Options pour l'alimentation par vis

Les robots collaboratifs utilisent souvent des présentateurs à vis. Photo avec l'aimable autorisation de Visumatic Industrial Products Inc.

Les présentoirs à vis de paillasse sont populaires pour de nombreuses applications d'alimentation en vis. Photo avec l'aimable autorisation d'ASG, division de Jergens Inc.

Les bols vibrants sont généralement utilisés pour les applications d'assemblage à grand volume. Photo avec l'aimable autorisation de Performance Feeders Inc.

Les chargeurs étagés sont idéaux pour les fixations plus grosses et plus lourdes. Photo avec l'aimable autorisation de Performance Feeders Inc.

Les chargeurs présentent les fixations rapidement et correctement orientées vers l'outil de vissage. Illustration reproduite avec l'aimable autorisation d'ASG, division de Jergens Inc.

Le plus grand défi du vissage automatique n'est pas la précision de la vitesse ou du couple : il s'agit d'amener la fixation à l'outil de manière fiable et correctement orientée. Heureusement, les assembleurs disposent de plusieurs options pour alimenter en vis des visseuses entièrement ou semi-automatiques, notamment des présentoirs de vis, des bols d'alimentation et des alimentateurs à pas.

La technologie de base de l'alimentation par vis n'a pas beaucoup changé depuis des décennies. Cependant, dans l'ère post-Covid d'aujourd'hui, l'alimentation par vis est plus importante que jamais.

« Nous constatons une poursuite des tendances qui ont été accélérées par la pandémie, comme l'élimination du besoin de manipulation par l'opérateur », déclare Jarrod Neff, directeur marketing chez Visumatic Industrial Products Inc. « Il y a deux ans, de nombreux fabricants se sont tournés vers l'automatisation pour créer une distanciation sociale sur leurs chaînes de montage.

"Cela a obligé les ingénieurs à se pencher sérieusement sur l'alimentation par vis", explique Neff. "Les récentes pénuries de main-d'œuvre ont également accru la demande."

"L'automatisation est idéale pour les tâches d'assemblage salissantes, ennuyeuses et dangereuses", ajoute Chris Emanuele, ingénieur technico-commercial en automatisation chez ASG, division de Jergens Inc. tâches qui ajoutent de la valeur, au lieu de rester assis à charger des fixations.

« En outre, nous constatons désormais une demande accrue pour des applications de production à haut mix et à faible volume », souligne Neff. "Nous recevons des demandes de distributeurs de vis flexibles pouvant accueillir trois ou quatre types de fixations similaires afin que les fabricants puissent justifier leur investissement dans l'automatisation."

L'amélioration du débit nécessite une alimentation automatique par vis. Les chargeurs présentent les fixations rapidement et correctement orientées vers l'outil de vissage.

Il existe plusieurs façons d'obtenir des vis sur le pilote. Une solution simple et peu coûteuse est le shake-tray, où les vis coulent sur un plateau en métal perforé qui s'incline d'avant en arrière.

Une autre option consiste à utiliser un alimentateur à pas. "Cependant, ils fonctionnent traditionnellement avec un débit de sortie plus lent", explique Neff. "Les chargeurs à pas sont généralement utilisés pour alimenter des fixations plus grosses et plus lourdes, telles qu'une vis M8 ou plus."

Les présentoirs à vis de paillasse sont populaires pour de nombreuses applications d'alimentation en vis. Une piste vibrante oriente les vis et les amène au bout d'une piste où un opérateur peut les saisir avec une mèche magnétique puis les enfoncer.

"Nous constatons un peu plus de demande pour les présentateurs à vis", déclare Neff. "Cela peut avoir quelque chose à voir avec l'augmentation de l'activité de relocalisation. De nombreux fabricants ont besoin d'un meilleur contrôle des processus, au lieu d'une augmentation de la productivité ou du débit. Ils veulent contrôler chaque fixation et surveiller l'assemblage pour aider à renforcer la qualité.

"Le contrôle statistique des processus devient un élément important de l'alimentation par vis", déclare Neff. "Les ingénieurs veulent plus de données pour verrouiller leur processus afin d'assurer la qualité des pièces."

