Роботизирано обслужване на металорежещи машини

C развитието на технологиите в сферата на роботиката постоянно нарастват приложенията на роботизирани системи за обслужване на металорежещи машини в металообработката, машиностроенето и автомобилостроенето.

Възможностите за гъвкаво конфигуриране на роботите и оборудването им със сензори, системи за машинно зрение и други иновативни технологии ги правят достатъчно “умни”, за да заместят човека в тази комплексна и отговорна дейност.

Интелигентните роботи осигуряват разходно ефективен метод за автоматизиране на металообработващите операции, като елиминират нуждата от скъпоструващи системи и механизми за зареждане на детайли и заготовки за обработка.

Сред ползите от внедряването на роботи в обслужването на металорежещи машини са: подобрена ефективност и производителност, по-голяма гъвкавост и по-кратки обработващи цикли, усъвършенствано качество на готовите изделия, по-голяма сигурност на процеса и елиминиране на рисковете за здравето и безопасността на оператора.

Макар доскоро обслужващите роботи да се считаха за рентабилна инвестиция само в мащабните производства с големи обеми и тесен асортимент, най-съвременните решения в областта правят ползите от автоматизацията достъпни и за по-малките предприятия.

Същност и особености на роботизираното обслужване
Основните функции на обслужващите роботи за металорежещи машини са да зареждат и разтоварват детайли или изходни материали за обработка и да рестартират производствените програми след края на предишния обработващ цикъл.

Освен транспортирането на обектите в пространството, роботите се грижат и за тяхното ориентиране. Това са задачи, които традиционно се изпълняват от хора, но като цяло са опасни и с висока повторяемост, а и в много държави в този бранш се наблюдава критичен недостиг на квалифицирани кадри.

В допълнение, прецизността и надеждността на обслужващите роботи надминават човешките, а загубите вследствие на човешка грешка при тях са елиминирани напълно.

Ето защо все повече производствени компании избират да внедрят роботизирани системи за обслужване на металообработващото оборудване, като успяват да реализират и значително подобрена производствена ефективност.

Сред най-популярните приложения на тези роботи в машиностроенето и автомобилостроенето са обслужване на металорежещи и металообработващи машини, преси, отрезни машини, автомати за инжекционно формоване и т. н.

Извършваните операции включват: зареждане и разтоварване на детайли при шлифоване, струговане и фрезоване, обслужване на оборудване за щамповане, щанцоване, пробиване, райбероване, електроерозийна обработка, шприцване, заваръчни операции и др.

Циклите на зареждане, обработка, разтоварване и рестартиране на програмата могат да продължават безброй пъти при условие, че на робота се осигурява непрекъснат поток от детайли или материали за подаване към машината.

Роботизираното обслужване не се ограничава само до металообработката, а се прилага и при обработката на полимери, керамика, композитни материали и т. н. Роботите са с различен брой оси (до 6-7 и повече) в зависимост от приложението и товароносимост обикновено до няколкостотин килограма.

За да бъде процесът максимално прецизен, ефективен и адаптиран към конкретното приложение, роботизираната система се оборудва с различни периферни устройства и спомагателни технологии в зависимост от извършваните операции и обектите, с които манипулира – грипери (хващачи), стативи за презахващане, машинни интерфейси, платформи за машинно зрение, четци за баркодове и етикети и т. н.

Обслужващи роботи в lean производството
С популяризирането на концепцията за т. нар. стегнато производство (lean manufacturing) все повече производствени предприятия се стремят да елиминират излишъците и загубите и да подобрят цялостната стойност на продукцията.

С цел да оправдаят инвестициите в автоматизирани металорежещи машини и да оптимизират тяхната възвръщаемост, машинните интегратори днес се стремят да се възползват в цялостните решения от всяка нова роботизирана технология.

Обслужващите роботи за металообработващо оборудване спомагат за намаляване на разходите за човешки труд, като позволяват автоматизирано обслужване на повече от една машина наведнъж.

Роботите с по-компактни габарити пестят ценно пространство в цеховете и позволяват увеличаване гъстотата на оборудването, и в резултат – на производителността. На пазара са достъпни и т. нар. zero-footprint, които не заемат пространство на пода, а се монтират на релса отгоре над клетката.

Основният фокус при роботизираното обслужване на металорежещи машини са по-високата скорост и гъвкавост. В сравнение с човека, роботът може да зарежда и разтоварва детайли в пъти по-бързо, позволявайки и по-динамично редуване на циклите, смяна на обработващите програми, инструменталната екипировка и т. н.

Допълнително предимство е възможността повече спомагателни операции да се автоматизират, например почистването на чеплъци, обезмасляването, инспекцията на готовите детайли и т. н.

За да се реализират по-високи цели в посока повишаване на стойността на продукцията и да се редуцират максимално излишъците и загубите, производителите на системи за роботизирано обслужване се фокусират върху по-компактни конструкции, по-бързи изпълнителни механизми и по-интелигентни технологии.

Добре проектираните конфигурации от металорежещи машини и роботизирани обслужващи системи се отличават с малко общо заемано пространство, ефективна организация на потоците от детайли/материали и готови изделия.

В най-базовия сценарий обслужващият робот се монтира просто там, където би стоял операторът, без да е налице реална икономия на пространство. Портално-монтираните шарнирни роботизирани рамена, разположени над клетката, са сред най-ефективните подходи за пестене на ценно място в цеховете.

Освен зареждане и разтоварване, порталните роботи могат да изпълняват ролята на транспортни системи за пренасяне на детайлите и заготовките от една машина на друга за извършване на различни операции.

Дизайн на роботите и организация на работната клетка
Различните схеми на организация на работната клетка осигуряват различни възможности и предимства на роботизираните обслужващи системи.

Монтирането на робота върху релса над клетката му позволява да достига симетрично всичките й зони в хоризонтално направление, докато роботите, монтирани на странична релса, се отличават с максимален вертикален обхват.

Последните са изключително полезни например при обслужването на шприцавтомати.

За приложения като шлайфане, обезмасляване или дозиране дизайнът “наобратно” (монтираният на релса отгоре надолу робот) позволява голям обхват на работа, който би бил трудно постижим при монтаж на системата на пода.

По-малките като габарити обслужващи роботи обикновено дават на конфигураторите възможност за избор дали да ги монтират в конструкцията на самата машина или извън нея.

Решенията за подвижен монтаж позволяват последващо репозициониране на роботите и преконфгуриране на клетката, например при промяна във вида или последователността на извършваните операции.

На пазара се предлагат и цялостни решения, състоящи се от металообработващи машини с монтирани в конструкцията им обслужващи роботи. Достъпни са и версии за ретрофит на съществуващо оборудване с интегрирането на роботизирана система за обслужване.

Във всички случаи, инсталирането на обслужващия робот изисква предварително планиране на монтажа, разположението и ориентацията му. Ето защо, повечето големи производители на оригинално оборудване в сферата на роботиката предлагат софтуерни платформи за симулация.

Те позволяват на интеграторите и производителите предварително да разиграят виртуално различните варианти за монтаж на робота и да преценят кой осигурява най-добра синергия с металорежещата машина и спомагателното оборудване и най-висока производителност.

Предимства на роботизираното обслужване
Освен стандартните системи за роботизирано обслужване на металорежещи машини, на пазара се предлагат и модулни решения за нестандартни приложения, които позволяват значително персонализиране.

С други думи, обслужващите роботи са подходящи за всякакви приложения във всички видове производства и индустрии. В допълнение, един и същ робот може да бъде програмиран за работа с различни машини в цеха.

Сред основните предимства на системите за роботизирано обслужване са: висока гъвкавост, надеждност и прецизност, възможности за подобряване на качеството на продукцията с над 25%, елиминиране на риска от човешка грешка и на потребността от регулярно прекъсване на производствените операции за почивка на оператора.

Обслужващите роботи съкращават периода за възвръщане на инвестицията в металообработващото оборудване, като спомагат за постигане на по-висока производителност и по-малко загуби.

Те са в състояние да работят непрекъснато, както и да изпълняват операции с висока повторяемост, включително да заместят човека в изпълнението на различни опасни, мръсни и скучни задачи. Така цялостно се намалява стресът върху работниците и броят на нараняванията и злополуките при обслужване на металорежещи и металообработващи машини в индустрията.

