Việc vận hành một tổ hợp gia công cơ khí hoàn toàn không người lái (unmanned cell) hoạt động 24/7 với khả năng "tự kiểm soát" vẫn luôn là giấc mơ của nhiều xưởng sản xuất đã trở thành hiện thực. Bằng cách tích hợp robot FANUC, máy tiện tháp đôi Okuma và hệ thống đo lường Equator™ của Renishaw, họ không chỉ tự động hóa hoàn toàn quy trình tiện cứng (hard turning) mà còn đạt được mức thời gian hoàn vốn (ROI) kỷ lục: Chỉ đúng 18 ngày!
Đối với các nhà thầu phụ trong ngành công nghiệp ô tô (automotive subcontractors), duy trì chất lượng hoàn hảo và hiệu suất sản xuất cao là yếu tố sống còn. Tuy nhiên, khâu kiểm tra chất lượng tại phòng thí nghiệm thường tạo ra nút thắt cổ chai, làm lãng phí thời gian chờ đợi phi sản xuất.
Kishan Auto Parts Pvt. Ltd. (Rajkot, Gujarat, Ấn Độ) – nhà sản xuất thanh truyền (tay biên) hàng đầu thế giới – đã tìm ra lời giải hoàn hảo. Nhờ ứng dụng hệ thống đo lường so sánh linh hoạt Equator™ của Renishaw, công ty không chỉ cắt giảm hơn 80% thời gian và chi phí kiểm tra, mà còn duy trì độ chính xác tuyệt đối ngay cả khi nhiệt độ xưởng thay đổi khắc nghiệt lên tới 21°C.
Việc vận hành một tổ hợp gia công cơ khí hoàn toàn không người lái (unmanned cell) hoạt động 24/7 với khả năng "tự kiểm soát" vẫn luôn là giấc mơ của nhiều xưởng sản xuất đã trở thành hiện thực. Bằng cách tích hợp robot FANUC, máy tiện tháp đôi Okuma và hệ thống đo lường Equator™ của Renishaw, họ không chỉ tự động hóa hoàn toàn quy trình tiện cứng (hard turning) mà còn đạt được mức thời gian hoàn vốn (ROI) kỷ lục: Chỉ đúng 18 ngày!
Được thành lập vào năm 2000 bởi Murray 'Tippy' Touchette, Conroe Machine là một công ty cơ khí phát triển cực kỳ nhanh chóng với triết lý: Luôn sử dụng công nghệ sản xuất hiện đại nhất. Công ty chuyên gia công các vòng bi chặn (thrust bearing races) dùng trong động cơ bùn (mud-motor) phục vụ cho ngành công nghiệp khoan khai thác dầu khí.
Dù sở hữu đội ngũ nhân sự lành nghề và dàn máy móc CNC hiện đại, Conroe Machine từng vấp phải một "nút thắt cổ chai" nghiêm trọng về năng suất. James Wardell, Kỹ sư Lập trình CNC của công ty chia sẻ: "Sản lượng của chúng tôi từng chững lại ở mức 800 - 1.000 chi tiết mỗi ngày với hai tổ hợp máy gia công (mỗi máy đảm nhận 400 - 500 chi tiết). Chu kỳ gia công cho mỗi chi tiết có thể ngắn tới 98 giây. Với tốc độ đó, việc kiểm tra chất lượng thủ công trở thành một áp lực khổng lồ."
Để bứt phá, nhóm chuyên gia tự động hóa trẻ của Conroe – bao gồm James Wardell và Kỹ thuật viên Robot Jeff Buck – đã được giao nhiệm vụ thiết kế một tổ hợp gia công tự động hoàn toàn mới. Yêu cầu đặt ra cực kỳ khắt khe: Hệ thống phải có khả năng gắp phôi, gia công, đo lường kiểm tra 100% sản phẩm, tự động bù trừ hao mòn dao cụ, và cuối cùng là đóng gói lên pallet – tất cả diễn ra liên tục mà không cần sự can thiệp của con người.
Để hiện thực hóa ý tưởng này, đội ngũ Conroe đã kết hợp những công nghệ phần cứng và phần mềm tối tân nhất để tạo ra một chu trình khép kín:
Trái tim gia công: Máy tiện CNC trục chính kép (twin-spindle) Okuma 2SP-250 đảm nhận nguyên công tiện cứng. Ở bước này, máy tiện sẽ gọt bỏ khoảng 0.015 inch (0,38 mm) vật liệu trên mỗi mặt của chi tiết, đòi hỏi dung sai cực kỳ ngặt nghèo ở mức ±0.001 inch (0,025 mm) và độ bóng bề mặt phải đạt 8 microinch (0,5 micron).
Cánh tay tự động: Một robot công nghiệp FANUC được lập trình để nạp phôi thô vào máy tiện, gắp chi tiết đã gia công ra ngoài, đưa vào hệ thống đo lường và cuối cùng là xếp thành phẩm vào hộp đựng.
Mắt xích đo lường kiểm soát: Hệ thống đo lường so sánh tự động Equator™ của Renishaw, được giao nhiệm vụ kiểm tra kích thước 100% sản phẩm đầu ra và gửi tín hiệu phản hồi.
Giao tiếp thông minh: Phần mềm tự động hóa EZ-IO của Renishaw đóng vai trò cầu nối, đồng bộ hóa tín hiệu giữa robot FANUC, hệ thống Equator và bộ điều khiển của máy tiện Okuma.