Les présentateurs de vis sont une option populaire pour les applications de vissage qui déploient des robots collaboratifs, tels que le module VCM-3X.2 de Visumatic développé pour être utilisé avec les cobots UR. Il comprend un distributeur automatique de vis, un système d'entraînement, un programme de robot squelette et un effecteur terminal à monter directement sur le poignet d'un cobot.

Selon Neff, l'outillage léger atténue l'effet d'inertie sur les capteurs du robot et permet à la machine de se déplacer à une vitesse maximale sans sacrifier les garanties collaboratives. L'outillage a également un centre de masse proche, ce qui minimise l'effet de porte-à-faux. La taille compacte de l'outillage permet au robot de franchir les obstacles avec moins de mouvement.

Le tournevis intègre l'assemblage d'avance de bits de Visumatic avec un mouvement à double alimentation pour une installation précise et contrôlée des fixations. Les capteurs de position sur la glissière confirment l'avancement et la rétraction du foret, signalant au contrôleur du robot qu'il est correct de se déplacer lorsque le foret atteint la position d'origine.

Cela garantit une opération d'assemblage reproductible. D'autres capteurs signalent qu'une vis a été alimentée, qu'un cycle de vissage a commencé et que le couple est bon ou mauvais.

L'alimentation par soufflage est une autre option que les ingénieurs de fabrication peuvent envisager d'utiliser. Un opérateur déverse des vis dans une trémie ou un bol vibrant. L'outillage oriente chaque vis, la fait sortir en bout de piste, la sépare et la fait tomber dans un tube d'alimentation. Un souffle d'air tire la vis à l'extrémité du conducteur.

Les systèmes de vissage à alimentation automatique avec pilotes CC offrent un contrôle beaucoup plus important sur l'opération d'assemblage. La vitesse de serrage, le couple, l'angle de rotation et le sens de serrage peuvent être contrôlés et modifiés tout au long du processus de vissage.

La technologie d'alimentation automatique consiste à orienter et à fournir une fixation avec de l'air comprimé via un tube d'alimentation connecté à l'ensemble de tournevis. Les composants fixés à l'avant du tournevis reçoivent la fixation et maintiennent l'alignement avec l'embout du tournevis jusqu'à ce que la fixation soit enfoncée. Les tournevis à alimentation automatique vont des simples systèmes portatifs aux systèmes robotiques complets et clé en main.

La solution la plus rapide et la plus complexe consiste à utiliser un robot, ainsi qu'un système d'alimentation par bol vibrant relié à un tournevis multibroche.

"Les bols vibrants sont toujours populaires, car ils peuvent accueillir une large gamme de fixations", explique Emanuele. "Ils sont idéaux pour les applications qui nécessitent des taux de production élevés et ils sont disponibles dans de nombreuses tailles différentes.

"Cependant, les mangeoires à bol peuvent être bruyantes", prévient Emanuele. "Ils ne sont pas trop flexibles et sont généralement configurés pour un type ou une famille de vis en particulier."

"La poussée vers l'automatisation se poursuit aujourd'hui, car de nombreux fabricants cherchent à être plus légers et plus efficaces", ajoute Kevin Buckner, directeur de l'ingénierie chez Design Tool Inc. "Nous avons constaté une augmentation de l'utilisation de visseuses multibroches pour réduire le cycle Il est également de plus en plus courant de voir un seul bol alimenter six broches ou plus.

"L'automatisation de l'ensemble du processus de vissage à l'aide d'équipements fixes conçus pour visser toutes les vis d'un assemblage peut augmenter considérablement le débit en réduisant le nombre d'opérateurs requis", déclare Buckner. "Cela permet également à l'opérateur d'effectuer d'autres tâches pendant que les vis sont enfoncées."

Des machines portatives et sur mesure sont disponibles. "Dans les applications portatives, l'équipement de vissage à alimentation automatique relève ces défis en livrant les vis au tournevis plus rapidement et en éliminant la nécessité pour les opérateurs de manipuler les fixations", explique Buckner. "Dans les applications fixes, plusieurs pilotes peuvent être utilisés pour réduire le temps de cycle ou assembler plusieurs composants simultanément pour atteindre des taux plus élevés.

« Généralement, les présentoirs de vis sont utilisés lorsque les dimensions de la fixation empêchent la vis d'être alimentée par soufflage, ou lorsque l'application ne permet pas [l'utilisation de] composants d'entraînement à alimentation automatique », explique Buckner.

Les présentateurs de vis placent une fixation à un point de ramassage afin que l'opérateur puisse insérer un embout magnétique et engager la vis. L'opérateur n'a pas à manipuler les fixations, ce qui réduit le gaspillage des fixations perdues et améliore la qualité en éliminant le risque qu'une fixation tombée pénètre dans l'assemblage.

Dès que la vis est retirée du point de prélèvement, le présentateur fait avancer une autre vis, de sorte que la vis suivante est disponible au fur et à mesure que la vis est entraînée, ce qui réduit le temps de cycle.

Certains types de vis peuvent être plus difficiles à alimenter que d'autres.

« Les têtes fendues sont généralement le type de vis le plus difficile à alimenter, car il y a beaucoup de sauts de mèches lorsqu'elles essaient de s'engager », note Emanuele. "Tout type de vis avec une rondelle encapsulée, comme les fixations utilisées pour assembler des cartes de circuits imprimés et d'autres applications électroniques, peut également présenter des problèmes."

En règle générale, le rapport longueur/diamètre déterminera la qualité de l'alimentation d'une fixation. C'est pourquoi les petites vis peuvent être particulièrement capricieuses.

« Nous spécifions [généralement] des bols vibrants, car nous pouvons remplir et rectifier tous les espaces [sans] donner aux pièces un endroit où les accrocher ou y coller », note Greg Pflum, président de Performance Feeders Inc. « Les bols vibrants nous donnent également plus d'options d'outillage pour orienter correctement les pièces.

"Le point de transfert du bol vers la piste de gravité ou la ligne vibrante peut être une zone problématique, en raison de la petite taille de la vis, y compris la longueur et le diamètre", explique Pflum. "Les trous de saleté doivent également faire l'objet d'une attention particulière pour éviter que de bonnes pièces ne s'y coincent.

"Nous envisageons généralement d'utiliser un point de transfert écaillé ou languette dans la rainure afin que vous n'ayez pas d'espace droit entre les deux points de transfert", ajoute Pflum. "Une autre option consiste à faire décharger le bol plus haut que la surface de roulement de la piste et à les chevaucher, de sorte que vous laissiez tomber les pièces dans la piste, éliminant ainsi le problème d'écart. Pour les trous de saleté, nous examinons les petites fentes ou les zones ouvertes où nous accrochons les pièces pour [éviter] les trous dans lesquels les vis pourraient se coincer."

L'un des plus grands défis lors de l'alimentation de petites vis est le rapport global entre la longueur et le diamètre de la tête. "Plus ce rapport est proche de 1 pour 1, plus il devient difficile de maintenir l'orientation correcte de la vis dans le mécanisme d'échappement à alimentation", déclare Vic Glenn, président de Design Tool Inc.

"Avec des vis plus petites, les tolérances des composants d'alimentation doivent être maintenues plus étroitement (plus serrées) pour garantir que le mécanisme fonctionnera correctement", explique Glenn. "Certaines petites vis sont difficiles à orienter dans le bol avant d'entrer dans le mécanisme d'alimentation en raison du poids et de la taille de la tête.

"[Nous] relevons le défi d'alimenter des vis plus petites avec des conceptions personnalisées de nos systèmes d'alimentation, y compris des systèmes de glissières qui contrôlent la vis jusqu'à ce qu'elle soit libérée dans le tube d'alimentation", souligne Glenn. "Nos systèmes d'alimentation brevetés sont très adaptables pour les petites applications de vis."

Design Tool utilise généralement des systèmes de bols d'alimentation vibrants pour les petites vis. Cependant, l'échelle de l'orientation de l'alimentation et des composants d'échappement est plus petite avec de minuscules vis.

« Les principaux défis liés à l'entraînement de petites vis avec un système d'alimentation automatique consistent à maintenir l'orientation correcte des vis dans les composants du tournevis et le dégagement autour de la tête de vis pour que les composants du tournevis puissent accéder aux emplacements des pièces d'assemblage du client », explique Glenn.