Techniki Wytwarzania i Procesy Technologiczne
automatyzacja stanowiska obróbkowego - robotyzacja

Automatyzacja stanowiska obróbkowego

Automatyzacja stanowiska obróbkowego to dziś nie tylko trend. Dziś to już w wielu przypadkach konieczność. Utrzymanie konkurencyjności wymaga optymalizowania kosztów produkcji. Koszty produkcji stanowią nadrzędne kryterium optymalizacyjne w procesach technologicznych. Aktualny rynek pracy uznaje się za rynek pracownika. Co to oznacza? Aktualnie, na czas powstawania tego artykułu, pracownicy są stroną mogącą stawiać warunki. W konsekwencji sytuacji gospodarczej i zawirowań wokół ogólnie pojętego szkolnictwa zawodowego trudno dziś o wysoko wykwalifikowanych operatorów obrabiarek, spawaczy czy innych specjalistów. Zrobotyzowanie stanowiska lub/i zastosowanie systemu paletowego może stanowić o podtrzymaniu statusu firmy konkurencyjnej.

Według [3] w 2019 roku szacunkowo w Polsce aż 49% czasu pracy zajmują czynności, które można zautomatyzować w ramach współczesnych nam rozwiązań z zakresu automatyzacji. Te 49% czasu pracy o mniej więcej 7,3 mln etatów. Należy tu jednak podkreślić, że te liczby nie dotyczą wyłącznie przemysłu i stanowisk obróbkowych ale obejmują również szeroko rozumianą logistykę, doradztwo. Odnosząc się do technologii to według [3] dziś bez większych problemów wdrożeniowych można wykorzystywać takie technologie jak: sztuczna inteligencja, roboty przemysłowe, autonomiczne samochody, ciężarówki, inne pojazdy, a także wirtualni doradcy, czatboty oraz oprogramowanie automatyzacji procesów.

Zatem automatyzacja, po pierwsze, może wspomóc pracowników w realizacji powtarzalnych czynności (praca przy linii produkcyjnej, realizacja transakcji finansowych). Po drugie odciążeni pracownicy będą mogli przenieść swoją uwagę na zadania, które są trudniejsze do zautomatyzowania, a należą do grupy czynności wnoszących wyższą wartość dla organizacji. Na tym wszystkim z punktu widzenia socjologicznego kładzie się pewien cień – część pracowników nie będzie już potrzebna. Współcześnie duże fabryki samochodów wielkich koncernów cechują się wysokim stopniem automatyzacji ale nadal zdecydowaną większość zadań montażowych wykonują ludzie.

Podczas minionych targów TOOLEX 2018 można zapoznać się z różnorodnymi ofertami w dziedzinie automatyzacji stanowisk obróbkowych:

  • systemy paletowe z magazynami (zintegrowane, dostawiane);
  • roboty przemysłowe z magazynami przedmiotów obrabianych (detali);

W przypadku magazynów zintegrowanych to stanowią one integralną część obrabiarki (ilustracja 1), a w przypadku dostawianych stanowią wyposażenie opcjonalne. W tym drugim przypadku obrabiarka jest dostosowana do współpracy z zewnętrznym magazynem palet.

FANUC

Podczas targów TOOLEX firma FANUC zaprezentowała kompaktowe centrum frezarskie FANUC ROBODRILL α-D21LiB5 (ilustracja 1). Obrabiarkę tę wyposażono w integralny wielofunkcyjny magazyn dla obsługi przedmiotów obrabianych oraz narzędzi. FANUC ROBODRILL α-D21LiB5 obsługuje magazyn narzędzi i magazynu przedmiotów. Dodatkowo zaimplementowano obsługę tzw. narzędzi siostrzanych. Polega to na uzbrojeniu obrabiarki w dokładnie tak samo przygotowane narzędzia co pozwala w razie konieczności kontynuowanie obróbki bez przerwy niezbędnej na wymianę narzędzia.

automatyzacja stanowiska obróbkowego - robotyzacja
Ilustracja 1. Kompaktowe centrum frezarskie FANUC ROBODRILL αD21SiB5 z magazynem.

