Automatizace obsluhy obráběcích strojů

Seznámení se s těmito možnostmi bylo i důvodem mé cesty do brněnské pobočky švýcarské nadnárodní společnosti GF Machining Solutions, do jejíhož portfolia patří i značka System 3R, která v oboru paletizace a automatizace obsluhy obráběcích strojů patří ve světě k nejznámějším. Ve firmě mě očekávali obchodní manažer System 3R Pavel Hájek a prodejní specialista System 3R Jaroslav Král, kteří mě seznámili s výhodami a technickými podrobnostmi řešení, jež společnost GF Machining Solutions nabízí. Příklad jeho provedení jsem si pak mohl prohlédnout na showroomu.

Paletizace umožňuje pružnější výrobu, vyšší využití výrobních strojů a může být základem pro automatizaci a bezobslužný provoz obráběcích strojů. Palety mohou nést nejen obrobky, ale i upínací přípravky nebo nástroje (například elektrody), a to od malých několikamilimetrových dílů až po rozměrné obrobky do hmotnosti 10 tun. Systém je velmi variabilní a záleží pouze na konkrétním projektu a konkrétních podmínkách, jakým způsobem bude optimálně využit.

V případě paletizace obrobků jde o to, že zatímco stroj obrábí, na jiné paletě je mezitím upínán další obrobek. Ten může být ustaven a proměřen také mimo stroj s tím, že příslušná data jsou následně předána řídicímu systému stroje. Díky tomu může výměna obrobků proběhnout velmi rychle a stroj může bez zbytečného zdržování začít ihned obrábět, aniž by bylo nutné zjišťovat pozici obrobku na stroji. Palety se upínají do tzv. upínacích bodů, které jsou upnuty na stole stroje a jejichž polohu řídicí systém zná z předchozího zaměření. Těchto bodů může být i více, což je u větších obrobků i nutnost, nebo je možné na stůl stroje upnout více palet s obrobky současně.

Opakovatelná přesnost upnutí se pohybuje v toleranci 1 µm (např. systém MacroNano) až 5 µm (např. systém Delphin BIG) v závislosti na použitém paletizačním systému, takže odpadají obavy z nepřesného upnutí. „Tuto obrovskou přednost jednoznačného a přesného upnutí pak řada uživatelů v maximální míře zhodnocuje v případě, že obrobek je zpracováván na více strojích, a to i při průchodu přes stroje rozdílných technologií, jako jsou například frézování (CNC centrum, horizontka), vrtání (vyvrtávačka), hloubení, drátové elektroerozivní řezání, broušení, měření (3D CMM),“ uvádí Pavel Hájek a pokračuje: „Naprosto typickým příkladem může být tvarová vložka formy, která může být obráběna na frézovacím centru a dokončována na hloubičce. Mezitím může být zařazena kontrola na souřadnicovém měřicím stroji, případně operace na drátové řezačce nebo broušení, přičemž obrobek zůstává stále upnut na téže paletě, na níž putuje celým výrobním cyklem. Nic také nebrání případnému přerušení výroby, pokud je na daném stroji potřeba přednostně zpracovat jinou prioritní zakázku.“

Přesnosti upínání je dosaženo prostřednictvím karbidových referencí (tj. dorazů), které zajistí upnutí palety vždy do stejného místa. Unikátní na řešení System 3R je, že u všech technologií, ať už jde o frézování, hloubení nebo měření, používá stejnou upínací sílu pro upínání palet do upínacích bodů, což je naprosto stěžejní právě s ohledem na dodržení vysoké opakovatelné přesnosti upnutí nebo přepnutí do dalšího pracovního místa komplexní technologie.

Výhod paletizace je možné využívat nejen v sériové, ale právě i při kusové výrobě a prakticky na libovolném obráběcím stroji. Jde přitom vždy o to, že upnutí a přípravné práce se provedou mimo pracovní prostor stroje, což přinese zmiňovanou úsporu strojního času, a tedy i možnost většího využití stroje. Největších finančních úspor se zde samozřejmě dosahuje u nejsofistikovanějších obráběcích strojů, jejichž strojní čas je nejdražší.

„Skutečností zůstává fakt, že nasazení paletizace je v dnešní době patrné ve všech strojírenských společnostech, jejichž firemním krédem je produktivita, snaha o enormní zkrácení návratnosti investice do výrobních zařízení a maximalizace ziskovosti společnosti,“ říká k tomu pan Hájek. „Je až zarážející, že tuto shodnou ambici i shodný přístup k jejímu naplňování či realizaci nacházíme ve firmách s naprosto diametrálními rozdíly, a to jak s ohledem na jejich strojní park, tak z pohledu na sériovost produkce (kusovka až velké série) či velikosti dané organizace. Zjednodušeně se dá konstatovat, že progres, který do vlastní výroby přináší paletizace, si uvědomují jak jednomužné firmy, tak nadnárodní molochy.“

