智能工廠：全自動(dòng)靈活生產(chǎn)，同樣適用于小批量生產(chǎn)，小批量生產(chǎn)也適合

24/7錐柄的生產(chǎn)線上，使用的是HAINBUCH自動(dòng)快換系統(tǒng)在WTO的智能工廠。

多年來，生產(chǎn)成本急劇上升，同時(shí)市場(chǎng)需求是制造價(jià)格越來越低，此外還缺乏熟練工人。這些都是許多制造商面臨的挑戰(zhàn)，包括WTO，一家精密動(dòng)力刀座制造商。解決方案顯而易見：一個(gè)完全自動(dòng)化的生產(chǎn)車間。批量生產(chǎn)總是依賴于已有的生產(chǎn)方式，但對(duì)于小批量生產(chǎn)，必須開發(fā)新的工藝并將其集成到整體系統(tǒng)中。為什么？因?yàn)閵A具，例如，如果必須每天更換幾次，這在工藝和安全方面提出了巨大的挑戰(zhàn)。WTO與總部位于Marbach的夾具制造商HAINBUCH合作，通過進(jìn)行一系列緊密協(xié)調(diào)的測(cè)量和測(cè)試工作，克服了這些障礙。在WTO新智能工廠中，所有流程都是自動(dòng)化的，機(jī)器人放入部件，更換裝夾裝置，無(wú)人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)將所有東西從A點(diǎn)運(yùn)送到B點(diǎn)。自2022年底以來，動(dòng)力刀座的一個(gè)部件的生產(chǎn)一直在自動(dòng)運(yùn)行，24/7錐柄生產(chǎn)數(shù)量從1到100不等。這是WTO和Hainbuch合作開發(fā)三年以來的一個(gè)里程碑。

智能工廠是唯一的選擇

WTO的總部設(shè)在奧芬堡附近的Ohlsbach，遠(yuǎn)離主要城市，缺乏熟練工人?？紤]到人口的發(fā)展情況，這種情況將繼續(xù)惡化。此外，想成為機(jī)器操作員和愿意輪班工作的人越來越少。WTO董事總經(jīng)理Sascha Tschiggfrei先生認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，并于2016年開始思考解決方案?！笆炀毠と耸且粋€(gè)難題，成本上升是另一個(gè)難題。因?yàn)槲覀兪菄?guó)際化經(jīng)營(yíng)，競(jìng)爭(zhēng)壓力很大。一些公司選擇遷往成本較低的海外，然而我們希望保持我們?cè)诘聡?guó)的位置，所以必須做出反應(yīng)，以確保公司能長(zhǎng)期保持競(jìng)爭(zhēng)力。我們的未來依賴于智能工廠——全天候生產(chǎn)和全自動(dòng)操作。這給我們帶來了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，也讓我們能吸引更多高素質(zhì)的人才?！?/p>

尋找獨(dú)家合作伙伴

對(duì)于這個(gè)龐大的項(xiàng)目，WTO需要一個(gè)夾具設(shè)備的獨(dú)家合作伙伴，這家公司必須能給出承諾，并具備專業(yè)知識(shí)和適合的技術(shù)。“我們的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)制定了技術(shù)細(xì)節(jié)，包括：我們?nèi)绾窝b夾工件，如何實(shí)現(xiàn)裝夾自動(dòng)化，以及如何自動(dòng)更換裝夾裝置？目標(biāo)是讓機(jī)器完全自主地執(zhí)行更換。這就需要具有這種快換能力的裝夾裝置。此外，我們擁有高精度的磨削工藝，最大公差范圍為3 μm。”Tschiggfrei先生說。智能工廠的概念確認(rèn)后，下一步就是尋找合作伙伴。由于WTO和Hainbuch已經(jīng)在多個(gè)國(guó)際項(xiàng)目上成功合作，因此他們是首選的合作伙伴。2019年底，兩家公司開始初步討論，以確定裝夾裝置的要求。Hainbuch提出的設(shè)計(jì)方案被采納。

按下啟動(dòng)按鈕

WTO現(xiàn)有的生產(chǎn)車間擁有50多臺(tái)數(shù)控機(jī)床。這些機(jī)器上的裝夾主要用夾爪（jaw chuck）完成，并且每一次更換和找正的操作都是手動(dòng)完成。在智能工廠中實(shí)施的第一個(gè)完全無(wú)人化的制造過程是生產(chǎn)一個(gè)外殼，先進(jìn)行軟加工，然后進(jìn)行硬加工。Tschiggfrei先生進(jìn)一步解釋說：“智能工廠中的機(jī)器都是新的。這些標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器都經(jīng)過專門的改造，以適用機(jī)器人自動(dòng)切換裝夾裝置。”HAINBUCH將為四臺(tái)機(jī)器配備夾具系統(tǒng)。一個(gè)生產(chǎn)單元中是兩臺(tái)車削/銑削中心，配備的內(nèi)部夾持漲裝置在主副軸上；另一個(gè)單元中是兩臺(tái)外圓磨床，一臺(tái)配備外夾夾具，另一臺(tái)配備內(nèi)漲夾具。Hainbuch配備了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的卡盤用于在磨削時(shí)從外部夾緊——TOPlus AC 100軸向后拉卡盤。無(wú)論是哪種外殼，都有18個(gè)夾持單元可供選擇，每一個(gè)都包含帶有定位塊的夾頭，它們可以在卡盤上自動(dòng)快換。對(duì)于用于車削和磨削的內(nèi)漲夾具，他們基于需求開發(fā)了一個(gè)全新的版本。它是基于現(xiàn)有的MAXXOST211芯軸，不過這種新的帶有安全檢查的版本開發(fā)了一個(gè)特定的芯軸。

對(duì)夾具的嚴(yán)格要求

Hainbuch自動(dòng)化部門的設(shè)計(jì)工程師Bj?rn Schiesling從一開始就參與了這個(gè)項(xiàng)目，他認(rèn)為對(duì)于自動(dòng)化有一些必須考慮的基本要求?？鞊Q夾具的自動(dòng)化中缺失了什么？答案是清潔接觸表面的員工。即使是最小的污垢顆粒也會(huì)導(dǎo)致精度不夠。然后是安全檢查。主軸能轉(zhuǎn)動(dòng)嗎？預(yù)拉是否正確？位置正確嗎？有東西松動(dòng)嗎？一般來說，所有事項(xiàng)都由操作員正常檢查和調(diào)整，而自動(dòng)化則改變了情況。對(duì)我們來說，在裝夾裝置中實(shí)施這些檢查是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。當(dāng)然，我們還必須與機(jī)器制造商合作，通過監(jiān)測(cè)行程位置來實(shí)現(xiàn)控制技術(shù)。例如，提供裝夾裝置中的通道以實(shí)現(xiàn)氣檢，從而可以實(shí)施氣檢。但機(jī)器制造商必須安裝氣體供應(yīng)裝置以及能與機(jī)器控制系統(tǒng)通信的傳感器。在通往最終解決方案的道路上有許多障礙，但我們成功地克服了它們。”Schiesling說。

安全優(yōu)先

對(duì)于內(nèi)漲夾具，Hainbuch還考慮改變夾持漲套和定位塊。在評(píng)估了安全性、準(zhǔn)確性和污染等方面，并比較了不同方法后，很明顯，只有預(yù)先配備芯軸才能確保安全?，F(xiàn)在，磨削單元和車削/銑削單元各有10個(gè)MAXXOS芯軸和centroteX AC快換接口。這些都可供不同外殼與適合的設(shè)置來進(jìn)行選擇，并由機(jī)器人自動(dòng)進(jìn)行快換。

Hainbuch的工作超出大家的預(yù)期

WTO研磨部門經(jīng)理Philipp Wu?ler最初對(duì)這一切是否能實(shí)現(xiàn)心存疑慮。“幸運(yùn)的是，結(jié)果超出我的預(yù)期。這些夾具滿足所有的要求，無(wú)論是清潔、精度以及非常重要的重復(fù)性。每次更換芯軸時(shí)，我們的誤差都在要求的3μm范圍內(nèi)?！盬u?ler滿意地說。與原來的方法相比，這種自動(dòng)化制造過程將安裝時(shí)間縮短了25%，原來需要手動(dòng)更換和找正夾爪，并修磨卡盤以確保精度?！皬U品率也大幅下降，幾乎為零。這是因?yàn)檫^去的夾持不太準(zhǔn)確?，F(xiàn)在我們?cè)诙ㄎ粔K進(jìn)行軸向后拉式夾持，更為準(zhǔn)確。一旦開始加工工件，我就能知道下一個(gè)設(shè)置過程將運(yùn)轉(zhuǎn)良好。這意味著我再也不用擔(dān)心裝夾裝置了。”Wu?ler補(bǔ)充道。對(duì)于WTO來說，顯而易見的是：如果夾持更安全，那么整個(gè)過程也更安全。

員工現(xiàn)在只需在指揮中心工作

“智能工廠的設(shè)計(jì)讓原材料輸送成為唯一的人工操作。一個(gè)無(wú)人運(yùn)輸系統(tǒng)甚至?xí)殉善吠鈿饋恚谏a(chǎn)單元中進(jìn)行檢查和測(cè)量，然后把它們從機(jī)器中取出并放入倉(cāng)庫(kù)。智能工廠包括一個(gè)指揮中心和用于規(guī)劃制造過程和編程的辦公室。夾具和自動(dòng)化操作參數(shù)的定義也在那里進(jìn)行?！盩schiggfrei先生說。進(jìn)一步的項(xiàng)目已經(jīng)在計(jì)劃當(dāng)中，Hainbuch將再次提供夾具并參與啟動(dòng)過程。Tschiggfrei先生總結(jié)道：“我們非常滿意。我們希望有一個(gè)合作伙伴一起開展這個(gè)開發(fā)項(xiàng)目。HAINBUCH把一切都做到盡善盡美。Schiesling先生和Wu?ler先生對(duì)這個(gè)項(xiàng)目充滿熱情。只有這樣的人才能成功完成這項(xiàng)了不起的工作。在我看來，結(jié)果超出我們的預(yù)期?！?/p>

用戶：WTO Werkzeug-Einrichtungen GmbHWTO

是位于Ohlsbach的第二代的家族企業(yè)，擁有280名員工，今年他們迎來了成立40周年。WTO是開發(fā)和制造用于數(shù)控車削中心的精密動(dòng)力刀座的領(lǐng)先者。通過投資4000萬(wàn)歐元的智能工廠，他們正在為小批量制造設(shè)定數(shù)字化和自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)。這座14000平方米的新建筑包括9000平方米的智能工廠和5000平方米的辦公大樓。該智能工廠也為可持續(xù)發(fā)展而設(shè)計(jì)，使用可再生能源。它有一個(gè)光伏系統(tǒng)，生產(chǎn)中的廢料可用于加熱。這相當(dāng)于每年節(jié)省近1000噸二氧化碳。

芯軸夾具從內(nèi)部夾緊工件。

預(yù)裝配的芯軸準(zhǔn)備好進(jìn)行自動(dòng)裝夾裝置的快換。

對(duì)于不同的外殼的生產(chǎn)，有18個(gè)夾持組合可供選擇，每一個(gè)都包含帶有定位塊的夾頭。

帶定位塊的夾頭自動(dòng)插入帶軸向后拉的TOPlus AC 100卡盤。