Голяма част от обслужващите роботи днес са колаборативни и не изискват предпазни бариери или заграждения. Те разполагат с усъвършенствани технологии за сигурност и безопасност, които позволяват работата им рамо до рамо със служителите в споделено работно пространство.

Колаборативните обслужващи роботи обикновено са програмирани да спират напълно при сблъсък с човек, както и да работят в безопасен режим (с намалена мощност и сила) при навлизане на оператор в даден периметър около робота.

В резултат от всички тези предимства на роботизираните системи за обслужване на металообработващо оборудване се реализират значителни икономии на оперативни производствени разходи.

Най-новите решения на пазара не изискват скъпоструващо програмиране, настройка, предпазни ограждения и др., а възвръщаемостта на инвестицията в тях е от порядъка на едва няколко месеца.

Решения за роботизирано обслужване в МСП
В много от цеховете за металообработка, част от малки или средни производствени предприятия у нас и в чужбина, е налице недостиг на квалифицирани професионални кадри. Тези производства обикновено разполагат с малък бюджет за внедряване на роботизирани системи.

Други ограничаващи фактори са наличието на множество производствени процеси в програмата на МСП и производството на малки партиди и серии продукти. Съгласно разпространеното в индустрията схващане, роботите са рентабилно решение само за големите производства.

Съвременните решения на пазара обаче са по-гъвкави и лесни за програмиране, което им позволява да се адаптират към особеностите на различните процеси в производствената програма и да обезпечат обслужването на различни машини в производството на широка гама продукти.

За повечето по-малки цехове най-подходящото решение е подвижно роботизирано рамо с универсален грипер, който може да захваща различни по форма и големина обекти и да ги зарежда в машината или да ги разтоварва от нея.

Препрограмирането на робота за обслужване на различен процес и други продукти обикновено се извършва само за няколко минути.

Възможни конфигурации според бюджета
Дори предприятията с по-ограничени финансови възможности могат да се възползват от възможностите на съвременните решения за роботизирано обслужване на металорежещи машини. Възможни са конфигурации с различна степен на автоматизация в зависимост от приложението и бюджета.

Първият вариант е т. нар. решение “направи си сам”. С помощта на колаборативен робот и крайно изпълнително устройство потребителите могат сами да конфигурират производствена клетка, адаптирайки я към изискванията на производствената програма.

Този вариант обикновено изисква най-малка инвестиция, като включва роботи и периферни устройства от по-нисък клас, ръчно програмиране и препрограмиране и не включва предпазни заграждения.

Конфигурацията е изключително лесна и бърза за интегриране в производството и съвсем скоро може да бъде тествана ефективността и ролята й за повишаване на ефективността.

Следващият вариант включва по-висока степен на автоматизация и закупуване на предварително проектирана клетка за роботизирано обслужване от производител или системен интегратор.

За основа се използва колаборативен или конвенционален индустриален робот, а интеграторите обикновено предлагат всички други необходими аксесоари, технологии и софтуер.

Цената на тези системи логично е по-висока в сравнение с предишния вариант, тъй като в много случаи са необходими много периферни устройства и по-дълго време за инсталиране и внедряване в производството. Въпреки всичко, конфигурацията остава сравнително компактна, инвестицията – в разумните граници, а възвръщаемостта – достатъчно бърза.

Производителите на системи за роботизирано обслужване на металорежещи машини предлагат и абсолютно готови, цялостни решения, които обикновено са подходящи за по-големи производители с възможности за по-сериозни инвестиции.

Тези комплексни системи в повечето случаи се проектират за извършването не на една или няколко, а на множество операции, свързани със CNC обработката. Вграждането на повече функционалност и разширяването на работните параметри (обхват, товароносимост и др.) значително увеличават и цената на системата.

Ето защо този тип решения традиционно са най-скъпи. Те са базирани на големи индустриални роботи с предпазни бариери, включват обособени клетки за роботизирано обслужване, както и пултове за програмиране и синхронизиране на процесите от оператор.

Макар производителите на роботи все по-често да предлагат и вградени софтуерни помощници за програмиране, които са все по-лесни и интуитивни за използване, все още представлява значителна инвестиция да обучиш персонала си да програмира даден робот и да работи с него.

За да бъдат качествено изпълнени и с необходимата синергия между оборудването, този тип комплексни клетки обикновено се проектират и изграждат от специализирани интегратори.