V současnosti se již stává standardem, že mimo řešení, kdy je obrobek upínán přímo na paletu, jsou k dispozici palety osazené různými typy sklíčidel, svěráky, upínacími přípravky, magnetickým upínačem apod. Pak mluvíme o paletizaci přípravků. Velmi efektivním řešením pomocí paletizačních prvků je například upnutí externího otočného stolu (děličky, kolíbky), čímž další potřebnou osu či osy získáme velmi rychle a s jasně definovanou polohou bez potřeby pracného a zdlouhavého ustavování a zaměření.Na palety jsou upínány rovněž grafitové nebo měděné polotovary pro výrobu elektrod, aby se následně elektrody přes tuto paletku přímo upínaly do hloubičky. To je rovněž základem pro automatizaci výrobního procesu.

V prezentačním centru GF Machining Solutions v Brně lze vidět sestavu hloubičky Form 200 obsluhované robotem Transformer. Robot zde obsluhuje regálový zásobník, v jehož horní části má uloženy menší palety s elektrodami, v dolní části větší palety s obrobky. Každá paleta je opatřena ID čipem, který umožňuje jednoznačnou identifikaci palety, k níž se vážou výrobní data o nástroji nebo o obrobku. Po spuštění si robot prostřednictvím zmíněných čipů bezdotykově naskenuje umístění palet v zásobníku (skoro by se chtělo říci, že si „očichá regály“) a podle programu si vybere paletu s obrobkem, upne ji do hloubičky a následně si v příslušném pořadí vybírá odpovídající elektrody a upíná je do stroje. Použité elektrody a hotové obrobky přitom ukládá zpět na volné pozice v zásobníku. Tímto způsobem lze po předchozím naplnění zásobníku zajistit i bezobslužný provoz na odpolední či noční směně nebo o víkendu. Výměnu obrobků lze provést pomocí nakládací stanice, z níž si robot přeloží palety do zásobníku.

Do automatizované výrobní buňky lze pochopitelně zapojit mnohem více strojů. Její součástí může být několik hloubiček a obráběcích center, drátové řezačky, 3D měřicí stroje aj. Robotizace a manipulátory System3R jsou konfigurovány pro široké spektrum paletizačních systémů a nástrojů a manipulaci s dílci do hmotnosti 1 200 kg, a pokud je v buňce strojů více, pohybuje se mezi nimi manipulátor (robot) po kolejnicích, díky čemuž dokáže obsloužit až 12 strojů v jednom výrobním systému. Automatizované pracoviště System 3R je možné v případě potřeby osadit i jiným typem robota než Transformerem, například pro víceosé aplikace, dvoukamerovým robotem apod. Celá zástavba výrobní buňky je přitom nesmírně kompaktní, s minimalizovanými nároky na podlahovou plochu.

K dispozici jsou i jednodušší řešení. Pro obsluhu jednoho stroje může být využit cenově výhodný výměník palet WorkPal. O něco vyšší stupeň automatizace představuje manipulátor WorkPartner 1+, který může obsluhovat až dva stroje a využívat různé typy zásobníků, kdy ve standardu je připraveno devět kombinací „těžkých“ a „lehkých“ zásobníků.

Jako opce lze využít nabídku různých regálových a rotačních zásobníků, nakládacích stanic, multifunkčních nakládacích stanic pro více typů palet, nakládacích míst pro těžší obrobky, vylévacích stanic (drain and rinse station) pro vylévání dielektrika z obrobků po elektroerozivním hloubení, sušiček, praček aj.

Součástí dodávky je software Work Shop Manager pro řízení výroby, určený pro ručně řízené i automatizované výrobní procesy. Software zajišťuje přípravu obráběcích úloh, správu identifikačních čipů, podává přehled o stavu výroby, může komunikovat s podnikovým informačním systémem a poskytuje celou řadu dalších možností. Přitom je modulárně rozšiřitelný s ohledem na konkrétní potřeby a požadavky výroby.

Díky možnostem, které automatizace a nejrůznější doplňky poskytují, může být celá sestava výrobní buňky velmi variabilní.Technici společnosti GF Machining Solutions vždy navrhují individuální řešení na míru konkrétním potřebám zákazníka a současně zohledňují i možnosti dalšího rozšíření s  vizí pro budoucí kapacitní nebo technologické potřeby produkce. „Pro zákazníka je rovněž velmi důležité, že mu můžeme dodat nejen automatizaci, ale celou výrobní linku – od našich frézovacích strojů přes hloubičky, drátovky až po robota a všechny potřebné opce. Pro celé „GFMS řešení“ pak má k dispozici komplexní podporu od jediné organizace,“ uzavírá představení paletizačního a automatizačního systému System 3R Pavel Hájek.

Pavel Marek, Brno

pavel.marek@mmspektrum.com

www.gfms.com/cz