Automatizace výměny obrobků na CNC strojích BROTHER

Vysokorychlostní vrtání a zvláště závitování na centrech BROTHER těžko hledá ve světě konkurenci. I při vysokých posuvových rychlostech si stroje zachovávají vysokou přesnost polohování i opakovatelnost nastavení polohy. Současně se dbá na vývoj prvků, které ovlivňují spolehlivost strojů, tj. provoz bez závad a přerušení.
Trvalou snahou výrobce je snižovat vedlejší časy obrábění, kdekoli se vyskytnou, aby bylo dosaženo co nejvyšší produktivity. Na straně toku materiálu je známo několik řešení, které redukují ztrátové časy. V malosériové výrobě je to paletizace různé úrovně a automatické zakládání obrobků zakladači nebo roboty, které podstatně zvyšují efektivitu strojů – pracují rychleji než obsluha, nepřerušují zakládání obrobků a mohou pracovat i v noci.

Quick Turn Table – QT stůl
Určitým předstupněm automatické výměny obrobků je řešení výměny či zakládání obrobků dvoupaletovým výměníkem QT, který je použit na centrech řady RX2. Z hlediska časové ztráty při výměně může toto řešení být lepší než automatická výměna obrobku robotem, protože QT stůl je velmi rychlý a výměna obrábění nepřeruší. U paletové výměny však musí být trvalá obsluha kvůli vkládání a upínání obrobků, takže ji nemůžeme považovat za zcela automatickou.

Zakladač BV7-870
Pro stroje série Speedio S300X2, S500X2 a M200X3 byl vyvinut robotický zakladač obrobků BV7-870, který je připojen k bočnici stroje a unese obrobek o hmotnosti 7 kg do vzdálenosti 870 mm (obr. 2). Tento kloubový 4osý robot se pohybuje ve třech rotačních osách ve vertikální rovině a čtvrtá, přímočará osa představuje posuv podél bočnice stroje (obr. 3).
Díky zahrnutí řídicí jednotky robota do elektroskříně zařízení je robot ovládán z řídicího systému stroje. Není proto třeba vnějšího kabelového propojení robota se strojem. Na podstavci robota jsou umístěny ventily pro připojení pneumatiky, resp. hydrauliky. Elektrické vedení a hadice jsou vedeny uvnitř robota (obr. 4). Obrobky se vkládají bočními dveřmi, které se otevírají posuvem robota podél stěny stroje. Ovládání zakladače je intuitivní, při zakládání se pohybuje pouze ve vertikální rovině. Stroje i robot se velmi snadno mechanicky přizpůsobí rozdílným typům obrobků pouze změnou chapadel a upínačů. Jako příslušenství se dodávají zásobníky obrobků ve třech provedeních: stohovací natáčivý zásobník, zásobník s dopravníky a paletový zásobník.
Robot, který se programuje pomocí specializovaného software na PC, představuje jednoduché a nenákladné řešení automatického zakládání. K ručnímu ovládání slouží závěsný panel (pendant). Není to však jediná možnost, jak automatizovat zakládání obrobků do obráběcích strojů série Speedio. Pro tyto účely nabízí ABB robot Feedio.

ABB Feedio a Brother
Feedio je 6osý, kloubový robot s tuhou nosnou konstrukcí. S obráběcími centry Speedio spolupracují dva typy: IRB 1600 a IRB 2600. První unese obrobek o hmotnosti 10 kg do vzdálenosti 1,45 m, druhý může manipulovat až s 20kg obrobkem do vzdálenosti 1,65 m. Ideální je ve spolupráci se stroji Speedio S1000X1 a R650X2. Robot může požívat tři typy koncových chapadel. Tříprstý k uchopení obrobků rotačního tvaru, dvouprstý k manipulaci s prizmatickými obrobky (obr. 6). Všechny gripy jsou dvoustranné, aby bylo možné vyjmout hotový kus ze stroje a vzápětí, otočením chapadla, založit kus nový. V případě potřeby mohou být gripy doplněny vzduchovou tryskou.
Automatická jednotka Feedio se dvěma dopravníky (obr. 7) je řešena tak, že robot je vložen do společné skříně se zásobníkem a může obsluhovat centrum na každé straně, viz obr. 8. Obrobky jsou vkládány bočními dveřmi strojů. Nasazení systému Feedio je možné i v bezobslužném provozu, což výrobcům umožňuje maximálně využít své investice do obráběcího centra. Kamerový systém a vestavěné PC umožňují robotovi zjistit, kde je na horním, vstupním dopravníku umístěn obrobek. Po obrábění se komponenty vrátí na výstupní dopravník umístěný pod prvním.
Možnosti příslušenství zahrnují statickou stanici pro opětovné uchopení součásti, otočnou pro změnu orientace obrobku (obr. 9) a zařízení pro odstraňování otřepů, mytí, čištění vzduchu a značení součástí. Automatizační jednotka plug-and-play komunikuje s obráběcím centrem prostřednictvím rozhraní Profibus. Díky mobilní aplikaci je umožněno vzdáleně kontrolovat aktuální stav robota i historii jeho činnosti.

