Témata
Reklama

Nová koncepce obrábění minimalizuje výrobní časy

Nová koncepce obrábění pomocí kombinovaných nástrojů může vést k až 47% snížení výrobních časů, jak ukazuje příklad z automobilového průmyslu

Silný tlak konkurenční soutěže v oblasti automobilového průmyslu vede výrobce ke zvyšování produktivity a snižování nákladů při trvale vysoké jakosti zpracování. Tyto faktory byly rozhodující i při výrobě nového ramena pro zavěšení zadní nápravy u jednoho renomovaného německého výrobce automobilů, který si vytkl náročný cíl - obrábět ramena z relativně dobře obrobitelného hliníkového odlitku z pískové formy, z materiálu AlSi7Mg s tvrdostí od 70 do 100 HB, při výrobním času 200 s. U srovnatelných ramen pro dřívější modely činil výrobní čas 294 s.
Reklama
Reklama

Požadavky na obrábění

Na novém rameni je třeba obrábět čtyři tvarem a průměrem odlišná uložení W, H, G a V s tolerancemi průměru 0,05 mm a drsností Rz 16 µm. Dále se má vytvořit sedm neprůchozích závitů M8 na horní straně ramene ve dvou různých délkách závitu, jež mají sloužit pro upevnění lanka ruční brzdy, zástěrek a spojovací tyče. Kromě toho musí být na spodní straně vytvořeny čtyři vývrty se závitem M6 pro upevnění vedení ABS a senzoru pro regulaci světlé výšky. Přitom všechny vývrty se závitem musí být opatřeny válcovým ochranným zahloubením. Dalším krokem při obrábění je oddělení nálitku. Zadání, které obdržel výrobce nástrojů - firma JEL (Joh.+Ernst Link GmbH+Co.KG) -, obsahovalo požadavek, že celé obrábění má probíhat na pětiosém obráběcím centru se dvěma vřeteny ELHA HBZ-2-630 s výkonem pohonů 30 kW na vřeteno, horizontálním systémem vřeten a paletování s výrobním časem 200 s. Pro obrábění včetně nutných výměn nástrojů je však k dispozici pouze čas 190 s, protože výměna palet, jež trvá 10 s, je zahrnuta v výrobním čase.

Kombinované nástroje

Protože čas, který je pro celé obrábění k dispozici, je velmi krátký, je třeba počítat s každou desetinou vteřiny, jež by mohla být ušetřena v hlavním i vedlejším výrobním času. Dosavadní ramena byla obráběna v závislosti na typu pomocí minimálně 24 jednotlivých specializovaných nástrojů. Počítáme-li pro výměnu nástroje (vč. polohování) s cca 9 s, vychází čas na výměnu nástrojů 207 s, takže požadovaný výrobní čas 200 s takto nelze dodržet. Protože výměna nástrojů představuje největší podíl na vedlejším výrobním času, úvahy se velmi rychle zaměřily směrem ke kombinovaným nástrojům. Výsledkem návrhu technologie byl vývoj těchto osmi kombinovaných nástrojů:
• čtyři kombinované nástroje, každý pro obrábění jednoho ze čtyř uložení;
• jedna kotoučová fréza pro oddělení nálitku na dílu před obráběním;
• jeden tvářecí závitník z tvrdokovu pro tváření sedmi závitů M8;
• jedna úhlová hlava se stupňovým vrtákem pro základní otvory pro závity M6;
• jedna úhlová hlava se závitníkem z tvrdokovu M6 k vyvrtávání závitů M6.

