 4). A mitad del ciclo, la pinza retrae sus alas y, si es necesario, puede pivotar, proporcionando un eje de movimiento adicional para manipular el trabajo de una curva a otra, mitigando la necesidad de volver a agarrar y evitando colisiones con herramientas, topes traseros y cualquier cosa. otra cosa que podría alterar la posición de la pieza de trabajo en la pinza. Es una ciencia sutil.

Así como agarrar es una ciencia sutil, también lo es volver a agarrar. Debido a que la pinza puede girar 360 grados, no es necesario que suelte la pieza durante todo el trabajo. Posiciona el panel para el primer pliegue, sostiene el reborde mientras se balancea hacia arriba (para evitar que la deflexión de la lámina afecte la precisión del pliegue), retira el trabajo después de que el juego de herramientas libera el pliegue de la presión, luego gira y se mueve inmediatamente al siguiente pliegue, no se requiere volver a agarrar.

Ahora imagine una pieza más pequeña con cuatro pliegues, solo que esta vez, los atributos de la geometría de la pieza (como los recortes interiores o la ubicación del pliegue) requieren que la pinza se reposicione entre los pliegues. Dicho esto, debido a que se trata de una pieza pequeña, en realidad se puede volver a agarrar en la máquina. La pinza sigue la brida hacia arriba para la primera curva, permanece sujeta mientras retira la pieza de trabajo de la herramienta, luego gira la pieza para la segunda curva y la desliza sobre el troquel y contra el tope trasero. El punzón desciende hasta pellizcar el metal. Esto "sujeta" efectivamente el material en una posición conocida y permite que la pinza se suelte y se reposicione en una nueva ubicación. Una vez que está seguro, comienza el ciclo de doblado y la pinza sigue la brida hacia arriba.

Ahora imagine esa misma parte, solo que más grande. Si el robot realizara la misma estrategia de agarre, la física se interpondría, específicamente, la desviación. Todo iría bien hasta que el robot posicionara la pieza para el segundo pliegue. El herramental sujetaba el trabajo, la pinza se soltaba y la brida se doblaba por su propio peso, lo que dificultaba el posicionamiento y la precisión de doblado para el resto de la secuencia de doblado. En estos casos, el robot necesita llevar piezas más grandes a la estación de reagarre, donde vuelve a agarrar y continúa con los plegados posteriores (ver Figura 5).

FIGURA 2. Se lleva una pieza a una mesa de centrado para garantizar que el efector final sujete la pieza en la posición correcta.

Luego viene la descarga de piezas y, de nuevo, es una ciencia sutil. El apilamiento de paneles rectangulares suele ser sencillo, con una ligera rotación de cada parte que garantiza que la pila permanezca estable a medida que se transporta aguas abajo. La descarga de piezas pequeñas en un contenedor es igualmente sencilla. Algunos paneles grandes pueden incluso apilarse verticalmente.

Hoy en día, los algoritmos han automatizado con éxito la mayor parte de la programación para el apilamiento, a excepción de las partes extremadamente irregulares. Se está investigando para desarrollar algoritmos que automaticen la programación del apilamiento de piezas complejas, con las piezas "anidadas" una encima de la otra en orientaciones específicas, todo para garantizar una pila estable. Por ahora, los programadores pueden desarrollar manualmente el programa de apilamiento de partes irregulares dentro del software de simulación antes de probar el concepto de apilamiento en el piso.

Tal apilamiento sigue siendo una de las últimas tareas de programación que no está automatizada. Todo lo demás (selección de herramientas, programación de pliegues, movimientos de robot y pinzas, estrategias de agarre, presentación de piezas) ahora está a cargo del software.

Esto, a su vez, cambia la naturaleza de lo que significa ser un programador y supervisor de plegadoras robóticas. En lugar de centrarse en todas las minucias de plegado, se centran en el flujo de piezas, qué funciona mejor para la automatización, qué funciona mejor para la operación manual y qué trabajos podrían beneficiarse de ambos.

Imagine que es un supervisor de plegadoras que administra un departamento de doblado con una colección de dobladoras manuales junto con una celda de doblado automatizada con cambio automático de herramientas. Esa celda automatizada está configurada para una producción de alta mezcla, con una colección de paletas de entrada y salida, cada una de las cuales está diseñada para manejar diferentes partes. Además, esa celda opera con la cama al nivel del piso, por lo que puede usarse en "modo manual", con el robot bloqueado y fuera del camino y un operador manipulando piezas a través de la secuencia de plegado.

Todo esto le brinda una gran cantidad de opciones, y la toma de decisiones comienza en el punzonado y el corte por láser. Por ejemplo, digamos que una pieza de trabajo con un recorte interior realmente no se puede doblar automáticamente; la pinza simplemente no tiene el área de superficie que necesita para sujetar y sostener la pieza, y la pieza es demasiado grande para ser sostenida por las abrazaderas de borde de la pinza.

En este caso, la solución podría estar en el corte por láser. En lugar de cortar las geometrías interiores de cada perfil de pieza, el láser puede cortar un corte con una serie de microjuntas. Esto le da a la pinza del robot de doblado el área de la superficie que necesita agarrar, después de lo cual se podría quitar esa babosa interior con micropestañas en su lugar.

Digamos que la misma pieza requiere las abrazaderas de borde de la pinza para sujetar la pieza durante los dobleces finales; sin embargo, de nuevo, ¿qué pasa si la pieza no tiene suficiente área de superficie para que esto suceda? Aquí, agregar una pestaña de sacrificio, ya sea cortada con microjuntas o perforada con una herramienta para crear un borde separable, podría ser una opción.

