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激光切割: 高功率光纤激光切割:用更少的资源做更多的事
材料来源:LFWC           录入时间:2021/8/16 23:15:46

文/Nikki Amico

图1:ByTrans Cross自动化材料加工系统中使用了10kW高速光纤激光器。

在一个不断增长但竞争激烈的市场中,企业正在寻求用更少的资源做更多的事。换句话说,就是用更少的劳动力、更少的空间和更少的开销来提高产量。

Kinney Manufacturing公司是一家合同制造商,能够承接工程、制造、精密加工、机械加工和焊接方面的广泛业务。该公司一直在投资高功率光纤激光器和自动化解决方案,以进一步提高生产率、效率和盈利能力。

该公司使用一个10kW的光纤激光切割系统,该系统配备了全自动材料处理和自动零件分拣系统(见图1),以及机器人折弯单元和机器人焊接系统,用于其自动化加工任务。在评估新的激光技术时,人们通常会考量以下两个关键因素:(1)使用机器在更短的时间内加工更多的材料;(2)能在与旧设备占用厂房面积相同的情况下,完成上述任务。例如,用高功率光纤激光器取代低功率的CO2激光器,制造商就能够满足上诉两项要求,实现一个有效的替代计划。

下一个最重要的问题是:如何以现在的速度,将用更高功率激光切割的零件,送到下一道工序。在寻求自动化方案时,必须实现速度方面的相互匹配。在自动化零件分拣系统中,零件堆放的速度要与10kW光纤激光器切割零件的速度相当。与6kW的CO2激光器相比,该激光器在每个单位时间内,可生产多达5倍的零件,而且还能切割更厚的零件。带有双分拣头的分拣系统,能够将零件卸载到堆栈上,并立即转移到下一个下游工序,因此在加工过程中将存储工作最少化,也不存在人工分拣造成的积压问题。

那么,这一切是如何实现的呢?Kinney Manufacturing公司总裁Randy Kinney指出,“在我们的激光机上加工的所有零件中,98%都会被分类。具有类似结构的常见的装配零件或弯曲零件,可以很容易地一起被分拣,因此能够简单地把它们一起送到下一个操作工序中。”

有了正确的自动化解决方案,操作员就能做到事半功倍。Kinney说,“如果你在材料装卸系统中增加了单个零件拣选能力,那么你将拥有一个无可比拟的优势组合。现在,只需要一名操作员,就能实现装载材料、验证程序和切割顺序、验证质量,并将零件转移到下一个操作工序。在熟练劳动力短缺的情况下,这无疑是一个成功的系统。对操作员来说,这是一种更高级的操作行为,能让他们收获成长;对公司来说,它能帮助公司更好地管理劳动力成本。”

Kinney指出:“自动化使我们能够将节省下来的费用转给我们的客户,同时也能为更多的自动化解决方案进行再投资。有了自动装载、切割、分拣、堆放和机器人折弯技术,我们就有了非常灵活的系统,可以在下班时运行,而且只需很少的监督工作。”

精益思维

人们可能会问,还有什么其他因素会促使制造商考虑这类系统呢?利用精益思维,你需要尽可能少地接触零件,最好是在涉及增值时才接触零件。人工分拣零件时,没有任何增值。在系统将切割的板材堆叠起来后,通常需要大约四个手工分拣员来移动零件和材料,而且存在着一定的人员安全风险。

利用自动化零件分拣系统,就能按照下一个操作工序的要求,对零件进行实时分拣和堆放(见图2)。当分类切割后的零件堆叠完成后,可以立即实现按组或按同类零件移动到下一个操作环节。 

图2:切割后零件的分类和堆放。

通过编程提高效率

正确的编程和控制软件,能进一步提高设备的加工效率。板材上的程序化浮雕切割,使得切割后的零件可以自由地从板材上分离出来,以便进行零件分类。快速和容易制定的切割计划,有助于监测制造过程的能力提升。能够在零件层面存储分类信息是实现这些的关键。动态嵌套(Dynamic nesting)是能够在减少车间在制品(WIP)的同时进行嵌套的最佳方式。一旦程序被创建,它们能很容易地整合到控制中,并在完成后被监控。

由于提高了分类和将零件转移到下一道工序的效率,制造商可以发现将折弯自动化与标准折弯相结合的优势。由于同类零件已经分类在一起,他们可以充分利用优化折弯机的模具设置。

通用零件可以进入机器人折弯单元,而零件系列可以进入标准折弯机,因此,操作员可以同时操作或监控几台机器。如果一台标准折弯机位于两个机器人折弯单元之间,一个操作员就可以在一个班次中管理多个单元。两种类型的折弯操作都有快速的转换时间,可以在整个班次中保持流程的连续性。这允许采用单件流概念,以减少对在制品的存储需求。

折弯软件使这一过程变得快速而简单。零件被离线编程,创建有效的设置表,并为操作员确定工具。Kinney补充说:“这使我们能够充分利用现有的劳动力。在这种精益思维下,可以同时加工50至100个工件。一个平均的工具设置是3-5分钟,每班在机器人折弯单元上有5-6次设置。

下一个创新

Kinney一直在寻求下一个创新出口,以进一步提升创造增值过程的能力。例如,他指出,射频识别(RFID)技术可以在车间内实时跟踪零件,以在尽量减少零件移动的条件下,将零件运送到下一道工序。随后,RFID信息还可以用于为车间的自动导引小车(AGV)创建热图。

车间内的运输是另一项非增值支出,可以使用AGV实现自动化。这项技术可以使零件在整个车间内轻松而有针对性地移动,从而提高材料的流动效率并节省地面空间。

面向未来的再投资

企业可以通过审查制造过程中的每一个步骤,找到减少非增值时间或过程的方法。从整体上看,可以从大局上看同一过程。每个制造商可以调整流程,以创造一个非常精益的过程,在整个过程中尽可能减少非增值步骤。通过这样做,你可以从每个操作中获得最大的收益,使用更少的地面空间和更少的劳动力。所有这些都将创造更快的投资回报,并提升企业对未来进行再投资的能力。


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