Nástroje pro obrábění uložení

Jelikož každé ze čtyř uložení má vzhledem k rozličným funkcím specifické zvláštnosti, byl pro každé uložení vyvinut vlastní vyvrtávací nástroj, jímž lze vývrt provést v jedné průběžné operaci. Tyto nástroje jsou kombinované a umožňují až devět různých obráběcích operací. Jako příklad konstrukce je zde znázorněn vyvrtávací nástroj pro uložení H. Pískované základní těleso nástroje je z vysoce pevné oceli a je opatřeno upínacím kuželem HSK63. V základním tělese je umístěno po jedné řezné destičce z tvrdokovu pro čelní rovinné obrábění a sražení hrany vývrtu uložení. Na vrchu střední části jsou umístěny dvě řezné destičky s několika řeznými hranami pro vývrt uložení. Pro dosažení tolerance 0,05 mm na průměru uložení je nástroj opatřen čtyřhrannými řeznými destičkami s velkým úhlem čela (15°), které jsou stavitelné pomocí excentrického šroubu. V dalších dvou lůžkách destičky vespod střední části jsou uloženy dvě tvarové destičky, které slouží k dokončení vývrtu uložení. Přitom se zároveň vyfrézuje cirkulárním frézováním vnější rádius, zarovná se čelní strana a vytvoří se sražení 30° a 5°.
Aby odpadly další časy pro výměnu nástrojů, a tak byl výrobní čas zkrácen, obsahuje nástroj v úzké části hlavy dvě další lůžka pro uložení dvojice zvláštních řezných destiček. Těmito stavěcími destičkami se frézuje malá rovinná dosedací plocha na spodní straně ramene. Rovinné frézování této malé plochy se provádí pomocí páté osy dvojitého vřetena. Přitom proniká část nástroje se zvláštními řezacími destičkami do štěrbiny široké 50 mm mezi přípravkem a paletou. Na špičce kombinovaného nástroje je upnut stupňovitý vrták z tvrdokovu, jenž je upevněn pomocí upínacího šroubu v hlavě. Jeho pomocí se vrtá pět ze sedmi vývrtů pro závit M8 s válcovým ochranným zahloubením do horní strany ramene. Vývrty pro dva zbývající závity M8 mají menší hloubku a jiné ochranné zahloubení a provádějí se stupňovitým vrtákem, který je součástí kombinovaného nástroje pro uložení W.
Pro zabránění poškození vývrtu pro uložení na zadní straně, např. šponami, byly do osy tělesa z těžkého kovu zavedeny čtyři chladicí a mazací drážky. Těmito štěrbinami se řezy zaplavují silným proudem emulze, která hliníkovou třísku odplavuje ihned po jejím vytvoření, takže ve vývrtu nezůstávají žádné špony a nemohou se ani zachycovat na tělese. Nástroje pro uložení W a G jsou konstruovány podobně. Pomocí prvního nástroje je provedeno celkem sedm a pomocí nástroje pro uložení G devět jednotlivých operací.

Cirkulární frézování destičkami PKD

Kvůli nákladům byly všechny nástroje v první fázi zkoušek průběžně vybaveny otočnými řeznými destičkami z tvrdokovu. Přitom však nebylo možné požadovaného výrobního času 200 s dosáhnout. Vzhledem k tomu, že cirkulární frézování vývrtu uložení na zadní straně vyžadovalo nejdelší obráběcí čas, byly u kombinovaných nástrojů pro uložení H, G a W otočné řezné destičky nahrazeny polykrystalickými diamantovými řeznými destičkami (PKD) - obr. 4. Tím bylo možné zvýšit řezné rychlosti při hloubce řezu od 2 do 3 mm z 500 m.min-1 na 1000 m.min-1 a posuvy z 0,12 mm/z na 0,23 mm/z (z = 2). Z důvodů sjednocení řezných rychlostí byly dále otočné řezné destičky z tvrdokovu pro vyvrtávání vývrtů uložení nahrazeny otočnými destičkami PKD. Výsledkem přechodu na tyto tři kombinované nástroje bylo snížení výrobního času o 15 s na požadovaných 200 s, přičemž současně bylo dosaženo lepší jakosti povrchu, lepší stability rozměrů a značného zvýšení životnosti, takže došlo k podstatnému zlepšení spolehlivosti technologie.
Mezitím byla obráběna ramena sériově na čtyřech obráběcích centrech ELHA HBZ-2-630 s těmito kombinovanými nástroji, přičemž měsíčně bylo vyráběno cca 30 000 sad ramen, tzn. bylo kompletně obrobeno 30 000 levých a 30 000 pravých ramen. Životnost kombinovaných nástrojů pro obrábění uložení H, G a W je cca 45 000 dílů. Získané zkušenosti byly přitom tak dobré, že se započalo s dalším projektem kompletního obrábění podobně konstruovaného lichoběžníkového ramene (obr. 5). Dosavadní výsledky jsou stejně pozitivní jako u výše popsaného obrábění ramene poloosy. Firmu JEL zastupuje na českém trhu společnost SK Technik, spol. s r. o.
Ralf Pickenhahn, Dieter Trick
Reklama
Vydání #4
Kód článku: 30414
Datum: 23. 04. 2003
Rubrika: ČNI / Automatizace
Autor:
Firmy
Související články
Automatizace výroby a kontrola kvality

