智能工廠：全自動靈活生產(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，同時市場需求是制造價格越來越低，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，一家精密動力刀座制造商。解決方案顯而易見：一個完全自動化的生產(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？因為夾具，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，通過進行一系列緊密協(xié)調(diào)的測量和測試工作，克服了這些障礙。在WTO新智能工廠中，所有流程都是自動化的，機器人放入部件，更換裝夾裝置，無人駕駛運輸系統(tǒng)將所有東西從A點運送到B點。自2022年底以來，動力刀座的一個部件的生產(chǎn)一直在自動運行，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)三年以來的一個里程碑。

智能工廠是唯一的選擇

WTO的總部設在奧芬堡附近的Ohlsbach，遠離主要城市，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先生認識到這一點，并于2016年開始思考解決方案。“熟練工人是一個難題，成本上升是另一個難題。因為我們是國際化經(jīng)營，競爭壓力很大。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在德國的位置，所以必須做出反應，以確保公司能長期保持競爭力。我們的未來依賴于智能工廠——全天候生產(chǎn)和全自動操作。這給我們帶來了競爭優(yōu)勢，也讓我們能吸引更多高素質(zhì)的人才?！?/p>

尋找獨家合作伙伴

對于這個龐大的項目，WTO需要一個夾具設備的獨家合作伙伴，這家公司必須能給出承諾，并具備專業(yè)知識和適合的技術。“我們的項目團隊制定了技術細節(jié)，包括：我們?nèi)绾窝b夾工件，如何實現(xiàn)裝夾自動化，以及如何自動更換裝夾裝置？目標是讓機器完全自主地執(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?！盩schiggfrei先生說。智能工廠的概念確認后，下一步就是尋找合作伙伴。由于WTO和Hainbuch已經(jīng)在多個國際項目上成功合作，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提出的設計方案被采納。

按下啟動按鈕

WTO現(xiàn)有的生產(chǎn)車間擁有50多臺數(shù)控機床。這些機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完成。在智能工廠中實施的第一個完全無人化的制造過程是生產(chǎn)一個外殼，先進行軟加工，然后進行硬加工。Tschiggfrei先生進一步解釋說：“智能工廠中的機器都是新的。這些標準的機器都經(jīng)過專門的改造，以適用機器人自動切換裝夾裝置。”HAINBUCH將為四臺機器配備夾具系統(tǒng)。一個生產(chǎn)單元中是兩臺車削/銑削中心，配備的內(nèi)部夾持漲裝置在主副軸上；另一個單元中是兩臺外圓磨床，一臺配備外夾夾具，另一臺配備內(nèi)漲夾具。Hainbuch配備了一個標準的卡盤用于在磨削時從外部夾緊——TOPlus AC 100軸向后拉卡盤。無論是哪種外殼，都有18個夾持單元可供選擇，每一個都包含帶有定位塊的夾頭，它們可以在卡盤上自動快換。對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)了一個特定的芯軸。

對夾具的嚴格要求

Hainbuch自動化部門的設計工程師Bj?rn Schiesling從一開始就參與了這個項目，他認為對于自動化有一些必須考慮的基本要求。快換夾具的自動化中缺失了什么？答案是清潔接觸表面的員工。即使是最小的污垢顆粒也會導致精度不夠。然后是安全檢查。主軸能轉(zhuǎn)動嗎？預拉是否正確？位置正確嗎？有東西松動嗎？一般來說，所有事項都由操作員正常檢查和調(diào)整，而自動化則改變了情況。對我們來說，在裝夾裝置中實施這些檢查是一個巨大的挑戰(zhàn)。當然，我們還必須與機器制造商合作，通過監(jiān)測行程位置來實現(xiàn)控制技術。例如，提供裝夾裝置中的通道以實現(xiàn)氣檢，從而可以實施氣檢。但機器制造商必須安裝氣體供應裝置以及能與機器控制系統(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?！盨chiesling說。

安全優(yōu)先

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

Hainbuch的工作超出大家的預期

WTO研磨部門經(jīng)理Philipp Wu?ler最初對這一切是否能實現(xiàn)心存疑慮?！靶疫\的是，結果超出我的預期。這些夾具滿足所有的要求，無論是清潔、精度以及非常重要的重復性。每次更換芯軸時，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，這種自動化制造過程將安裝時間縮短了25%，原來需要手動更換和找正夾爪，并修磨卡盤以確保精度?！皬U品率也大幅下降，幾乎為零。這是因為過去的夾持不太準確。現(xiàn)在我們在定位塊進行軸向后拉式夾持，更為準確。一旦開始加工工件，我就能知道下一個設置過程將運轉(zhuǎn)良好。這意味著我再也不用擔心裝夾裝置了。”Wu?ler補充道。對于WTO來說，顯而易見的是：如果夾持更安全，那么整個過程也更安全。

員工現(xiàn)在只需在指揮中心工作

“智能工廠的設計讓原材料輸送成為唯一的人工操作。一個無人運輸系統(tǒng)甚至會把成品外殼揀起來，在生產(chǎn)單元中進行檢查和測量，然后把它們從機器中取出并放入倉庫。智能工廠包括一個指揮中心和用于規(guī)劃制造過程和編程的辦公室。夾具和自動化操作參數(shù)的定義也在那里進行。”Tschiggfrei先生說。進一步的項目已經(jīng)在計劃當中，Hainbuch將再次提供夾具并參與啟動過程。Tschiggfrei先生總結道：“我們非常滿意。我們希望有一個合作伙伴一起開展這個開發(fā)項目。HAINBUCH把一切都做到盡善盡美。Schiesling先生和Wu?ler先生對這個項目充滿熱情。只有這樣的人才能成功完成這項了不起的工作。在我看來，結果超出我們的預期。”

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力刀座的領先者。通過投資4000萬歐元的智能工廠，他們正在為小批量制造設定數(shù)字化和自動化的標準。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)展而設計，使用可再生能源。它有一個光伏系統(tǒng)，生產(chǎn)中的廢料可用于加熱。這相當于每年節(jié)省近1000噸二氧化碳。

芯軸夾具從內(nèi)部夾緊工件。

預裝配的芯軸準備好進行自動裝夾裝置的快換。

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

帶定位塊的夾頭自動插入帶軸向后拉的TOPlus AC 100卡盤。