Przedstawione na ilustracji 1 centrum obróbcze ROBODRILL jest największe w ofercie firmy FANUC. Dedykowany jest dla przemysłu samochodowego i lotniczego do obróbki większych podzespołów.

GF Machining Solutions
automatyzacja stanowiska obróbkowego - robotyzacja
Ilustracja 2. Strefa obróbkowa centrum frezarskiego CNC GF Machining MILL P 500 UD.

Automatyzacja jest istotnym zagadnieniem w obrabiarkach firmy GF Machining Solutions. W zaprezentowanym na targach TOOLEX 2018 centrum frezarskie MILL P 500 UD (ilustracja 2) zastosowano karuzelowy magazyn palet (ilustracja 3) Systemu 3R. Ilustracja 2 przedstawia wnętrze strefy obróbkowej z uruchomionym wentylatorem usuwającym pozostałości chłodziwa i wiórów przed zabiegiem pomiaru przedmiotu z wykorzystaniem sondy przedmiotowej.

Za gniazdem palety i wrzecionem widoczna jest pokrywa do magazynu palet. Takie rozwiązanie umożliwia pełną automatyzację stanowiska obróbkowego z jednoczesnym zachowaniem swobodnego dostępu do strefy obróbkowej dla operatora od czoła obrabiarki. Takie rozwiązanie zastosowano na podstawie przyjętych założeń dla projektu centrum frezarskiego MILL P 500 UD.

Konstrukcja cechuje ogromną funkcjonalnością i skalowalnością co dodatkowo stanowi o szerokich możliwościach konfiguracyjnych pod potrzeby użytkownika.

Odnosząc się do wiatraka na ilustracji 2 to jest on przechowywany w gnieździe magazynu narzędziowego. Jego użycie polega na wymianie narzędzia i załączeniu określonych obrotów jako głównego parametru dla tego oprzyrządowania.

W przypadku większości obrabiarek automatyzacja, w tym robotyzacja polega na dostawieniu robota przemysłowego z magazynem przedmiotów detali i wykorzystania jedynego dostępu do strefy obróbkowej. Operator w zasadzie nie ma większych możliwości działania w strefie obróbkowej. Jednak trudno nam wymagać by użytkownicy tylko z takiego powodu zmieniali obrabiarki na inne.

automatyzacja stanowiska obróbkowego - robotyzacja
Ilustracja 3. Karuzelowy magazyn palet przy GF Machining Solutions Mill P 500 UD.

Automatyzacja nie jest tylko trendem, lecz koniecznością w dynamicznie zmieniających się warunkach wokółprodukcyjnych. Istotną cechą rozwiązań przedstawionych w dalszej części jest możliwość wdrożenia do każdego centrum obróbkowego CNC frezarskiego jak i tokarskiego.

metalTEAM – Rexio

Firma mealTEAM zaprezentowała na targach TOOLEX 2018 zrobotyzowany kompaktowy system paletowy Rexio do obsługi przedmiotów obrabianych. Ilustracje 4 i 5 przedstawiają dwie różne aplikacje tego systemu.

automatyzacja stanowiska obróbkowego - robotyzacja
Ilustracja 4. Kompaktowy system paletowy Rexio – metalTEAM przy centrum frezarskim.
automatyzacja stanowiska obróbkowego - robotyzacja
Ilustracja 5. Kompaktowy system paletowy Rexio firmy metalTEAM przy centrum tokarskim CNC.

Zrobotyzowane gniazdo paletowe nie wykorzystuje palet w klasycznym rozumieniu systemów paletowych. Z reguły paleta wraz z przedmiotem obrabianym (detalem) jest ustalana i mocowana w strefie obróbkowej obrabiarki. W przypadku systemu Rexio gniazdo wyposażone jest w kilka palet (od 3 do 6) każda mogąca przechowywać kilka, kilkanaście przedmiotów.

