自动化和摩擦制作：采用模具生产

虽然自动化现在已经存在了一段时间，但它最近在模具制造业中获得了突出的突出，因为水制造商不断努力降低成本并缩短进一步，同时保持在永无止境的任务中的质量和准确性，以在国内和国际上竞争。在模具设计和构建过程的各个方面都将自动化提高了设备​​利用和简化操作，但自动化操作并不容易任务 - 模具设计师，制造商需要改变他们的方式，他们考虑他们的流程并考虑设计的每个部分的方式。建立过程可以通过自动化受益（请参阅检查过程侧边栏）。

几家机械加工设备、电火花机床、软件和部件的领先制造商分享了他们对自动化最新进展的想法和经验，以及模具设计师、工程师、模具制造商和模具装配工以及整个过程对车间的意义。他们还讨论了行业在自动化方面面临的挑战，以及针对这些挑战的一些推荐解决方案。

EDM /加工

进步
电火花加工和机械加工等技术在模具设计和制造过程中日益普及的自动化使用中发挥着至关重要的作用。电火花加工设备制造商Charmilles的市场经理Gisbert Ledvon看到了模具制造业向“制造方式”的转变。“模具制造商必须考虑削减成本和安装时间，”他解释道。因此，设备制造商正在创建“模具生产单元”，这在9月份的IMTS展会上很突出。电池应该包含一个高速石墨研磨机，最好具有1G的高加速度，所有轴上都有玻璃刻度，以获得最大的精度和重复性。石墨铣床应该连接到一个机器人，这个机器人可以给两台机器送纸——在这种情况下，一台石墨铣床和一台喷墨机。为了减少抛光时间，喷墨技术将能够完成模具零件的抛光，而无需手工抛光。”

米克龙美国公司(伊利诺斯州林肯郡)是一家高速和高性能加工中心的供应商，根据该公司销售副总裁Mal Sudhakar的介绍，在美国领先的模具工厂中取得成功的关键在于对现代高速加工和电火花技术以及自动化的投资。他指出:“面对降低劳动力成本的激烈国际竞争，以及市场要求缩短交货期的无情压力，模具制造商已经越来越多地实现高速加工和电火花加工的自动化。”“这一趋势将在未来几年保持快速增长。一个模具厂一年的工作时间为8760个小时，一个单班制的模具厂工作时间减少到2000个小时。实际的加工时间可能只有2000小时的50%或60%，这取决于安装和工作准备的时间。随着自动化，有巨大的未开发的潜力，以提高生产能力的高速电机和电火花机，并减少劳动力成本和交货周期。此外，这为模具车间提供了在该设备上处理多个工作的可能性，从而进一步减少交货时间。”

国内和全球竞争的压力使得制造商改变了他们的思维方式和他们的工作方式，Systems 3R USA Inc.的首席执行官Henrik Sedvallson -A - 制造生产力工具的供应商。他指出，“更加智能意味着获得更高的制造业效率和提高生产力，”

Makino（Mason，OH）的产品线经理William Howard -a卧式加工中心，垂直加工中心，电线EDM和RAM EDM机的制造商，以及石墨加工中心 - 扩展这些思想，加入了成功采用自动化的自动化车间是关于增加设备利用率，以减少 - 甚至消除制造过程中与“非增值时间”相关的成本和时间。“更高的设备利用率将通过在同一台机器上的时间内生产更多的部件来实际降低制造成本，”霍华德州。“另外，通过在相同的时间内产生更多的时间线 - 即将减少，这也会影响与模具制造过程的所有元件相关的承载成本（即购买的组件，设备成本，原料等）。

Like Charmilles’ Ledvon, Howard sees the industry streamlining the manufacturing process by consolidating multiple processes and operations onto a single machine, thereby reducing manufacturing complexity and the number of process steps, which helps improve part quality and precision, collapses the manufacturing time and makes the mold builder more responsive to the market. “Automation, in one form or another, facilitates all of the above advancements in the quest for global competitiveness in the moldmaking market.”

以下是影响自动化的具体进步，霍华德指出：

• VMCS上的自动工作件（垂直加工中心）有助于一个模腔/组件的设置/撕开，而另一个是制造的。这可以显着提高机器的主轴利用 - 并显着影响单个主轴机上的机器利用率和吞吐量。添加托盘换更换器还允许在夜间和周末进行机器的无人看管的操作 - 进一步降低成本，提高生产率和切割进入。
• 多部分工作变换器（专用于单机）是通过将工作流量更大的数量和各种工作流程从机器进行自动化来增加机器的不同手段。通常，这些类型的系统可以由机床构建器或来自第三方供应商提供。
• 机器人装载提供了一种可用于将工作流程（铣床或EDM机器）的工作流动自动化，这取决于应用程序。这种方法可以显着提高机器的利用（或机器分组），并显着影响利用率和吞吐量。依赖的操作（即：Graphite电极制造和EDM'ing）可以容易地将机器人作为普通材料处理部件组合成瘦生产电池。先进的软件将管理电极和模具材料的遵循，以确保高生产率和性能来安排。添加机器人材料处理系统提供了大（可扩展的）队列的工作件和材料，其进一步增强了夜间和周末的机器（或机器）的无人看管操作。

Brad Evans，Alpha工作解决方案的国家销售经理（Hartland，Wi）-A永久电磁工程和物料处理产品的制造商 - 也看到了机器人负荷和卸载细胞的使用增加。“这些细胞的添加将提高模具制造者的生产率，同时降低了整体运营成本和减少了直接措施”。

Charmilles的Ledvon描述了这些自动化单元如何影响模具设计和制造过程。“看看工作流程，石墨块安装在电极支架上(像System 3R Macro)，工件安装在托盘上。这两种材料都装入机器人库中，现在细胞控制软件指示机器人将电极坯料装入铣床，铣床完成电极，机器人将其装入电极库中。当部分电极完成后，机器人将电极和工件毛坯装入喷墨机，完成包括抛光在内的整个模腔。第二天或早上，整个模具都是在没有人为干预的情况下制作的。这是模具生产的实际情况。”

System 3R的Sedvallson补充道:“自动化是电火花加工和精密生产之间的桥梁。“跨过这座桥的公司一定会成功。”

Mikron’s Sudhakar predicts an increasing availability of HSM and EDM machines with automation capabilities, more smart machining capabilities on machines to allow reliable unmanned operations, the integration of multiple processes such as HSM and EDM for the flow of both material and information, and the increasing use of a workshop management system to manage the complex flow of orders through the shop.

挑战/解决方案
第一次和最重要的挑战在您商店中实施自动化是明显的前线成本，霍乱的凯诺断言。他强调，“在模具供应商之间的一个极端成本竞争力的环境中，它似乎适得其反，投资资本（即：不生产设备）而不是额外的加工或EDM容量，”他强调。“然而，自动化的投资是实现更高水平利用率和从铣削或EDM设备降低成本的关键。虽然它似乎是违反直观的（即：投资单个便士超过模具所需的基本设备的价格），自动化可以显着提高生产率，显着降低成本，提高质量和减少进入。“

Alpha Workholding Solutions公司的埃文斯对霍华德的想法进行了扩展。“模具制造商面临的最大挑战之一，是致力于工艺改进的模具车间与不升级的模具车间之间的分离，”他评论道。“如果模具制造商不自动化，他们将发现很难竞争。”

然而，Mikron的Sudhakar指出，一些模具制造设备不能轻易自动化。“例如，可以使用机器人装载，或者即使可以装载机器人，可能无法易于使用高速加工中心，阻碍运营商对机器的正常可访问性，”他陈述。“控制也可能与机器人轻易界面，即使在所有问题中排序后，投资水平也可能相当高，这使得模具店所有者首先投资自动化。

“然而，在考虑一台新机器时，模具制造人员应彻底评估机器的自动化能力和市场上存在的低成本自动化解决方案的可用性，”Sudhakar强调。

因此，如何开始自动化车间似乎是许多模具制造商无法克服的绊脚石。“对于那些认识并了解自动化可能对业务产生的潜在影响的人来说，下一个问题是‘我该如何开始?”霍华德笔记。“第一步可以很简单，比如为现有机器增加自动装卸能力——通过自动化进出机器的工作流程，提供一种快速、简单和高效的方法，提高机器利用率和生产率。这样一个简单的、迈向自动化的初始步骤，可能会导致很少有人值守甚至无人值守的操作。”

一旦这些初始步骤产生结果，自动化的好处得到认可和量化，霍华德指出，接下来的问题就变成了“推广”自动化(通过在制造过程中引入额外的自动化来实现更大的影响)和“精益制造”技术(巩固过程步骤，缩短或巩固机加工作业，提高质量和缩短制造周期等)到更多的模具制造车间。他说:“我们已经讨论过使用自动化来提高机器利用率，并识别很少有人值守或无人值守的操作，这是第一步。”“将依赖的机器/操作分组，并使用自动化来自动化机器之间的工作流程(例如，集成石墨磨和电火花机的机器人单元)，是简化模具制造操作、提高生产率、降低成本和缩短交货时间的下一个平台。”

接下来，可用于快速有效地移动原料和工具的材料处理自动化，托盘换动器，机器人等。“随着设备更有高度利用，支持活动的响应时间也需要解决，”霍华德州。“必须在操作的预处理阶段捕获模具制造者的传统工艺。CAD / CAM系统，工具系统，零件检验技术等。所有必须支持全球竞争力的模具建筑运行。流程管理和规划的软件必须有助于将部件快速进入和通过系统 - 而DNC支持将数据的下载和分配到制水器车间。“

Mikron公司的Sudhakar指出，一旦自动化就位，一些模具制造商将面临以下问题:自动化能否在无人操作中可靠运行，以及如何通过各种流程管理工作流程。为了解决这些问题，他指出，在高速加工中心有许多“智能加工模块”，这将智能引入高速加工过程，以提高工艺可靠性，优化加工性能，并允许可靠的无人操作。这些模块包括先进的工艺系统，智能热控制，操作员支持系统和远程通知系统(参见模具制造技术，2006年3月)。

除了技术和设备，D-M-E (Madison Heights, MI)的美洲销售总监Dave Lange建议模具制造商仔细检查他们的过程，以应对自动化的挑战。D-M-E是模具基地和组件、热流道系统、模具控制和压铸模具技术的供应商。他说:“模具制造通常是研究能否节省时间的第一步。”“如今可用的安装程序、工具和更换工具都有助于减少实际加工时间。如果主轴不运转或电极不烧坏，非生产时间就会增加。

“随着当今通过高速铣削和EDM提供的数控设备，自动化因子允许更快地设置，强调夹具和夹具可以准确地保持不同大小的部件并快速设置，”Lange继续。“夹具板可以通过机器上的空腔或核心提前设置，然后在机器中完成操作时交换出来，可以切割小时 - 并且可以轻松地证明固定装置的价格。”自动化机器电池可专注于切割模腔。并且，这些细胞越来越能够支持数百个工具位置。“

软件

进步
据本Mund，CT基于CT的MasterCam / CNC软件，Inc。 - CAD / CAM制造市场的软件工具制造商正在被迫改变他们的工作和愿意投资的商店在最新的技术和拥抱自动化将成为那些保持竞争力的人。他还指出，Multiaxis机器的普遍性是LED软件制造商提供更高效的软件。“一个例子是商店能够快速编程越来越多的多轴机器 - 这是一个关键要素，以获得良好的投资回报，”他评论。“新的软件应用程序增加了完成和刀具寿命，同时降低加工时间，以便更快地切割零件。如果没有这些好处，商店可能无法获得这些机器可以带给他们的完全竞争优势。

“从软件制造商的角度来看,允许终端用户利用multiaxis自动化机器和机器淬硬钢高速偏置(或其他硬质材料),而在此之前,将需要更多的工具和部分添加更多的流程来操作(如加工硬化后,更多的打磨，更多的操作来完成模型)，”蒙德继续说。“在多轴机床上，一个单一的设置取代了传统三轴机床上的多个设置，底线是生产相同的模具需要更少的劳动力。多轴加工是自动化的关键，这一趋势将在未来持续下去。”

在Teksoft，Inc。（Scottsdale，AZ）-A CNC加工的CAM产品提供商（铣削，转动，电线EDM和
制造）可迈克科曼预测额外的非几何信息，例如表面光洁度和公差，其附加到模型 - 导致进一步的编程自动化，并在加工结果上添加了用户控制。“此外，我们预见到了三轴加工算法，以便在工艺加工和其他共同商店方法中利用工作，”他所说。“这最终会产生更高效且有效的刀具，将显着加速加工过程。”

挑战/解决方案
Mastercam的蒙德指出，对模具制造商来说，对已经编程的部件进行工程更改是一项挑战。他评论道:“这些更改可能只是对现有模型的微小编辑，但这可能已经花费了编程原始部分的时间。”“现在，当需要做出改变时，他们会怎么做?”比起重新编程整个部分，识别变化并只重新编程该区域会更有效。CAD/CAM软件可以帮助商店做到这一点。变更识别是一种特性，它可以识别传入文件中的变更(来自不同格式，如固体和表面)，读取变更，然后确定该文件中有什么不同，并可以帮助快速地对这些元素进行编程。这比以前许多商店不得不从头开始重做零件要快得多。”

另一个自动化软件挑战模具制造商可能遇到是自动化商店的软件，但不允许操作员在必要时覆盖它。“如果您选择在其上有这种控制，”商店需要控制他们的软件的每个方面，“MUND评论。“虽然自动化是一件好事，但无论软件有多好，都没有取代实际模具制造者的经验！商店需要他们使用的软件“打开”足以他们可以进入并完全控制它的任何方面。“

根据Teksoft的Coleman，有时难以看看摩擦者难以看看并非模具的所有组件都需要三轴加工。“例如，幻灯片的组件本质上是棱柱形的，可以从先进的自动功能识别（AFR）特征中受益，这分析了部件几何形状并定义了用于铣削的最常见的可加工功能。”此外，基于知识的加工技术可能从该点接管。“自动化引擎然后本能地生成并将加工操作和参数与每个功能相关联，”科尔曼解释说。“因此，即使在模具制造中，也可以在加工类似组件时预定义和自动施加加工操作序列。”

此外，一些软件包的基于知识的原则是完全可定制的，以最佳地代表您当前的加工环境，科尔曼说。适应性，自主填充的标准建立数据库有助于防止商店的效率和竞争优势的所有过常见的情景取决于个人程序员的专有知识和经验。

热门跑步者/组件

进步
趋向于自动化的模具制造过程的另一个领域是热门跑步者。D-M-E’s Lange reports that 15 years ago one in 10 tools was a hot runner mold, today that number is closer to five in 10. “In the closure industry, automating the process to run fully automatic (24/7) for high production custom and captive molders is an effective way to stay competitive,” he comments. “And, these cells will be increasingly capable of support hundreds of tool positions.”

Lange还指出，也可能需要在同一产品上进行模具变化和颜色变化。“三个板材成型用热流道成型替换，以减少循环时间并减少材料浪费，”他指出。“处理器还在做的不仅仅是模制该部分。垫印刷，热冲压，胶合，组装和包装的自动化过程现在是获得业务的一部分。“剪辑和船”的日子消失了。劳动密集型二级操作的功能迅速完全自动化。如果人类手在模塑后，处理器在国内和全球范围内的处理人员无法承担。必须在没有手动交互的情况下进行印刷，插入，双色，多组分和多材料功能。“

在该过程的模具控制区域中，模塑机的腔压力控制变得越来越重要。Lange注意到正在开发控制器，从而产生对过程的闭环控制 - 因此校正其他变化，例如重新研磨，不同的模具冷却温度和老化压力机。“控制器的改进的振动功能提供了在主设备和奴隶区域之间产生偏移的能力，从而允许在电源输出中进行一些补偿，以校正加热器紧密度，加热器瓦，模具冷却变化等的变化。”

挑战/解决方案
D-M-E的Lange强调，使用自动化节省时间和劳动力成本在精益制造环境中特别有效。“随着较短的交货期需求继续放在水模制造商上，因此，在他所说的最大限度上，它必须尽快通过他们的商店通过他们的商店获得工作。“模具店的自动化机会可能需要更多的规划，因为它们必须更适应，但这些机会存在，”Lange说。“在今天的制造环境中茁壮成长，我们必须找到可以消除不良时间的区域。高性能加工是自动化如何帮助水模制作人的越来越重要的方面。“

这些挑战的解决方案旨在转向新兴的模具技术，或以前未被广泛使用的技术。“旋转和旋转堆叠模具变得越来越受欢迎，”Lange Notes。“旋转模具和机器压板比以往更普遍。这些技术仅适用于更大的操作，但现在甚至15到20人的商店正在制造多组分，核心背部，旋转模具。制造商店的自动化必须适用于较短的零件运行，而固定的自动化设备。自动化机器电池可专注于切割模腔。“

长途运输

设备，组件和软件制造商符合自动化是摩尔制剂在全球经济中的长期生存的关键。虽然可能是一个巨大的努力，迫使每个员工提前计划工作如何流过商店，并批判性地检查模具设计和构建过程的各个方面，结果是值得的。交货时间较短，降低劳动力成本和降低的进入时间等待模具制造商店，可以改变其思维方式和拥抱自动化世界。