¿Qué pasa con una pieza demasiado pequeña para que la prensa plegadora robótica de la empresa la forme? Una opción es usar un freno robótico con efectores finales que tengan ventosas y abrazaderas de presión diseñadas para piezas pequeñas. Sin embargo, esa no es la única opción.

Imagine una serie de soportes pequeños juntos en un "mini-nido" en una punzonadora con descarga y apilamiento de piezas automatizado. Ese mini-nido tiene un doble propósito: proporciona suficiente área de superficie para que los pequeños espacios en blanco se apilen automáticamente después de perforar y para que otro robot agarre las piezas (todavía en el mini-nido) para doblarlas. Solo después de doblar las piezas requieren intervención manual, ya que los operadores separan los soportes formados antes de enviarlos al acabado y montaje.

FIGURA 3. Una pinza "pela" la pieza de una pila que, presentada en ángulo, precentra las piezas, por lo que el robot no necesita visitar una estación de centrado antes de llevar la pieza al área de trabajo. Luego, la pieza se lleva a un dispositivo de medición de espesor, que verifica si hay doble recolección.

Aquí es donde entra en juego el pensamiento general de toda la empresa. Supongamos que el departamento de montaje tiene una gran área de preparación de kits donde media docena de empleados clasifican los lotes y arman las piezas que necesitan los ensambladores. Con corte y doblado flexibles aguas arriba, ¿podría cambiarse el flujo de piezas para simplificar o incluso eliminar la necesidad de esa área de preparación de kits?

En la celda de doblado, se pueden secuenciar múltiples paletas de entrada y salida para un armado más eficiente directamente después de la formación, todo mientras se tienen en cuenta los cambios de herramientas (consulte la Figura 6). El software puede secuenciar diferentes partes en un kit que comparten herramientas comunes o permiten cambios automáticos rápidos de herramientas.

Cada palet dentro de la celda automatizada todavía lleva pilas de una pieza, no un kit de piezas diferentes, lo que le da flexibilidad al sistema en caso de que el flujo de piezas desde arriba varíe inesperadamente. (¿Qué pasa si solo cuatro piezas de un kit de cinco piezas están disponibles para que el robot las doble?) Dicho esto, el sistema puede funcionar con varias tarimas. A medida que se retiran las tarimas de la celda, fluyen aguas abajo en pequeños lotes que se pueden armar rápidamente.

¿Qué sucede si el robot puede formar una parte casi en su totalidad, a excepción de las últimas curvas? Es posible que el robot tenga problemas para sujetarlo o que la geometría doblada final sea difícil de apilar. En este caso, el robot podría realizar la mayor parte del trabajo de formado sin supervisión durante la noche. Cuando los operadores llegan por la mañana, recuperan la pila y realizan los últimos pliegues manualmente, ya sea con un freno manual o con la celda de doblado del robot en modo manual. (Cuál elegir dependerá de las capacidades y la capacidad disponible de las máquinas en el departamento de plegado).

Puede sonar extraño automatizar solo una parte de un trabajo: ¿Por qué no simplemente formar el trabajo manualmente en su totalidad? El trabajo de formación podría ser desafiante y difícil de manejar, al menos hasta las últimas curvas. Además, la mayoría de las veces, el personal de plegado probablemente no esté disponible, por lo que el taller simplemente debe automatizarse para satisfacer la demanda.

Todos conocen la desafortunada realidad: los operadores de plegadoras con experiencia son difíciles de encontrar. La idea detrás de la automatización de plegado flexible es hacer el mejor uso del talento de plegado que tienen los fabricantes.

Las prensas plegadoras robóticas pueden procesar una amplia gama de piezas, desde recintos simples hasta trabajos que requieren un doblado incremental complejo (por golpes), con los efectores finales del robot guiando el trabajo de manera segura a través de cada golpe. Pero el conformado de chapas es un proceso extraordinariamente complejo y no todas las piezas son adecuadas para el robot. Algunas piezas pueden requerir herramientas especiales. La tecnología robótica y de agarre ha recorrido un largo camino, pero no pueden resolver todos los desafíos de formación. Puede ser difícil manipular o quitar una pieza después del doblez final. Las piezas que salen de una punzonadora con orificios extruidos u otras formas pueden hacer que el apilamiento sea difícil y poco fiable. Algunas formas hechas en el punzón son fácilmente apilables, pero otras no, dependiendo de su tamaño, número y ubicación en el perfil en blanco.

La formación manual de estos trabajos podría seguir siendo la mejor opción, y aún pueden ofrecer capacitación y experiencia tanto para novatos como para veteranos de taller. Después de todo, una pieza que es difícil de agarrar y apilar para un robot no es necesariamente difícil de formar manualmente para una persona.

Al mismo tiempo, la automatización del plegado brinda al personal la oportunidad de pensar estratégicamente. ¿Qué piezas necesitan los ensambladores y cuándo? ¿Cuál es la mejor manera de presentárselo? ¿Dónde ocurre el kitting y dónde podría ocurrir? ¿Tiene sentido que las piezas pequeñas se rompan después de doblarlas, especialmente si esos bordes no están expuestos y no requieren desbarbado?

Lo más importante es que el plegado automatizado en la prensa dobladora ya no se limita a trabajos de gran cantidad, aunque con algunas excepciones. Una operación podría optar por automatizar un trabajo desafiante con herramientas especiales, agarre y apilamiento "anidado" de formas inusuales. Estos trabajos aún requieren algo de tiempo de programación, por lo que la cantidad seguirá siendo un factor en la decisión de automatizar o no.

Sin embargo, fuera de estos casos especiales, la programación puede realizarse en minutos, las pinzas son flexibles y los cambios de herramientas están automatizados. Reúna todos estos avances y creará una operación de plegadora robótica donde el volumen de la pieza ya no es el factor decisivo.