Dziś jest niedziela, 20 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8503 -0.35% 1EUR 4.2844 -0.01% 1GBP 4.9671 +0.43%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Aktualności
32 edycja targów Energetab 2019 juz za cztery tygodnie
więcej
Przed nami 32. edycja targów ENERGETAB 2019
więcej
Nowy cykl szkoleń praktycznych związanych z programowaniem sterowników marki Siemens
więcej
Siemensa buduje fabrykę dla Przemysłu 4.0 w Polsce
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
29 październik 2019
73. edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
16 wrzesień 2010.

ROZWÓJ I AUTOMATYZACJA OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH

W pierwszej części artykułu omówiono wybrane kierunki rozwoju obrabiarek skrawających zauważone na EMO. W drugim artykule pokazano kierunki automatyzacji obrabiarek.

1. Wprowadzenie

Automatyzacja jest efektownym słowem nowoczesnej produkcji. Wzrost kosztów pracy ludzkiej powoduje, że przestarzałe urządzenia są coraz częściej przenoszone do państw leżących dalej na wschód, gdzie bezpośrednia praca ludzka jest tańsza. Jeżeli produkcja ma pozostać w macierzystym kraju, to rozwiązaniem jest wdrażanie zautomatyzowanych, a w tym zrobotyzowanych środków produkcji. Urządzenia takie zapewnią możliwość funkcjonowania drogich maszyn technologicznych w czasie wolnym dla obsługi - w nocy, soboty, niedziele święta i tym zapewnia znaczne obniżenie kosztów produkcji.
Producenci obrabiarek i komponentów automatyzacji dążą do zapewnienia największej produktywności, a jednocześnie dostosowują swoje wyroby do instalacji i eksploatacji w warunkach oszczędzających środki finansowe. Jedną z podstawowych dróg zwiększania produktywności wytwarzania jest bowiem dążenie do zwiększania czasu pracy maszyn przez automatyzację podsystemu przepływu przedmiotów i zapewnienie bezobsługowej pracy w czasie wolnym dla obsługi. Centrum obróbkowe bez automatycznej wymiany przedmiotów to jak samochód formuły 1 jadący na kole dojazdowym - to motto przyświeca automatyzacji pracy obrabiarek.


W świetle rozwiązań prezentowanych na EMO 2009 zarysowują się wyraźnie poniższe kierunki rozwoju w obszarze automatycznej wymiany przedmiotów na obrabiarkach:
1. Pierwszy kierunek to obrabiarki samoobsługujące się.
2. Drugi kierunek to zrobotyzowane autonomiczne stacje obróbkowe. Dzisiaj, w przeważającej gamie rozwiązań, są to aplikacje z zastosowaniem robota przegubowego, bazujące na wymianie małych palet z zamocowanymi na nich przedmiotami lub czasami na wymianie także samych przedmiotów na paletach. Manipulatory i roboty są wtedy zintegrowane z magazynami tworząc moduł, który może obsługiwać jedną lub więcej niż jedną obrabiarkę
3. Trzeci kierunek to autonomiczne stacje obróbki frezarskiej z zastosowaniem zmieniaczy palet przedmiotowych.
4. Czwarty kierunek to elastyczne systemy obróbkowe z zastosowaniem zmieniaczy palet przedmiotowych i klasycznych rozwiązań podsystemów transportowych, magazynowych - magazynów regałowych, układarek, wózków szynowych, itp.
Niektóre z rozwiązań przedstawiane już były w Mechaniku [2, 3, 4]. W każdym z kierunków rozwoju dominującą koncepcją jest stosowanie zasad budowy modułowej, która pozwala na dostosowanie do warunków elastycznego wytwarzania. Zalety tej technologii są bowiem niezaprzeczalne [1].

2. Obrabiarki samoobsługujące się

Na EMO 2009 można było zaważyć dalszy rozwój samoobsługujących się tokarek pionowych. W tokarkach do obróbki przedmiotów klasy tuleja-tarcza wrzeciennik (elektrowrzeciono), wykonuje ruchy w osiach Z i X, które podczas obróbki są ruchami posuwowymi. Wrzeciennik może także przemieścić się poza obszar obróbczy i pobrać/oddać przedmioty z/do magazynu znajdującego się przy obrabiarce, uchwyt tokarski pełni wtedy rolę chwytaka.
Firma EMAG - pionier i lider budowy "samo ładujących się" autonomicznych stacji obróbki tokarskiej, oprócz znanych tokarek pionowych do przedmiotów klasy tuleja-tarcza [3, 4] zaprezentowała kilka nowych rozwiązań, przede wszystkim tokarki pionowe do obróbki wałków w wersjach VTC 250/315 - rys. 1 i VTC 250 DUO. Tokarka VTC 250 obrabia wałki o średnicy do 140 mm i długości do 630 mm, większa wersja 315 o średnicy do 250 mm i długości do 700 mm. długości. W tokarkach VTC ruchy posuwowe wykonują dwie 12-gniazdowe głowice narzędziowe, które w jednym z gniazd mają chwytaki przedmiotów. Jedna z głowic może przemieszczając się pobrać przedmioty z magazynu przygotówek znajdującego się z lewej strony obrabiarki:, a druga oddać do magazynu gotowych wałków znajdującego się po prawej stronie. Tokarka VTC DUO łączy funkcje z dwóch tokarek - ma dwa wrzecienniki i trzy rewolwerowe głowice narzędziowe, może frezować także koła zębate. Korpusy frezarek wykonane są z polimerobetonu i firmowej nazwie Mineralit?. Największą zaletą tokarek pionowych budowanych według takiej koncepcji jest integracja funkcji obróbkowych i manipulacyjnych.


Rys. 1. Tokarka pionowa do obróbki wałków VTC 250 firmy EMAG

Nowatorskim rozwiązaniem, które umożliwia manipulację przedmiotami w centrach obróbkowych, jest chwytak firmy Schunk przedstawiony już w Mechaniku [3]. Chwytak znajduje się w magazynie narzędziowym, a w celu wymiany przedmiotu obrabianego zostaje on umieszczony we wrzecionie obrabiarki za pomocą zmieniacza narzędzi.

3. Zrobotyzowane autonomiczne stacje obróbkowe

W historii budowy autonomicznych stacji obróbkowych można było obserwować różne koncepcje rozwiązań. Do niedawna standardem w stacjach obróbki tokarskiej było stosowanie robotów bramowych, a w stacjach frezarskich magazynów i manipulatorów palet zgodnych z normami ISO nr 8526. Obecnie obserwuje się wyraźną unifikację rozwiązań. Dzisiaj są to zintegrowane modułowe podsystemy które mogą obsługiwać jedną lub więcej niż jedną obrabiarkę. Moduł z zastosowaniem robota przegubowego i magazynu palet lub/i przedmiotów, pozwala na wymianę stosunkowo niewielkich palet jak też i wymianę samych przedmiotów. Na EMO 2009 można było zaobserwować wiele nowych rozwiązań odpowiadających tej koncepcji. Na rys. 2 pokazano widok autonomicznej stacji tokarskiej. Istotną cechą tego rozwiązania jest ustawienie modułu w osi tokarki, dzięki czemu nie jest utrudniony dostęp do maszyny w celu jej przezbrojenia.


Rys. 2. Autonomiczna stacja tokarska firmy DMG - moduł WH2/ WH3 z tokarką SPRINT 42

Na rys. 3 charakterystyki modułów firmy DMG przeznaczonych do współpracy z tokarkami. W module zawierającym robot przegubowy przedmioty znajdują się na przekładanych nośnikach (paletach).

WH 3

Robot:

- udzwig

max. 3,0 kg

- powtarzalnosc pozycjonowania

? 0,04 mm

- promien dzialania

max. 859 mm

Szufladowy magazyn przedmiotów:

- wymiary szuflady

600 x 400 mm

- liczba szuflad (palet):
przy wys, przedmiotów 60 mm

15

przy wys, przedmiotów 120 mm

8

czas wymiany przedmiotu

ok. 6s

WH 10 (top)

Robot:

- udźwig

max. 10,0 kg

top

max. 20,0 kg

- powtarzalnosc pozycjonowania

? 0,10 mm

- promien dzialania

max. 1 610 mm

top

max. 2 017 mm

Magazyn przedmiotów na przesuwnych paletach:

- wymiary palety przedmiotowej

600 x 800 mm

- liczba palet

2

- wysokosc przedmiotów

max. 100 mm

- wymiary przedmiotów

max. ?65 x 400 mm


Rys. 3. Charakterystyki modułów firmy DMG przeznaczonych do współpracy z tokarkami