Halter LoadAssistant
Další možností je robotický zakladač obrobků firmy HALTER CNC Automation, nazvaný Halter LoadAssistant. Jak je vidět z obr. 10, Halter LoadAssistant sdružuje zásobník obrobků a vlastní robotický zakladač obrobků přímo připojený k zásobníku. Rameno 6osého robota je od firmy Fanuc. Součástí zařízení je standardní interface robot-stroj. Rozhraní mezi strojem a robotem se nastaví jednou a Halter SmartControl uchovává všechna relevantní data stroje a může okamžitě začít pracovat.
Systém je vybaven inteligentními funkcemi, jako jsou např. software polohování obrobku ve stroji, nové uchopení obrobku kvůli přesnému polohování, nastavení vzdálenosti vzduchové ofukovací trysky, excentrické zakládání a vyjímání obrobku, otočení obrobku při dvoustranném obrábění, uchopení obrobku za vnitřní i vnější povrch nebo tlačítko k zaparkování robota a další funkce. Příklad chapadla pro hřídelové, rotační a prizmatické tvary obrobků je na obr. 11.
Součástí zásobníku je řízení robota a otočný stůl s výměnnými, výškově nastavitelnými, rastrovými deskami nebo se stohovacím zařízením (obr. 12), které HALTER nabízí v několika provedeních podle typu obrobku. Bezpečnostní skener zajišťuje zpomalení nebo zastavení robota v případě, že obsluha naruší bezpečnou zónu robota. Díky kovové zábraně s pletivem na boku zařízení, je nechtěný kontakt s robotem zcela vyloučen. Polotovary se do zásobníku zakládají zezadu a plný zásobník natáčí sám robot (obr. 13).
Kromě modelů obsažených v tab. 1 je v portfoliu firmy Halter model Universal BIG 35/70, který má dovolené zatížení zápěstí robota 35 nebo 70 kg. Zakladače určené pro soustružnické stroje jsou Turnstecker Compact 12 a Premium 20/35 a dále také Turnstacker BIG 35/70. Také model Millstacker se dodává v provedení BIG 35/70. Čísla v označení zakladačů značí maximální zátěž zápěstí robota. Celé zařízení se snadno přemísťuje a ustavuje u CNC obráběcího stroje na tři fixační podložky (obr. 14).
Halter SmartControl je intuitivní software, takže obsluha nepotřebuje žádné znalosti programování robota. Všechny pozice zásobníku a potřebné proměnné jsou předprogramovány, tzn., že operátor potřebuje pouze zadat údaje o obrobku (např. průměr a výšku) a rameno robota na základě těchto údajů zná přesnou polohu obrobku. Data CNC stroje (jako je pozice svěráku nebo sklíčidla) jsou nastavena tak, aby Halter LoadAssistant mohl okamžitě spustit automatické nakládání stroje. Díky software se minimalizují seřizovací doby. Zakladač, který pracuje s řadou standardních nakládacích cyklů, lze použít i pro menší dávky. Není třeba programovat nic dalšího, neboť rameno robota má při instalaci naučenou polohu svěráku nebo sklíčidla. Například má standardní cykly pro nakládání a vykládání CNC strojů s jedním nebo dvěma vřeteny, pro soustružnická víceúčelová centra nebo pro vykládání z vedlejšího vřetena v kombinaci s podavačem tyčí.
Navíc obrobek může být založen do měřicí stanice, popisovacího zařízení, výrobní linky nebo na paletu. Tím se zachovává výhoda krátkého přeseřízení standardními cykly, a zároveň se nabízí možnost vyšší flexibility v případě potřeby nadstandardních úkonů. Podle statistiky výrobce se investice do systému Universal nebo Millstacker vrátí v 95 % případů do 18 měsíců.

Řešení automatizace od společnosti MISAN
Společnost MISAN, která na našem trhu zprostředkovává prodeje obráběcích strojů BROTHER, má za sebou řadu úspěšných typizovaných i individuálních řešení na klíč v automatizaci výroby. Provádí ale také školení obsluhy a programování strojů. Svým zákazníkům poskytuje technickou a technologickou podporu včetně optimalizace technologie. Spolu s renomovanými nástrojařskými firmami pořádá technické semináře o nejmodernějších způsobech obrábění. Diagnostikuje a renovuje vřetena. Několik příkladů z automatizace výměny obrobků:

Typizované řešení s jednotkou HALTER
Jedním z typizovaných řešení automatického zakládání obrobků bylo použití robotické jednotky LoadAsistant do centra BROTHER 140X1. Vzhledem k tomu, že robotická jednotka se propojuje se strojem velmi jednoduše, nebyla tato úloha pro techniky Misan komplikovaná. Spočívala především v pomoci zákazníkovi při uvedení systému do provozu. Bylo třeba naprogramovat součinnost robota a stroje a celý systém ověřit praktickými zkouškami.