Linh hồn của quy trình tự kiểm soát này chính là thiết bị đo lường Equator. Wardell cho biết: "Chúng tôi đã có ý tưởng rất tốt về máy CNC và robot, nhưng lại gặp khó khăn ở công nghệ đo lường và phần mềm bù trừ dao cụ. Thiết bị đo phải hoạt động cực nhanh để bắt kịp chu kỳ gia công 98 giây của máy."
Equator mang đến một giải pháp thay thế linh hoạt, chi phí thấp cho các bộ calip chuyên dụng truyền thống. Thay vì đo giá trị tuyệt đối, nó sử dụng phương pháp đo lường so sánh (comparative gauging). Một chi tiết mẫu hoàn hảo (được đo đạc chuẩn bằng máy đo tọa độ CMM) sẽ được dùng để "master" (đặt điểm chuẩn) cho Equator. Độ lặp lại (repeatability) của máy đạt mức ấn tượng 0.00007 inch (0,002 mm) ngay sau khi hiệu chuẩn.
Được trang bị đầu dò quét SP25 của Renishaw, Equator có thể thu thập dữ liệu với tốc độ lên đến 1.000 điểm mỗi giây. Các loại kim đo (styli) khác nhau được lưu trữ gọn gàng trong một giá thay kim tự động 6 cổng. Đặc biệt, phương pháp đo của Conroe được thiết kế tối giản đến mức kinh ngạc:
"Chúng tôi chế tạo một khối nhôm có lỗ ở giữa và đặt ngay giữa tấm gá Equator," Wardell giải thích. "Khối nhôm này được dùng để xác định tâm và thiết lập hệ tọa độ. Robot chỉ việc đặt chi tiết lên đó. Máy sẽ dò điểm tâm, sau đó quét bề mặt toàn bộ các đặc tính còn lại. Chúng tôi lập trình sao cho quy trình đo lường không cần sử dụng các cơ cấu kẹp chặt chi tiết (fixturing) phức tạp hay thay đổi kim đo."
Việc đo lường nhanh chóng sẽ trở nên vô nghĩa nếu máy CNC không biết cách sửa sai. Đây là lúc khả năng tự kiểm soát của hệ thống tỏa sáng.
Thông qua phần mềm EZ-IO tích hợp trên Equator, Robot FANUC sẽ "chỉ định" chương trình đo lường tương ứng với từng loại mã sản phẩm. Sau khi Equator đo xong một chi tiết, phần mềm MODUS™ sẽ tự động xuất kết quả đo thành một tệp dữ liệu CSV. Hệ thống CNC sẽ đọc tệp CSV này để nhận diện xu hướng hao mòn của mảnh dao tiện (insert).
Nếu kích thước chi tiết bắt đầu có xu hướng tiến sát đến giới hạn dung sai, hệ thống sẽ tự động gửi lệnh bù trừ dao (tool offset) vào bộ điều khiển của máy Okuma. Mũi dao sẽ tự động dịch chuyển thêm vài phần nghìn milimet để đưa kích thước chi tiết tiếp theo quay lại đúng giá trị danh nghĩa (nominal). Mọi thứ diễn ra theo một vòng lặp khép kín, hoàn toàn vắng bóng con người.
Kết quả thực tế đã làm kinh ngạc ngay cả những người lạc quan nhất. Tổ hợp tiện cứng tự động mới này có khả năng sản xuất từ 600 đến 700 chi tiết hoàn thiện mỗi ngày. Nghĩa là, chỉ cần duy nhất một tổ hợp máy tự động mới này đã có thể thay thế hoàn toàn năng suất của hai tổ hợp máy trước đây. Theo tính toán tài chính của Conroe Machine, toàn bộ khoản đầu tư cho tổ hợp tiện đã hoàn vốn chỉ trong đúng 18 ngày.
Thành công vang dội này đã chắp cánh cho dự án thứ hai của đội ngũ kỹ sư trẻ: Thiết kế tổ hợp đo lường và phân loại tự động cho một khách hàng đối tác.
Trong ngành dịch vụ mỏ dầu, các động cơ bùn đã qua sử dụng thường được tháo rời, tân trang và đưa trở lại hoạt động. Khách hàng của Conroe từng phải dùng mắt thường để kiểm tra độ mòn của các vòng bi nhằm quyết định xem có thể tái sử dụng chúng hay không. Việc kiểm tra trực quan thiếu độ tin cậy khiến họ vô tình vứt bỏ đi rất nhiều linh kiện còn tốt – đồng nghĩa với việc ném tiền qua cửa sổ.
Dựa trên bản phác thảo ý tưởng của Giám đốc Touchette, kỹ sư Wardell và Buck đã chế tạo một hệ thống phân loại kết hợp hai máy Equator, một robot FANUC, hệ thống thị giác máy tính (vision system) và băng chuyền phân làn. "Chúng tôi thiết kế hệ thống này dưới dạng module di động, dễ dàng vận chuyển bằng xe tải và cực kỳ thân thiện với người dùng tại xưởng – họ chỉ cần bật nguồn và đặt linh kiện lên băng tải," Buck tự hào cho biết.
Câu chuyện của Conroe Machine là minh chứng rõ nét cho sức mạnh của sự kết hợp giữa tư duy tự động hóa hiện đại và công nghệ đo lường đột phá. "Đối với tổ hợp gia công của chúng tôi, không có bất kỳ thiết bị đo lường tại xưởng nào khác có thể so sánh được với Equator về hiệu quả chi phí và tính năng," Wardell khẳng định.
(84) 896 555 247
Tiếng Việt
English