W stacjach frezarskich rozwijane jest rozwiązanie dla obsługi centrów obróbkowych firmy Hermle, prezentowane już w Mechaniku [2], którego pomysłodawcą była firma EROWA. Istotą tego rozwiązania jest zastosowanie zrobotyzowanej wymiany stosunkowo niewielkich palet przedmiotowych o charakterze uniwersalnym na frezarkach i centrach obróbkowych jak też i wymiany samych przedmiotów. W skład zintegrowanego modułu wchodzi robot przegubowy oraz magazyn palet. Dzięki zwartej obudowie moduł zajmuje bardzo niewiele miejsca i pozwala dopasować wypoziomowanie do maszyny z którą współpracuje.
Charakterystyki palet przedmiotowych oferowanych przez różne firmy zestawiono w tab. 1. Ustalanie i mocowanie palet bazuje najczęściej na rozwiązaniu mocowania z tzw. punktem zerowym (Zero Point Clamping System) - rys. 4. Istotą jest wysoce dokładne ustalanie i mocowanie za pomocą trzpienia pozycjonująco-mocującego do płyty mocowanej na stole frezarki.

Tab. 1. Charakterystyka palet przedmiotowych oferowanych przez różne firmy

Firma

Wymiary palet prostokatnych [mm]

Srednice palet okraglych ? [mm]

Maksymalna masa przedmiotu [kg]

Dokladnosc pozycjonowania [mm]

EROWA

320x320


115
148

250
50
100

0,002
0,002
0,002

Hirschmann

88 x 88 3
20 x 320

 

50
250

0,002
0,002

System 3R

54 x 54
400 x 400

45 1
85

5
250

0,005
0,005


Rys. 4. Zasada ustalania, zamocowania i odmocowania trzpienia systemu mocowań z punktem zerowym

Na rys. 5 pokazano widok autonomicznej stacji obróbki frezarskiej firmy Chiron.


Rys. 5. Autonomiczna stacja CHIRON FLEXCELL

Charakterystykę modułów firm Chiron i DMG przeznaczonych do współpracy z frezarskimi centrami obróbkowymi pokazano na rys. 6.

CHIRON FLEXCELL

Robot:

- udzwig max. 5,0 kg
- powtarzalnosc pozycjonowania ? 0,20 mm
- promien dzialania max. 704 mm

Regalowy magazyn palet :

- wymiary palet (LxBxH) 400 x 300 mm
- liczba (palet): 12

PH 50 I 20 firmy DMG

Robot:

- udźwig
max. 60,0 kg
- powtarzalnosc pozycjonowania ? 0,20 mm
- promien dzialania

max. 2 033 mm

Regalowy magazyn palet:
- wymiary palet (LxBxH) 320x320x300 mm
- liczba palet 20
Rys. 6. Charakterystyki modułów firm Chiron i DMG przeznaczonych do współpracy z frezarskimi centrami obróbkowymi

Roboty znajdujące w modułach współpracujących z obrabiarkami mogą mieć oprogramowanie zapewniające bezpieczeństwo obsługi zgodnie z europejskimi standardami. Przykładowo firma Fanuc (podobne oprogramowanie ma firma KUKA) oferuje oprogramowanie DCS (Dual Check Safety) "Sprawdzanie bezpiecznej prędkości i pozycji robota", które pozwala na zaprojektowanie określonych funkcji systemu bezpieczeństwa robota, z wykorzystaniem tylko samego robota. Oprogramowanie spełnia certyfikat bezpieczeństwa TUV zgodnie z normą EN 954-1 w klasie bezpieczeństwa klasy 3 lub 4 - najwyższe, porównywalne z klasyfikacją dotyczącą ręcznego załadunku prasy. Zastosowanie systemu DCS jest najbardziej opłacalne w aplikacjach, w których dostępny obszar pracy robota musi być ograniczony ze względu na limity miejsca lub procesu, a katalogowy zasięg tego robota jest większy niż aktualnie wymagany. Dwa procesory analizują realną pozycję i prędkość serwonapędów, porównując rzeczywiste dane z danymi zliczonymi zapewniając bezpieczeństwo ludzi pracujących w pobliżu robota. Przy takim oprogramowaniu operator może obsługiwać magazyn w module podczas obróbki przedmiotu na obrabiarce. Dzięki zastosowaniu oprogramowania DCS klienci notują znaczący wzrost wydajności, oszczędności miejsca w hali produkcyjnej, elastyczność systemu i redukcję kosztów sprzętu.

4. Autonomiczne stacje frezarskie z zastosowaniem zmieniaczy palet przedmiotowych

Śledząc ekspozycję EMO 2009 można było zauważyć kilka bardzo interesujących rozwiązań. Fińska firma Fastems, której sylwetka będzie przedstawiona w dalszej części artykułu, oferuje kontenery palet FPC (Flexible Pallet Container) - rys. 7.