Stejně jako rostou požadavky na přesnější a efektivnější výrobní procesy, rostou velmi výrazně i požadavky na kvalitu produktu. Kvalita produktu je sledována již od prvopočátku, kdy je za každý vstupní komponent zodpovědný výrobce a dodavatel.

Vzdělávání a rozvoj v provozech s automatizací

Moderní technologie s sebou přinášejí nejen vyšší stupeň automatizace, ale i velkou míru zodpovědnosti v oblasti obsluhy těchto technologií a obecně v oblasti spolupráce mezi lidskou obsluhou a strojem. I když jsou moderní technologie na vysoké automatizované úrovní a např. koboty se dnes vyrábějí s cílem až osmiletého bezúdržbového provozu, je velmi důležité mít na paměti, že i ta nejlepší technologie na světě stále vyžaduje lidský faktor. Další díl seriálu Fenomén automatizace pojednává o přístupu ke vzdělávání a rozvoji zaměstnanců.

Technologie stárnou stejně jako lidé

V minulém díle našeho seriálu Fenomén automatizace jsme uvedli, jak správně vybrat dodavatele automatizace. S úspěšným výběrem dodavatele přichází na řadu výzkum a vývoj technologie, která bude zajišťovat výrobu, montáž a všeobecně zisky. Takové technologie jsou poptávány s úmyslem sloužit celé roky, jen ve výjimečných případech se staví linky pro krátkodobé použití. Automatizace má pomoci s dlouhodobými plány na celé dekády, ovšem mnohdy s sebou nese velké náklady a trvá roky, než si na sebe začne vydělávat. A pak se často začne hlásit ke slovu potřebná modernizace či únava materiálu vyžadující investice a náklady jsou opět velkým strašákem. S výběrem dodavatele jde v ruku v ruce i výběr partnera na dlouhá léta.

Související články
Výběr správného partnera má zásadní význam

Při výběru dodavatele automatizace pro velký závod či malou dílnu je nutné nejprve důsledně definovat požadavky na očekávané aplikace, včetně základních parametrů řízení a případné škálovatelnosti do budoucna. Benefity automatizace jsou již z předchozích dílů seriálu Fenomén automatizace jasné – šetření nákladů, minimalizace lidské chyby, urychlení procesů a zvýšení jejich efektivity. Kolik času však zabere dostat se ke kýžené vizualizaci a implementaci plánu a vize? Úspěch není vždy jen o dodavateli a technologiích, důležité je také připravit klíčové lidi ve firmě na to, co je čeká, a dát jim prostředky pro pochopení představených plánů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Automatizace není odpovědí na všechny otázky

Primárním cílem zavádění automatizace a robotizace je nejen zajistit více času, jak jsme si řekli v minulém díle, ale jejím účelem je také usnadnit lidstvu složité a zdraví škodlivé úkoly. Automatizace se nasazuje v oblastech stereotypní a nebezpečné práce. Motivací firem může být i škálovatelnost, maximalizace zisku a v neposlední řadě nižší počet lidských selhání. Tento díl našeho seriálu Fenomén automatizace se zamýšlí nad tím, proč, kde a jak automatizovat, a dalšími otázkami.

Velké výzvy pro malé společnosti

Automatizace je fenomén, který je výsledkem přirozené lidské touhy posouvat technologický pokrok kupředu ve snaze ulehčit si vlastní život. Byť je automatizace skloňována v mnoha odvětvích, je stále v počátcích svého vývoje. To, co určuje stupeň technologické evoluce, je náročnost člověka jako uživatele a zákazníka. Automatizovat se dá prakticky jakýkoli proces. Například i koupě chytrého telefonu je ve své podstatě automatizace určitého procesu. Chytrý telefon dokáže nahradit běžný telefon, diář, hudební přehrávač a mnoho dalších aplikací. To vše lze nosit v jedné malé krabičce, která se vejde do kapsy.