Do zalet tego typu systemów (podsystemów) zaliczamy:

  • redukcja czasów przestojów maszyny;
  • zmniejszenie wystąpień błędów z powodu błędnego ustalenia i zamocowania przedmiotów;
  • wzrost wydajności poprzez skuteczniejszą powtarzalność ustalenia i dokładność mocowania;
  • uniwersalność – system Rexio może być wdrażany z każdą obrabiarką CNC, w której możliwe jest wykorzystanie robota przemysłowego;
  • swobodny i bezpieczny dostęp do palet bez konieczności zatrzymania pracy stanowiska;
  • zmniejszenie roli operatora – przede wszystkim do obsługi przedmiotów na paletach;
  • jeden system paletowy Rexio może obsługiwać jednocześnie kilka maszyn technologicznych;
  • krótki czas instalacji.

System paletowy Rexio może być doposażony m.in. w następujące opcje i moduły:

  • skaner bezpieczeństwa zamiast ogrodzenia strefy pracy robota przemysłowego;
  • stacja ustalania i mocowania przedmiotów obrabianych;
  • komponenty kontroli technicznej;
  • stacja gratowania (usuwania zadziorów);
  • stacja czyszczenia detali;
  • zmieniacz chwytaków wraz z ich magazynem;
  • system wizyjny.
HALTER

HALTER LoadAssistant® (ilustracja 6) to zrobotyzowany system do podawania i odbierania przedmiotów obrabianych z obrabiarki CNC. Układ CNC zrobotyzowanego systemu może być sprzęgnięty z dowolnym układem sterowania CNC obrabiarki, czy to centrum tokarskiego, czy frezarskiego. Wystarczy wózek widłowy lub paletowy do przetransportowania systemu HALTER LoadAssistant® do innej obrabiarki.

automatyzacja stanowiska obróbkowego - robotyzacja
Ilustracja 6. Poglądowy widok na system HALTER LoadAssistant®.

W przypadku prezentowanego HALTER LoadAssistant® podczas targów TOOLEX strefa pracy robota przemysłowego była ograniczona barierą fizyczną (ogrodzenie) oraz wykorzystano skaner firmy SLICK do monitorowania wybranej strefy.

Podobnie jak w powyższych przykładach operator ma swobodny dostęp do magazynu przedmiotów i na części z nich może dokonywać działań bez konieczności przerywania pracy stanowiska. Firma HALTER oferuje na dzień dzisiejszy trzy wersje: uniwersalną (stanowiska toczenia i frezowania), S-180 (stanowisko frezowania) i S-230 (stanowisko toczenia). Podstawowa różnica to wymiary gabarytowe obsługiwanych detali, a także rodzaj stanowiska.

D&H Innovations – Harry H-1200

Harry H-1200 (ilustracja 7) konstrukcyjnie jest bardzo zbliżony do konstrukcji firmy HALTER.

automatyzacja stanowiska obróbkowego - robotyzacja
Ilustracja 7. Automatyzacja stanowisko tokarskiego z wykorzystaniem Harry H-1200 firmy H&D Innovatios.

Układ sterowania systemu Harry H-1200 komunikuje się z układem sterowania obrabiarki z wykorzystaniem portu ETHERNET. Harry H-1200 wyposażony jest w system wizyjny do pozycjonowania przedmiotów. Po wykonaniu zdjęcia jest ono porównywanie ze obrazem wzorcowym. System wizyjny może być także wykorzystywany do monitorowania stanowiska poprzez przekazywanie obrazu w czasie rzeczywistym do dedykowanego stanowiska. Zarówno zastosowanie systemu wizyjnego oraz łącza ethernetowego stanowi wyróżnik tej konstrukcji. W przypadku systemu wizyjnego wyzwaniem jest zapewnienie stabilnego oświetlenia. W związku z tym system wizyjny wraz ze źródłem światła są zintegrowane w jednej obudowie (ilustracja 8).

automatyzacja stanowiska obróbkowego - robotyzacja - system wizyjny
Ilustracja 8. System wizyjny w systemie D&H Innovations – Harry H-1200.

W przypadku większości powyższych konstrukcji robot przemysłowy wyposażony jest w podwójny chwytak (ilustracja 9). Jeden obsługuje półfabrykat, drugi przedmiot już obrobiony. Niejednokrotnie konieczne jest wysunięcie ramienia robota wraz z chwytakiem z obszaru roboczego obrabiarki do tzw. pozycji bezpiecznej. Jest to konieczne by obrót i zamiana miejscami jednego uchwytu z drugim nie przyczyniła się do kolizji z elementami UOPN (Układ Obrabiarka Przedmiot Narzędzie).

automatyzacja stanowiska obróbkowego - robotyzacja - uchwyt robota
Ilustracja 9. Przykładowe rozwiązanie podwójnego uchwytu – robot przemysłowy na pokazowym stoisku CELLRO Automation podczas Dni Otwartych GF Machining Solutions – 2018.
EROWA
automatyzacja stanowiska obróbkowego - robotyzacja
Ilustracja 10. Robot Compact 80 firmy EROWA.

Automatyzacja kojarzy się bezsprzecznie z firmą EROWA. Na targach TOOLEX 2018 nie mogło jej zabraknąć. Oferta firmy EROWA jest rozbudowana i kompleksowa od systemów ustalania i mocowania do automatyzacji.

W zakresie automatyzacji firma EROWA oferuje Robot Compact 80 (ilustracja 10). Duży o elastycznej pojemności magazyn zajmuje powierzchnię 2 m2 co stanowi jego istotną zaletę. W wielu przypadkach automatyzacja wymaga większych zmian ustawienia maszyn technologicznych. Magazyn jednocześnie może obsługiwać małe oprawki ITS i duże palety UPC 320. Jednocześnie system ten może obsługiwać dwie obrabiarki.

Automatyzacja ma zapewnić nie tylko skrócenie czasów w ramach normy czasów technologicznych ale także zdolność zastosowania zróżnicowanych strategii w ramach procesów produkcyjnych. Robot Compact 80 może stanowić magazyn narzędzi (np. elektrod do elektrodrążenia wgłębnego EDM oraz przedmiotów obrabianych). Pojemność i skalowalność tego magazynu powoduje, że może on być nie tylko uzbrojony pod kątem obsługi dwóch maszyn technologicznych. Możliwość uzbrojenia tego systemu pod kątem różnych obrabiarek i jednocześnie wielu różnych procesów technologicznych wpisuje się w strategię optymalizowania procesów produkcyjnych.

Takie systemy jak Rexio, Halter czy D&H Innovations muszą cechować się skalowalnością i szeroką możliwością konfiguracji. Masa przedmiotów decyduje o wyborze robota by zapewnić żądany udźwig. Zróżnicowanie detali wymaga dostępności do szerokiej gamy chwytaków (2 lub 3 palcowe; regulacja wymiarowa; kontrola otwarcia/zamknięcia; układ pneumatyczny do usuwania wiórów i chłodziwa z oprzyrządowania technologicznego). Każdorazowe wdrożenie wymaga indywidualnego podejścia i projektu. W większości przypadków producenci i dostawcy przekonują, że konfiguracja ich stanowisk zajmuje nie więcej niż 5 minut.

Automatyzacja procesów produkcyjnych jest koniecznością.  Choć z technologicznego punktu widzenia, dostępność wysokowykwalifikowanych kadr nie mam wątpliwości to jednak przewidywanie rozwoju automatyzacji, szczególnie w kontekście idei autonomicznych Fabryk 4.0 nie jest jednoznaczne.

Źródła

  1. Materiały własne
  2. Materiały informacyjne firm: Fanuc, GF Machining Solutions, metalTEAM, HALTER, D&H Innovations
  3. McKinsey & Company, Ramię w ramię z robotem, Production manager Nr 1(19) luty-marzec 2019, str. 76-87

About author

morek

Rocznik 1973. W 1993 skończyłem Technikum Elektryczne Nr 1. W 1998 roku Wydział Mechaniczny Technologiczny i Automatyzacji (obecnie WIP) PW. 1997-2000 konstruktor narzędzi skrawających w F.W.P. VIS S.A. 2004. Doktorat z technologii kół zębatych. Technologie wytwarzania i procesy technologiczne to moja pasja.

Related Articles

Leave a reply

You must be logged in to post a comment.

Kategorie

YouTube



Nadchodzące wydarzenia

Statistics

  • 41 182
  • 8 630 440
  • 4 253
  • 196