Oznaczenie Max wymiary palet mm Max masa palet kg Liczba palet
FPC - 750 500x500 750 12
FPC - 1000 630x630 1,000 10
FPC - 1500 630x800 1,500 10
FPC - 3200 1000x1000 3,200 4
Rys. 7. Widok i parametry kontenerów FPC firmy Fastems

Kontener stanowi kompletną jednostkę zawierającą: 2-piętrowy magazyn palet, układarkę - manipulator palet, okna (wejścia) pozwalające na połączenie z centrum obróbkowym dowolnego producenta, stacją (opcyjnie dwoma stacjami) ładowania palet, a także układ sterowania. Pojemność magazynu można zwiększyć łącząc ze sobą dwa kontenery. Pojedynczy kontener ma wymiary pozwalające na transport samochodem ciężarowym, co umożliwia szybką instalację u użytkownika.
Innym przykładem nowoczesnego podsystemu magazynowania i wymiany palet przedmiotowych jest moduł MPC 80 firmy Chiron. Moduł zapewnia szybką wymianę palet maszynowych z systemem mocowań z punktem zerowym. Pionowy magazyn palet ma dużą pojemność przy małej zajmowanej powierzchni. Widok autonomicznej stacji obróbki frezarskiej z modułem zawierającym magazyn i zmieniacz palet pokazano na rys. 8, a charakterystyki modułu MPC 80, także modułu PH 150 I 8 firmy DMG - przeznaczonych do współpracy z frezarskimi centrami obróbkowymi zestawiono w tab. 2.


Rys. 8. Moduł MPC 80 firmy Chiron: a) widok, b) magazyn palet

Tab. 2. Charakterystyki modułów MPC 80 firmy Chiron i PH 150 I 8 firmy DMG

 

Jedn.

MPC 80 firmy Chiron

PH 150 I 8 firmy DMG

wymiary palet

mm

? 150

220x220

320x320

320x320

wysokosc palet

mm

150

200

250

 

max masa palety

kg

20

40

80

150

pojemnosc magazynu (liczba palet)

 

12

11

10

8

mozliwosc zwiekszenia liczby palet

 

60

22

16

 

czas wymiany palety

s

7,0

8,0

10,0

 


5. Elastyczne systemy obróbkowe

Światowym liderem w obszarze budowy elastycznych systemów obróbkowych wydaje się być fińska firma Fastems, która zbudowała i zainstalowała od 1982 roku w Europie ponad 800, a w USA ok. 100 systemów (rys. 9) z obrabiarkami pochodzącymi od ponad 40 producentów.


Rys. 9. Instalacje systemów obróbkowych firmy Fastems w Europie i USA

Firma Fastems działając jako integrator systemów oferuje kompleksowe instalacje FMS obejmujące:
- zróżnicowane wielkości systemów z różnymi wymiarami palet i obrabiarkami wg życzeń klientów - "szyte na miarę",
- elastyczną produkcję od pojedynczych części do wytwarzania seryjnego,
- sterowanie w oparciu o własne moduły oprogramowania na znanych platformach jak Windows 2000/XP, od pojedynczej obrabiarki do dużych systemów wytwarzania,
- wsparcie strategii klienta w planowaniu i harmonogramowaniu produkcji,
- gwarancję 96% dyspozycyjności,
- możliwość uwzględnienia funkcji montażu
Systemy firmy Fastems konfigurowane i budowane są z modułów, które pokazano na rys. 10.


Rys. 10. Przykładowy elastyczny system firmy Fastems

Trzonem systemu jest dwu- lub trzypiętrowy magazyn regałowy o budowie modułowej FPM (Flexibles Paletten Magazin). Na półkach magazynu możliwe jest składowanie ładowanych na stacji (stacjach) palet maszynowych o wymiarach od 400x400 mm do 1000x800 mm z zamocowanymi na nich przedmiotami, jak też materiałów na paletach transportowych lub w pojemnikach. Moduły mogą być łączone szeregowo w liczbie od 2 do 25. Na rys. 11 zestawiono dane techniczne modułów magazynowych.

Oznaczenie Wymiary regalu dlug x szer x wys mm Wymiary modulu Pojemnosc (liczba palet)
dlug mm wys mm minimalna (2 moduly) maksymalna (25 modulów)
2* 3* 2* 3* 2* 3*
FPM 750 660x660x1100 3000 3800 5100 16 24 200 300
FPM 1100 900x900x1250 3000 3900 5500 12 18 150 225
FPM 1700 1125x1125x1340 2500 4450 6200 8 16 100 150
* liczba poziomów (pięter) magazynu
Rys. 11. Widok magazynu i parametry modułów FPM firmy Fastems

Układarki regałowe zintegrowane z manipulatorem palet pracujące w magazynie są parametrami dostosowane do wymiarów stosowanych palet (od 400x400 mm do 1250x1000 mm) i ich masy (od 700 kg do 10 000 kg).

6. Robot FANUC M-2000iA

Na EMO prezentowany był największy na świecie robot FANUC M-2000iA/1200, który obsługiwał tokarkę karuzelową. Jako najsilniejszy na świecie robot został wpisany do Księgi Rekordów Guinnessa. Robot ten pobił swoimi parametrami dotychczasowego rekordzistę - robota KUKA RK 1000 titan. Charakterystyka robota M-2000iA/1200:
- napęd elektryczny w 6 stopniach swobody,
- może swobodnie manewrować ładunkiem o masie 1350kg, którego środek ciężkości znajduje się w odległości 0.6 metra od nadgarstka robota lub o masie 1200kg, którego środek ciężkości znajduje się w odległości 1 metra od nadgarstka robota,
- może podnieść ładunek na wysokość 6,2m;
- ma nadgarstek pyłoszczelny i wodoszczelny w standardzie IP-67.

Na rys. 12 pokazano nieco mniejszą wersję tego robota.


Rys. 12. Robot FANUC M-2000iA: a) /900L udźwig 900kg, zasięg o promieniu 4683 mm, b) /1200 (opis w tekście)

Najnowszy układ sterowania R-30iA stosowany w robotach M-2000iA zawiera podsystemy: wizyjny i identyfikacji kierunku i wielkości przyłożonej siły. Układ wizyjny znajduje zastosowanie w operacjach identyfikowania pozycji ładunków przed ich pobraniem, a także do wykrywania kolizji i braków produkcyjnych.
Robot M-2000iAzostał zaprojektowany do operowania ładunkami, do podnoszenia których wykorzystywano niegdyś: kilka zsynchronizowanych robotów, przenośniki lub windy.
Nowy robot znajduje zastosowanie w takich operacjach przenoszenia jak:
- manipulacja, załadunek i wyładunek odlewów,
- załadunek i wyładunek odkuwek, w procesie kucia matrycowego,
- ciężkich elementów takich jak zbiorniki, kadzie,
- przenoszenia ram samochodów ciężarowych, osobowych i ciągników.

7. Podsumowanie - spojrzenie w przyszłość

Przewiduje się, że rynek dla techniki automatyzacji będzie rosnąć w przyszłych latach w dwucyfrowym tempie. Przemysł wytwórczy będzie zwiększać wydajność urządzeń, a utrzymanie się na zglobalizowanych rynkach bez nowoczesnych zautomatyzowanych systemów stanie się niemożliwe. Przy elastycznej produkcji i jwysokiej precyzji wyrobów muszą skracać się czasy obróbki, a jednocześnie musi być zapewniona wysoka niezawodność urządzeń.
Trzeba pamiętać, że przeszkodą do wprowadzania automatyzacji w Polsce są nie tylko wysokie koszty inwestycyjne, często trudne do akceptacji przez średniej wielkości przedsiębiorstwa, ale przede wszystkim niepewność uzyskiwania zleceń produkcyjnych, szczególnie w okresach recesji gospodarczej. Czynniki te silnie hamują rozwój elastycznej automatyzacji. Konieczne jest zatem stworzenie odpowiednich mechanizmów ekonomicznych wspomagających wdrażanie automatyzacji w krajowych i polskich firmach.

JERZY HONCZARENKO - Prof. dr hab. inż. Jerzy Honczarenko - Politechnika Warszawska, Instytut Technik Wytwarzania

Literatura

1. J. HONCZARENKO: Obrabiarki sterowane numerycznie. Warszawa, WNT 2008.
2. J. HONCZARENKO, P. BOGUCKI, R. MATYJEK: Automatyzacja i robotyzacja frezarek w małych i średnich przedsiębiorstwach. Mechanik 82 Nr 5-6/2009, s. 410 - 415.
3. J. HONCZARENKO: Elastyczna automatyzacja czynnikiem zwiększania produktywności wytwarzania. Mechanik 82, nr 7/2009, s. 583 - 586.
4. J. HONCZARENKO: Rozwój i automatyzacja obrabiarek skrawających. Mechanik 83, nr 1/2010, s.
5. Press Kit firm: CHIRON, DMG, EMAG, FANUC, FASTEMS.

Źródło: Instytut Technik Wytwarzania
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl