Съвременни технологии при шлифовъчните машини

МашиниСп. Инженеринг ревю - брой 2/2021 • 21.04.2021

  • Шлифовъчните системи от ново поколение са по-функционални и мощни, а наред с това – по-лесни и интуитивни за използване

  • Все по-често се използват т. нар. суперабразиви, както и специални свързващи технологии, позволяващи отстраняването на повече материал за по-малко време

  • В шлифовъчните машини се интегрират и софтуерни технологии за симулация, които елиминират рисковете от грешки, аварии и бракувана продукция

 

Модерното шлифовъчно оборудване непрекъснато еволюира – от конвенционално средство за металообработка до интелигентно решение, готово за дигиталните фабрики на бъдещето. Голяма част от иновациите в сегмента са насочени към подобряване на прецизността и производителността, а новостите в дизайна включват високоефективни решения за повишаване на степента на автоматизация, възможности за роботизирано обслужване и интегриране на ново поколение технологии за управление. Влиянието на мащабни технологични концепции като IoT и Industry 4.0 върху един традиционен метод в металообработката трансформира оборудването от самостоятелни машини с лимитирана функционалност до интелигентни свързани елементи от производствената мрежа, оборудвани с модерни функции за мониторинг и диагностика.

 

Основни направления в развитието

Наред с оборудването се оптимизира и самият шлифовъчен процес, който днес се отличава с много по-висока степен на автоматизация и производителност в сравнение с методите от преди няколко десетилетия. Благодарение на технологичния напредък в областта металообработващите цехове получават възможности за цялостна обработка на детайли с една установка. Подобренията включват още усъвършенствани блокове за програмно управление и ново поколение софтуер, интегрирани в съвременните шлифовъчни машини, функции за обработка по все по-голям брой оси и др. Благодарение на това една-единствена машина днес може да изпълнява широк набор от различни шлифовъчни и допълнителни операции в работния си обхват.

За повишената производителност на метода допринасят и автоматичните системи за зареждане на заготовки и отнемане на готовите детайли и компоненти, както и автоматизацията при подмяната на шлифовъчните колела.

Както при всички останали направления в металообработката, и шлифовъчните технологии се развиват в синхрон с принципите на четвъртата индустриална революция към по-висока степен на дигитализация, свързаност и интеграция. Много от новите модели шлифовъчни машини не се различават видимо и конструктивно от своите предшественици, но разполагат с нововъведения от фундаментална значимост, например с платформи за непрекъснат мониторинг и диагностика на обработващите процеси, базирани на умни сензори и Internet of Things технологии. Осигуряването на възможности за свързаност при този тип оборудване създава условия за автоматизирано събиране на данни за обработката, техния анализ, съхранение и удобна визуализация на желаните доклади и статистики на работния процес в реално време – директно на екрана на машината или на избрано от потребителя мобилно или десктоп устройство. Така крайните потребители получават опции за отдалечено наблюдение на операциите в цеха, дори и в т. нар. Lights-out режим – без физическо присъствие на оператор в работната зона. Достъпни са още дистанционна диагностика и отстраняване на проблеми директно от производителя на машината, отново в реално време.

Както при много други типове металообработващи машини, така и при шлифовъчните системи от ново поколение технологиите за управление стават все по-функционални и мощни, а наред с това – по-лесни и интуитивни за използване. Доскоро отделните периферни устройства и дисплеи за визуализация все по-често се консолидират в единни блокове за управление. Закономерен ефект от автоматизирането на шлифовъчните операции е и увеличаването на тяхната прецизност, което води до значително разширяване на приложната им област в модерната индустрия.

 

Конструктивни подобрения и управление

Производителите на шлифовъчни дискове залагат на редица иновации при производството на този иначе традиционен елемент от конструкцията на машините. Все по-често се използват т. нар суперабразиви, както и специални свързващи технологии за самите абразивни частици, които подобряват експлоатационните характеристики на колелата и спомагат за отстраняването на повече материал за по-малко време. Самите машини са осигурени с по-висока стабилност и устойчивост на вибрации, за да е възможно изпълнението на тези по-интензивни обработващи операции, без да се допуска компромис с качеството на финишна обработка или безопасността. Всички тези подобрения водят до цялостно завишаване на стандартите за точност при шлифоване.

Сред иновациите на ниво машина са по-интуитивните човеко-машинни интерфейси, специализирани в улесняване на потребителя при работата със съответната машина – универсална, кръглошлифовъчна, за шлифоване на разпределителни, колянови валове и т. н. За разлика от предишните поколения платформи за настройка и програмиране, работещи предимно с команди под формата на код, новите HMI решения залагат на удобно визуализиране на възможностите с помощта на графики и изображения, които не затрудняват излишно оператора, а го превеждат по-бързо и лесно през процеса на конфигуриране. Отчетлива е тенденцията към изграждането на IoT базирана работна среда, при която се наблюдават и измерват всички възможни за проследяване параметри (нива и температура на смазочно-охлаждащия флуид, шум, вибрации и други фактори, отклоненията в които биха могли да влошат производителността или качеството на детайла). Всяко отчетливо разминаване със зададените допустими граници става повод за иницииране на алармен сигнал, който се изпраща към оператора или техническия екип в избрания формат. Събраната по време на работния процес информация може да бъде регулярно изпращана към мрежово свързана база данни с цел допълнителен анализ и идентифициране на тенденции. Друга модерна функция, която пести доста време на производителите, е опцията за автоматично генериране и стартиране на алтернативни програми в случай на различни отклонения в процесните променливи.

Отчетлива тенденция на пазара на шлифовъчно оборудване е стремежът да се проектират и произвеждат възможно най-широкообхватни машини, които извършват всички необходими операции по заготовката до получаването на готово изделие в автоматизиран непрекъснат цикъл. Така се съкращава времетраенето на работните цикли и се повишава стойността на обработката. За да обезпечат тази цел, много доказани производители на пазара интегрират допълнителни функции, процеси и операции в базови конфигурации като профилните шлифовъчни машини, които традиционно се използват специализирано и с ограничен обхват за една-единствена задача. С едно захващане на детайла се извършва максимална част от необходимата обработка, като процесът се оптимизира с помощта на автоматизирани системи за смяна на инструмента, а шлифоването се допълва от необходимото пробиване, фрезоване и т. н. Елиминирането на нуждата от вторична обработка на отделна машина пести време и разходи и подобрява качеството. За целта се използват и ново поколение захващащи механизми, които осигуряват висока степен на прецизност и повторяемост. Все повече модерни шлифовъчни машини се оборудват и с роботизирани системи с цел допълнително повишаване на точността и производителността.

 

Подобрения в обработката

Ако шлифоването доскоро бе считано основно за довършителна операция, днес то се разглежда по-скоро като цялостен металообработващ процес благодарение на новите абразивни технологии и иновациите в сферата на автоматизацията и управлението. Подобно на обработващите инструменти, с които са свързани, и шлифовъчните дискове стават все по-интелигентни с помощта на интегрирани радиочестотни тагове, системи за оптимизация на почистването и финишните задачи, както и платформи за подобряване на безопасността. Роботизираните решения за смяна на дисковете, зареждане на заготовки и отнемане на готовите детайли значително допринасят за установяването на максимално автономна обработка с минимална нужда от операторска намеса. За да е възможно безпроблемното практическо прилагане на тези иновации, все по-често в шлифовъчните машини се интегрират и софтуерни технологии за симулация, които елиминират рисковете от грешки, аварии и бракувана продукция. Наред с това са възможни за обработка все по-комплексни геометрии с по-тесни допуски.

Линейните двигатели и модерните направляващи системи се превръщат в стандартна алтернатива на лагерните компоненти поради възможностите им да гарантират по-бърза, точна, ефективна и сигурна работа на машината, както и по-кратки цикли на обработка. Благодарение на функциите за мониторинг и диагностика на шлифовъчните дискове и другата инструментална екипировка се допускат по-малко вибрации и по-малко износване на оборудването, като в допълнение се свежда до минимум и опасността от повреда при промяна в работните параметри и експлоатационните характеристики. Съвременните софтуерни продукти за виртуална симулация и управление на шлифовъчния процес водят до по-малко реално негодни изделия, а пълното им елиминиране е крайна цел на технологичните подобрения в сегмента. Чрез подробна триизмерна визуализация на обработващия инструмент, шлифовъчния диск и детайла отпада необходимостта от провеждане на тестови цикли за проверка на пригодността на дадена обработваща конфигурация. Допълнително се намаляват разходите за материали, времетраенето на етапите по настройка и въвеждане в експлоатация. Симулацията може да бъде забавяна или ускорявана с възможности за по-детайлно разглеждане на потенциално проблемни зони на обработката, като така се постига понижен риск от сблъсък между шлифовъчното колело и обработваната заготовка. След края на виртуалния модел софтуерът се грижи да елиминира т. нар. “празни” или ненужни ходове и операции, а сигурността и безопасността на процеса значително се подобряват.

Разширена функционалност осигуряват и модерните хардуерни решения от ново поколение, включително умните сензори, измервателни средства и лазерни инструменти, които следят условията на обработка и поведението на инструменталната екипировка, като се грижат процесът да се придържа към допустимите работни параметри и проектни характеристики.

 

Роботика, автоматизация и процесна оптимизация

Новата генерация шлифовъчни машини печели пазарни позиции с множество иновации, сред които подобрения в абразивните технологии, управлението, обхвата на достъпни за обработка материали, смазочно-охлаждащите системи и опциите за изпомпване на флуида, наред с интелигентните софтуерни възможности.

Кръглошлифовъчното оборудване с повече от едно абразивно колело позволява комплексна обработка с една настройка благодарение на функциите за измерване и мониторинг на експлоатационните параметри. Тези машини стават все по-гъвкави, а наред с това се разширява и приложната им област.

Сред новостите при процесите е т. нар. повърхностно шлифоване (peel grinding), при което е възможно да се отнеме голямо количество стомана или карбид/твърдосплавен материал в един цикъл с по-високи темпове на подаване и скорости на въртене на шпинделите, подобно на струговата обработка. Нараства употребата и на охлаждащи флуиди на базата на масла за сметка на системите на водна основа, тъй като първите осигуряват по-висока ефективност на процеса в редица приложения. Подгревателите и охлаждащите агрегати от ново поколение гарантират стабилни работни температури. Те са критично необходими за обезпечаването на повишената прецизност на обработка, която изискват детайлите за автомобилостроенето, космическия и авиационния сектор и други отрасли, при които се залага на обработката на свръхтвърди карбиди, керамика или инженерни материали със специализирани технологични покрития. Програмируемите помпени системи с честотно управление се грижат за доставката на правилното количество охлаждащ флуид в точния момент, за да се осигури безупречна, икономична и високоефективна обработка.

Обхватът на модерните кръглошлифовъчни машини се разраства от малки приложения, като сачмено-винтови двойки, резби и режещи инструменти до едрогабаритни детайли, като валове и предавателни механизми. Функциите за бърза настройка и автоматично рекалибриране на машината в реално време на база събраните от сензорите и измервателните прибори данни позволяват максимална прецизност и сигурност на шлифоването. Друга ключова опция на съвременните решения на пазара е възможността за автоматизирано балансиране на шлифовъчното колело с цел да се елиминират вибрациите и хармониците.

Съществен позитив от интеграцията на Industry 4.0 технологии в шлифоването са платформите за превантивна поддръжка на машините и техните елементи, които известяват навреме техническите екипи за необходимостта от извънредна или регулярна подмяна на даден компонент, преди реално да са настъпили условия за влошаване на ефективността или повреда.

И макар доскоро внедряването на роботика в сферата на шлифовъчните операции да беше свързано основно с възможностите за просто роботизирано обслужване на машините, улесненото програмиране и все по-достъпните цени на индустриалните роботи позволяват изграждането на мащабни и комплексни решения като роботизирани клетки с няколко обработващи и/или обслужващи робота. Така е възможно делегирането на основните задачи на големия базов робот в конфигурацията, докато останалите обслужващи системи се грижат за мултифункционалното обезпечаване на всякакви вторични и довършителни операции. Въпреки че са сравнително скъпи и сложни за изграждане на пръв поглед, такива решения осигуряват бърза възвръщаемост на инвестицията в специфични приложения, като шлифоването на роторни лопати за вятърни турбини например.

 

ЕКСКЛУЗИВНО

Top