Individuální řešení automatizace na klíč
Řešení automatického zakládání obrobků, které ukazuje obr. 1, bylo již složitější. Bylo nutné navrhnout koncepci výrobní buňky, její osazení stroji a zařízením tak, aby vše bezchybně fungovalo a také vytvořit programy pro robot i obráběcí centrum a další zařízení. Důležitou částí zakázky byly bezpečnostní i technické postupy pro obsluhu všech částí pracoviště.
Robot Fanuc M-20iA tentokrát stojí samostatně před CNC vrtacím a frézovacím centrem BROTHER R450X1, které je vybaveno dvoupaletovým otočným stolem. Na obou paletách jsou umístěny rotační osy s protiložiskem, tvořící přídavnou NC osu. Na kolébkách jsou hydraulické, upínací přípravky obrobků. Pro polotovary i hotové obrobky jsou použity dva šuplíkové zásobníky vyrobeny v Misanu. Šuplíky při vyjímání polotovarů i zakládání hotových kusů ovládá robot z vnitřní stravy ochranné klece. Polotovary zakládá do šuplíků z vnější strany klece obsluha a ta také hotové kusy vyjímá.
Na obr. 15 jsou dobře vidět gravitační skluzy od Misanu vedle jednoho ze zásobníků. Robot do horního skluzu ukládá obrobky určené k proměření. Upínače na přípravku pneumaticky kontrolují správné dosednutí a upnutí obrobků. V případě, že se obrobky nezdařilo správně upnout do přípravků, robot je vyjme a uloží do spodního skluzu, který vyprazdňuje obsluha buňky.
Koncový efektor robota zajišťuje vlastní pracovní funkce robota, tj. manipulaci s dílci a šuplíky zásobníků. Je tvořen hliníkovým tělesem ve tvaru hranolu osazeným čtyřmi úchopovými čelistmi s pneumatickým pohonem, čtyřmi tryskami pro ofuk tlakovým vzduchem a čepem pro manipulaci s šuplíkem z vnitřní strany buňky. Výrobcem je Misan.

Robotické pracoviště se dvěma stroji
Dalším příkladem individuálního řešení automatizace z dílny Misan je výrobní buňka sestavená ze dvou center R450X1, které obsluhuje robot. Kromě těchto strojů a ovládacího panelu patří do sestavy skluz, výstupní pás a otáčecí stanice. Pracoviště, které bylo před odesláním zákazníkovi sestaveno v předváděcí hale v Lysé nad Labem, je určeno pro obrábění dílců z lehkých slitin. Polotovary jsou ručně vkládány na skluz ve čtyřech řadách vedle sebe. Robot odebere ze skluzu čtyři polotovary a vloží je do upínacího přípravku umístěného na volné paletě dvoupaletového otočného stolu. Paleta se vzápětí otočí do pracovní polohy a dochází k obrobení dílců. Mezitím robot odebere hotové obrobky z druhé palety a uloží je na platformu otáčecí stanice, kde se automaticky upnou. Platforma se překlopí a tím otočí dílce do polohy, která dovoluje obrobení druhé stany na druhém stroji R450X1, kam je z otáčecí stanice dopraví robot. Současně robot vyjme obrobené dílce z druhého centra a uloží je na výstupní pás, který je vyveze mimo pracoviště a tam jsou již ručně odebrány obsluhou. Počítá se i s tím, že některou dávku čtyř polotovarů nelze řádně upnout, ať již na prvním, nebo druhém stroji. V takovém případě dopraví dílce robot na skluz nebo na výstupní pás, kde je vyhrazen prostor pro vadné dílce.

Robotická výrobní linka s osmi stroji
Závěrečným příkladem tvůrčí činnosti společnosti Misan je projekt a realizace výrobní linky sestávající ze čtyř buněk se dvěma CNC stroji BROTHER R450X1 vybavenými dvoupaletovými otočnými stoly a čtyřmi roboty Fanuc. Sestava (viz obr. 16) je doplněna dopravním systémem a automatickou mycí stanicí. Linka je vybavena prostředky nouzového zastavení umožňujícími vypnout její jednotlivé části. Na každé paletě je umístěna přídavná rotační osa.
Obráběné dílce jsou ručně vkládány na vstupní skluz ve čtyřech řadách vedle sebe a dopraveny do buňky. Další manipulace s dílci probíhá pomocí robota vždy současně se čtyřmi dílci tak, že dílce jsou uloženy do upínacího přípravku ve vyložené paletě prvního stroje a obrobeny. Poté jsou odebrány z upínacího přípravku ve vyložené paletě a upnuty v otáčecí stanici. Po překlopení může robot dílce odebrat a vložit do upínacího přípravku ve vyložené paletě druhého stroje, kde se obrobení dokončí. Robotické buňky jsou napojeny na centrální dopravník, který sbírá koše s obrobky ze všech buněk a zaváží je do centrální myčky. Po očistění se koše s obrobky automaticky dopraví na výstupní dráhy k odebrání.

Ondřej Svoboda, MISAN
Foto: BROTHER, MISAN

Publikováno: 21. 6. 2021 | Počet zobrazení: 990 162