Automatizace je neskutečný fenomén

Když se na nás František Zimmermann poprvé obrátil jako věrný čtenář, myslela jsem, že jde jen o milou pochvalu a zpětnou vazbu, která vždy potěší a kterých si velmi vážíme. V naší vzájemné komunikaci však byla schovaná také nabídka na pomoc se zpracováním aktuálních témat z naší branže. Poté, co jsem pana Františka vyzpovídala, vyšlo najevo, že má opravdu bohaté zkušenosti nejen v oblasti vývoje, zavádění automatizace a robotizace, ale také s vedením týmů operátorů i vývojových pracovníků. V průběhu roku se s vámi, čtenáři, bude dělit o vlastní zkušenosti formou desetidílného seriálu o různých aspektech zavádění automatizace. Prosím, seznamte se s Františkem Zimmermannem.

Platforma pro edgecomputing a průmyslový internet věcí

Systém FIELD (FANUC Intelligent Edge Link and Drive) je platforma určená pro propojení provozních zařízení, která umožňuje rychlý a spolehlivý přístup k výrobním datům s cílem využít je k naplnění koncepce chytré, propojené výroby. Dovoluje realizovat edge computing, tedy shromažďovat a zpracovávat data přímo v provozu, nikoliv až v cloudu, a umožňuje tak činit rozhodnutí, která se týkají jednotlivých strojů a zařízení, mnohem rychleji než u cloudových aplikací. Přitom zůstává zachována možnost, nikoliv povinnost, předem zpracovaná data přenášet k centralizovanému zpracování v informačním systému podniku nebo v cloudu. Účelem je nejen monitorovat, ale i aktivně zasahovat do výrobního procesu ve smyslu regulační smyčky se zpětnou vazbou.

Využití robotů při úpravě stehenních kostí pro implantáty

Belgický start-up Texere Biotech v nedávné době zahájil v plně automatizovaném závodě výrobu, která je ve světovém měřítku první svého druhu. Firma odebírá femorální hlavice (tj. horní konec lidské stehenní kosti) a zpracovává je do kostkovitých implantátů, tzv. alograftů. Ve sterilních podmínkách zpracovává tento materiál do kostních náhrad šest robotů Stericlean dodávaných firmou Stäubli.

Automatická přeprava hliníkových desek s milimetrovou přesností

Dopravu těžkých hliníkových desek zajišťují ve společnosti Austria Metall AG (AMAG) autonomní transportní platformy a přispívají tak významným způsobem k flexibilitě interní logistiky. Tyto všesměrové plošiny se pohybují zcela autonomně a provádějí tak samostatně poslední výrobní krok.

Školní robot pro výuku automatizace

Vzdělávání žáků pro život v první polovině 21. století, v naší tzv. industriální civilizaci.

Výměnný systém pro automatizaci obrábění

Hlavice Robot point je novinkou české strojírenské firmy v-tech a je dalším produktem, který jde cestou filozofie Průmysl 4.0.

Praktický návod, jak zavést robotizaci

V posledních letech jsou výrobní firmy doslova bombardovány tématy o robotizaci a automatizaci. Z praxe ale víme, že problém nastává v momentě, kdy se firmy rozhoupou udělat první krok. Jednoduše neví, kde začít. A není se čemu divit. Tak výraznou změnou často procházejí vůbec poprvé a nemůžou se opřít o předchozí vlastní zkušenost.

Elektrické polohování? Snadno a pro každého!

S výjimkou specialistů si většina z nás pod pojmem elektrické servo v oboru automatizace představí složitou techniku určenou právě oněm expertům. Pokrok nejen v oboru elektrických pohonů však směřuje k výraznému zjednodušení, nejnovější generaci servomotorů Festo uvede do provozu i laik. Výrazně přitom pomáhá především software Festo Automation Suite, postupně integrující všechny dříve samostatné pomůcky a nástroje.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit