Automatizace obsluhy obráběcích strojů

V této oblasti se však v posledních letech mnohé změnilo. Po celém světě stouply mzdové náklady, zatímco náklady na automatizaci a s ní spojenou flexibilitu klesly. Roboty a příslušný software se neustále vyvíjejí a díky tomu lépe vyhovují uživateli. Automatizaci lze efektivně aplikovat ve stále větším počtu oblastí a množství obráběcích strojů, které jsou robotem automatizovány, trvale stoupá. Nárůsty lze vysvětlit zejména vysokou poptávkou v odvětvích mimo automobilový průmysl.

Také společnost KUKA Roboter v posledních pěti letech automatizovala pět ze svých obráběcích strojů a na svých frézovacích a soustružnických centrech obrábí odlitky z hliníku a oceli pro své roboty. Při plánování automatizace některého ze svých obráběcích strojů ověřuje tři klíčová kritéria:

• zvýšení produktivity stroje;
• snížení nákladů na konstrukční díl;
• zvýšení doby provozu stroje z 16 na 24 hodin za den bez dodatečných mzdových nákladů.
Výrobní parametry:
• velikost dílů: od několika milimetrů až po dva metry;
• doba opracování: 60 sekund až 40 minut;
• série: 4 až 36 dílů;
• obrábění až osmi různých dílů na jednom stroji.

Vzhledem k těmto požadavkům neexistuje řešení, které by se dalo „koupit v krámě“.

Na frézovacím centru DMG MoriSeiki a dalším obráběcím centru Burkhardt & Weber jsou obráběny dva různé díly s výrobními časy 30 minut a delšími. Zatímco chapadlo robota řady KUKA KR Quantec, který obsluhuje otočný stůl centra DMG Mori Seiki, je natolik flexibilní, že může být využito pro oba díly, robot řady KR 500, který zakládá tandemový výměník palet firmy Burkhardt & Weber, je naopak vybaven automatickým výměníkem chapadel od firmy Zimmer Group.

Robot zde kromě manipulace s díly navíc provádí i některé obráběcí operace. Když je opracování na stroji dokončeno, robot kartáčem odstraní špony, vrtá, řeže závity a frézuje. Protože doba cyklu stroje činí přes 30 minut, má robot dost času na tyto doplňkové úkoly, které by jinak musely být prováděny strojem nebo dělníkem. Robot sice nikdy nedosáhne přesnosti a rychlosti obráběcího stroje, avšak může převzít méně náročné pracovní operace.

Robot KR Quantec u stroje DMG MoriSeiki disponuje vřetenem o výkonu přes 8 kW, které je namontováno paralelně s chapadlem. Robot vyvrtá díry o průměru 10 mm pro montáž limitních mechanických dorazů os a díry s průměrem 2 mm pro identifikační štítek. Poté jsou vyrobeny závity a provedeny další operace typické pro obráběcí stroj. Díky této konfiguraci se podařilo zredukovat délku pracovního cyklu ze 48 na 40 minut. To odpovídá zvýšení využití stroje o 17 %. Robot umí dokonce vkládat závitové vložky, což je úkol, který předtím musel provádět dělník pomocí ručního nářadí. Díky tomu bylo možné ještě dále snížit výrobní náklady.

Na robotu u stroje Burkhardt & Weber není vřeteno umístěno trvale, neboť výše zmíněný automatický výměník chapadel může být přizpůsoben také pro vřeteno. Po ukončení manipulační úlohy odloží robot chapadlo, uchopí místo něj vřeteno a připojí jej k potřebným médiím.

Pro uvedené pracovní operace může být robot naprogramován v tomtéž CAD/CAM softwaru jako stroj. Díky softwaru KUKA.CNC dokáouí roboty pracovat přímo podle vygenerovaného G kódu, takže konverze do jazyku robota není nutná. Tímto způsobem lze využívat všechny funkce na bázi G kódu známé ze světa obráběcích strojů, jako je korekce poloměru a délky nástroje, jakož i další nástroje bez znalostí robotiky. Robot i stroj tedy mohou být ovládáni tímtéž pracovníkem prostřednictvím G kódu.

