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

Históricamente, para que el doblado de plegadoras robóticas tuviera sentido económico, un trabajo debía ser de cierto volumen en un taller de fabricación de metales. Sin embargo, eso está empezando a cambiar en toda la industria.

Incluso hoy en día, las 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 mal colocadas o una ausencia inesperada de un empleado. Muchas veces los problemas surgen por falta de información. Quizás una pieza se diseñó sin las herramientas adecuadas en mente, por lo que el operador o supervisor del freno se ve obligado a adaptarse, formando múltiples piezas de prueba para lograr que el programa de plegado sea perfecto.

La programación de curvas sin conexión 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 de la fibra o la variación del espesor. El freno dobla el material, mide el ángulo y luego completa el doblado de aire con precisión.

Agregue la capacidad de la plegadora para cambiar las herramientas automáticamente y cambiará dramáticamente el departamento de conformado. Las máquinas ya no deben producir grandes lotes para “ahorrar en 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 formación sea más flexible que nunca, salvo un problema: la falta de gente. Una plegadora no puede funcionar sin un operador, a menos que robotice la operación. Aún así, persiste el problema de la flexibilidad. Históricamente, las células plegadoras robóticas no han sido conocidas por su capacidad de adaptación. Eso, sin embargo, ha empezado 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 evolución de la tecnología de agarre y una celda de plegado estratégicamente diseñada, y la decisión de automatizar o no cambiará. La prensa plegadora robótica finalmente se está volviendo flexible.

Hable con muchos propietarios de talleres y supervisores de departamentos 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 freno robótico de gran tamaño forma piezas grandes y pesadas que a los operadores les resultaría agotador formar manualmente.

Sin embargo, en la mayoría de los casos, la cuestión de si automatizar a menudo se reduce al volumen, principalmente para amortizar la configuración inicial. Si un operador necesita pasar tiempo con un dispositivo manual para llevar cuidadosamente la pieza 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 recubren el perímetro. El diseño de todas esas pinzas garantizó que una celda de doblado pudiera formar una variedad de piezas, pero el proceso llevó tiempo y añadió numerosas complicaciones. Una vez más, 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 que esa celda automatizada necesitaba para producir muchos kits durante un período determinado.

Esto siguió siendo cierto incluso si todo se simulara primero fuera de línea. Esto minimizó el tiempo que el personal de configuración dedicaba a una consola de programación, pero la simulación y la programación aún requerían tiempo y recursos. Las personas que (al menos en el caso ideal) conocen 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 con una alta mezcla de productos, no basta con automatizar la configuración, el cambio y la manipulación de piezas en el piso. Los fabricantes necesitan automatizar la programación y simulación fuera de línea (consulte la Figura 1). Es decir, el software desarrolla instrucciones para todo el ciclo, desde la presentación de los espacios en bruto cortados hasta la retirada de las piezas formadas, su apilamiento en un palet o su colocación en un contenedor. Luego, el programador revisa lo que el software ha desarrollado, ajusta ciertos aspectos si es necesario y luego envía ese programa al piso.

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

Ya no sumergidos en las minucias del doblado robótico, los programadores ahora pueden profundizar más en la estrategia de flujo de piezas. 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, no falta la flexión robótica. Consideremos primero cómo se presentan y sujetan las piezas. El programa necesita saber cuántas piezas se pueden colocar en cada palet 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 la parte realmente apasionante. Un robot puede agarrar una pieza y dirigirse a una mesa de reagarramiento y centrado, donde libera y vuelve a agarrar la pieza para asegurarse de que esté sujeta en la posición adecuada (consulte la Figura 2). Para eliminar ese primer paso, algunas células de doblado utilizan paletas que presentan las piezas en ángulo, centrando las piezas antes de que el robot las agarre. Esto significa que no es necesario hacer referencia a la pieza en la mesa de centrado y reagarre antes del primer plegado.

Luego viene el agarre mismo. Por supuesto, es necesario tener en cuenta los recortes dentro del espacio en blanco, pero también la naturaleza de la superficie del material. Las ventosas manejan de forma segura materiales magnéticos y no magnéticos, con pinzas "inteligentes" que activan y desactivan ciertas copas para manipular el trabajo. Sin embargo, las propias copas 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 residuos antes de que las copas se agarren y obtengan una sujeción segura 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 precentrados. El robot se mueve con un movimiento multieje mientras un sistema magnético o basado en cepillos asegura que los espacios en blanco se separen, para evitar la doble recolección (particularmente crítica para láminas delgadas). Luego, el robot lleva la pieza en bruto a un dispositivo de medición de espesor para verificar que tenga una sola pieza (ver Figura 3).

Luego viene el ciclo de plegado en sí, una de las tareas más complicadas y complejas que puede realizar un brazo robótico articulado. Como punto de partida, el sistema debe verificar que se active la cantidad correcta y suficiente de copas para sujetar la pieza de forma segura. Esto comienza con los agarres iniciales y continúa durante todo el ciclo de flexión.

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 alteran su superficie durante el ciclo de curvatura. Al comienzo del ciclo, es posible que el efector final necesite agarrar una superficie de agarre grande. Aquí, las “alas” de las ventosas giran hacia afuera para ampliar el alcance de la pinza (consulte la Figura 4). A mitad del ciclo, la pinza retrae sus alas y, si es necesario, puede girar, 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 otra cosa. cualquier otra cosa que pueda 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 soltar la pieza durante todo el trabajo. Coloca el panel para el primer doblez, sostiene la brida mientras oscila hacia arriba (para evitar que la deflexión de la hoja afecte la precisión del doblez), retira el trabajo después de que el conjunto de herramientas libera la presión del doblez, luego gira y se mueve inmediatamente al siguiente doblez, no es necesario volver a agarrarlo.

Ahora imagine una pieza más pequeña con cuatro pliegues, solo que esta vez, los atributos de 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, el reagarramiento puede ocurrir en la máquina. La pinza sigue la brida hacia arriba para el primer doblez, permanece sujeta mientras retira la pieza de trabajo del herramental, luego gira la pieza para el segundo doblez 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 esté seguro, comienza el ciclo de doblado y la pinza sigue la brida hacia arriba.

Ahora imagina esa misma parte, solo que más grande. Si el robot realizara la misma estrategia de agarre, la física se interpondría en su camino, concretamente la desviación. Todo estaría bien hasta que el robot posicionara la pieza para el segundo doblez. Las herramientas sujetarían el trabajo, la pinza se soltaría y la brida se curvaría por su propio peso, lo que dificultaría el posicionamiento y la precisión del doblado durante el resto de la secuencia de doblado. En estos casos, el robot necesita llevar piezas de mayor tamaño a la estación de reagarrado, donde reagarra y continúa con posteriores plegados (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 adecuada.

Luego viene la descarga de piezas y, nuevamente, 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 mientras se transporta aguas abajo. Descargar piezas pequeñas en un contenedor es igualmente sencillo. 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, excepto las piezas extremadamente irregulares. Se están realizando investigaciones para desarrollar algoritmos que automaticen la programación del apilamiento de piezas complejas, con piezas "anidados" una encima de otra en orientaciones específicas, todo para garantizar un apilamiento estable. Por ahora, los programadores pueden desarrollar manualmente el programa de apilamiento de piezas irregulares dentro del software de simulación antes de probar el concepto de apilamiento en el suelo.

Este apilamiento sigue siendo una de las últimas tareas de programación que no está automatizada. Todo lo demás (selección de herramientas, programación de plegados, movimientos del robot y de las pinzas, estrategias de reagarrado, presentación de piezas) ahora se maneja mediante 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 todos los detalles del 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 plegado con una colección de plegadoras manuales junto con una celda de plegado automatizada con cambio automático de herramientas. Esa celda automatizada está configurada para una producción de alta mezcla, con un conjunto de paletas de entrada y salida, cada una de las cuales está diseñada para manejar diferentes piezas. Además, esa celda funciona con la cama al nivel del piso, por lo que se puede usar en “modo manual”, con el robot bloqueado y apartado y un operador manipulando las 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 corte interior realmente no se puede doblar automáticamente; la pinza simplemente no tiene la superficie que necesita para agarrar y soportar la pieza, y la pieza es demasiado grande para ser soportada 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 en cada perfil de pieza, el láser puede cortar una ranura con una serie de microuniones. Esto le da a la pinza del robot doblador el área de superficie que necesita agarrar, después de lo cual se puede quitar la babosa interior con micropestañas en su lugar.