Do buňky s robotem KR Quantec u stroje DMG Mori Seiki se vejde 12 dílů, do buňky s KR 500 u stroje Burkhardt & Weber 16 dílů. Počet dílů v buňce i počet nástrojů, které jsou k dispozici pro požadované obráběcí úkoly, je naplánován tak, aby buňka mohla být v provozu osm hodin bez přítomnosti obsluhy. Díky tomu lze během nočních směn zvýšit počet dílů vyrobených za den o 50 % bez potřeby dalších zaměstnanců. Zejména u stroje Burkhardt & Weber se podařilo snížit potřebu zaměstnanců i v denních směnách, neboť dříve trvalo 15 minut, než byly těžké obrobky založeny do stroje, zatímco nyní trvá založení dílu pouze 2 minuty. Za den se tak uspoří celkem 624 minut drahocenného strojního času, a navíc se snížilo riziko poškození zařízení a zvýšila se bezpečnost práce.

Automatizovány byly nejen frézovací stroje, ale i dva soustruhy. Na obou strojích od DMG Mori Seiki jsou z přední strany instalovány roboty pro zakládání a vyjímání dílů. Zatímco díly vyráběné na frézovacích centrech mají dlouhé výrobní časy, obráběcí časy na soustruzích se pohybují mezi 90 sekundami a 6 minutami. Protože i soustružnická centra měla běžet osm hodin bez personálu, bylo třeba pro zakládání dílů vyvinout jinou koncepci než u frézovacích strojů. Zásobník musí pojmout až 144 dílů, a tak bylo rozhodnuto o instalaci zakládacího systému od sesterské společnosti KUKA Systems.

Zakládací systém sestává z kolejniček, po kterých se pohybují vozíky, na něž lze naložit až čtyři různé díly. U buňky s delší dobou cyklu postačuje zakládací systém se dvěma dráhami pro 96 dílů. U druhé buňky s kratší dobou cyklu je instalován zakládací systém se třemi dráhami pro 144 dílů. Kolejničky vedoucí k robotu jsou v mírném sklonu. Obsluha, která pracuje vně buňky, naloží vozíky až čtyřmi obrobky a poté je uvolní z nakládací pozice. Vlivem gravitace vozík sjede po kolejničkách dolů k robotu. Robot vyjme díly z vozíku a založí je do stroje. Jakmile jsou z vozíku vybrány všechny díly, přemístí robot vozík na kolejničky, které vedou od robota směrem k obsluze, a vozík po nich sjede zpět, aby mohl být znovu naložen. Obrobené díly robot vyjme ze stroje a uloží na paletu, která je pak dopravena na montážní linku v další hale.

Jelikož stroje mohou obrábět osm různých dílů, jsou upínací prvky na vozících navrženy flexibilně, aby každý vozík mohl nést čtyři různé díly. Pro osm dílů jsou tedy potřeba pouze dva vozíky. Obsluha přitom zadává do řídicí jednotky systému informaci, který díl se nachází na kterém vozíku. Chapadlo robota je řízeno senzorem a při uchopení dílu je porovnávána poloha sevření chapadla s informacemi předanými řídicím systémem. Tímto způsobem lze zjistit eventuální chyby při vkládání dat a mohou být personálem odstraněny. Robotické zakládání a vyjímání umožňuje osmihodinovou bezoblužnou výrobu na noční směně, stejně jako polední přestávku bez nutnosti zastavit stroj.

KUKA jako přední výrobce průmyslových robotů sází na automatizaci i ve vlastní výrobě. Přesto i zde se k automatizaci přistupovalo obezřetně. Nejprve byly provedeny fundované analýzy a ověřovala se rentabilita projektů. Brzy však vyšlo najevo, že prostřednictvím automatizace je možné realizovat zvýšení výkonu strojů, což vede ke značnému snížení výrobních nákladů. Projekt automatizace byl ukončen před dvěma lety a investice se již více než zaplatila.

Zpracováno redakcí

KUKA Roboter

dana@seteva.cz

www.kuka.cz