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

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

Imagine una serie de pequeños soportes juntos en un “mininido” en una punzonadora con descarga y apilamiento automatizados de piezas. Ese mininido tiene un doble propósito: proporciona suficiente superficie para que los pequeños espacios en blanco se apilen automáticamente después de perforarlos y para que otro robot agarre las piezas (aún en el mininido) para doblarlas. Sólo después de doblarlas 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, de modo que el robot no necesita visitar una estación de centrado antes de llevar la pieza al área de trabajo. A continuación, la pieza se lleva a un dispositivo de medición de espesor, que comprueba si hay doble recogida.

Aquí es donde entra en juego el pensamiento global y de todo el negocio. Digamos que el departamento de ensamblaje tiene una gran área de ensamblaje donde media docena de empleados clasifican los lotes y ensamblan las piezas que los ensambladores necesitan. Con corte y doblado flexibles aguas arriba, ¿podría cambiarse el flujo parcial para simplificar o incluso eliminar la necesidad de esa área de montaje?

En la celda de doblado, se podrían secuenciar múltiples paletas de entrada y salida para un ensamblaje más eficiente directamente después del conformado, todo ello teniendo en cuenta los cambios de herramientas (consulte la Figura 6). El software puede secuenciar diferentes piezas en un kit que comparten herramientas comunes o permiten cambios rápidos y automáticos de herramientas.

Cada paleta dentro de la celda automatizada todavía transporta 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 aguas 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 múltiples paletas. A medida que las paletas se retiran de la celda, fluyen hacia abajo en pequeños lotes que se pueden ensamblar rápidamente.

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

Puede parecer extraño automatizar sólo una parte de un trabajo: ¿por qué no simplemente configurar el trabajo manualmente en su totalidad? El trabajo de encofrado puede ser desafiante y difícil de manejar, al menos hasta las últimas curvas. Además, la mayoría de las veces, el personal de doblado probablemente no esté disponible, por lo que el taller simplemente debe automatizarse para satisfacer la demanda.

Todo el mundo conoce la desafortunada realidad: es difícil encontrar operadores experimentados en plegadoras. La idea detrás de la automatización del plegado flexible es aprovechar al máximo el talento que tienen los fabricantes en el plegado.

Las plegadoras robóticas pueden procesar una amplia gama de piezas, desde recintos simples hasta trabajos que requieren un doblado incremental (protuberancia) complejo, con los efectores finales del robot guiando de forma segura el trabajo a través de cada protuberancia. Pero el conformado de chapa 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 avanzado mucho, pero no pueden resolver todos los desafíos del conformado. Manipular o retirar una pieza después del doblez final puede resultar complicado. Las piezas que emergen de una punzonadora con orificios extruidos u otras formas pueden hacer que el apilamiento sea difícil y poco confiable. Algunas formas hechas con el punzón son fácilmente apilables, pero otras no, dependiendo de su tamaño, número y dónde se colocan en el perfil en blanco.

Crear estos trabajos manualmente podría seguir siendo la mejor opción, y aún pueden ofrecer capacitación y experiencia tanto para novatos como para veteranos. 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 ofrece al personal la posibilidad de pensar estratégicamente. ¿Qué piezas necesitan los ensambladores y cuándo? ¿Cuál es la mejor manera de presentárselo? ¿Dónde ocurre el kiting 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 doblado automatizado de la plegadora 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. Junte todos estos avances y creará una operación de plegadora robótica donde el volumen de piezas ya no es el factor decisivo.