Стругове с автоматично зареждане

• В съвременната металообработка е важно да се залага на оборудване, което гарантира висока производителност и минимални престои
  
  
• При струговите машини са налице разнообразни възможности за автоматизиране на една от най-ключовите операции – зареждането и разтоварването на детайли
  
  
• Конфигурациите с ЦПУ подлежат на сравнително лесно функционално разширяване посредством манипулатор, портална система, палетна станция и/или стандартно прътоподаващо устройство

Металообработващите машини са сред най-скъпите, но и най-важните инвестиции за всеки металообработващ цех, който иска да повиши конкурентоспособността си. С нарастващия недостиг на квалифициран персонал в производството на метални изделия и развитието на четвъртата индустриална революция все по-търсени стават машините с ЦПУ и висока степен на автоматизация. Това важи в особена степен за струговете, при които са налице разнообразни възможности за автоматизиране на една от най-ключовите операции – зареждането и разтоварването на готовите детайли. Сред тях са закупуване на стругова машина или център с интегрирана станция за автоматично зареждане, ретрофит на струг в експлоатация чрез инвестиция в отделна станция/робот за обслужване или изграждане на цялостна работна клетка за струговане с роботизирано подаване на заготовки и изваждане на обработените изделия.

Технологични възможности

В съвременната металообработка е важно да се залага на оборудване, което гарантира висока производителност и минимални престои. Струговите машини предлагат разнообразни варианти за оптимизиране на времетраенето на работните цикли чрез интегриране на технология за автоматично зареждане. Конфигурациите с ЦПУ подлежат на сравнително лесно функционално разширяване посредством антропоморфен робот или манипулатор, портална система или палетна станция за зареждане на заготовки и разтоварване на готовите детайли и/или стандартно прътоподаващо устройство. Независимо дали са интегрална част от произведената машина или се предлагат като отделни системи за нейното надграждане и модернизиране, тези решения имат обща цел и предназначение – свеждане до минимум на необходимостта от човешки труд и надзор на струговите операции, ключов принцип на високоавтоматизираното производство в рамките на концепцията за Industry 4.0 и практическа необходимост с оглед на нарастващия дефицит на квалифицирани кадри за производството и индустрията и в частност за сектора на металообработката.

Същевременно търсенето на прецизни струговани детайли с високо качество се увеличава в редица сектори, включително в машиностроенето и автомобилната индустрия, авиокосмическия сектор, медицинската техника и други области. При струговането се налагат многошпинделни конфигурации, комбинирани стругови машини, оборудвани с фрезови глави, както и универсални/мултифункционални металообработващи машини и центри, проектирани за по-рентабилно и ефективно изпълнение на повече по брой и тип операции върху детайла с едно захващане и по-кратки цикли на обработка.

Разработват се както стандартни системи за автоматизация за стругове с ЦПУ, така и модулни концепции, които позволяват модифициране на конфигурацията съобразно актуалните производствени потребности. Сред множеството съображения в полза на подобна гъвкавост са възможностите за по-пълноценно оползотворяване на капацитета на машината, повишаване на производителността, намаляване на разходите за единица продукция и осигуряване на постоянно високо качество на готовите детайли.

Особености на наличните варианти

Стандартните палетни станции и манипулаторите за автоматично зареждане и разтоварване са най-популярното средство за постигане на гореописаните цели при машини с ЦПУ. Те разполагат с магазини за детайли, в които е обособен съответният брой гнезда, както и с енкодери за бързо и точно позициониране. Сред ключовите им характеристики са товароподемността (или максималното тегло на детайлите, с които е допустимо да се манипулира), скоростта/бързодействието (или времето за смяна на детайла), максималният диаметър на заготовката, типът на задвижването (конвенционално или сервозадвижване) и др. Системата може да включва и конвейер за придвижване на детайлите към и от струговия патронник. Програмирането на подобно решение, което стандартно се извършва отделно от това на машината, включва опции за избор на конкретна заготовка от магазина, зареждането й в патронника за иницииране на струговата операция, последвано от разтоварване на готовия детайл и транспортирането му към зона, палет или контейнер за завършените изделия. Чрез избор на машина с автоматизирано зареждане с подходящи технически характеристики и работни параметри е възможно разходно ефективното серийно и масово производство на стандартни и високопрецизни струговани детайли в малки, средни или големи обеми.

Струговете с възможности за автоматично зареждане и разтоварване са относително просто и достъпно решение за автоматизиране на партидното производство на метални детайли. В цеховете, фокусирани върху едросерийни проекти, подобно решение позволява адресиране на други технологични задачи в рамките на времетраенето на автоматизирания цикъл на обработка, което оптимизира ефективността и осигурява добавена бизнес стойност. Популярен вариант са порталните машини с компютъризирано управление, автоматизирано зареждане и електрическо задвижване, проектирани за надеждна и ефективна работа с висока скорост и точност.

Основно предимство на специализираните съвременни системи – станции, палетизатори и манипулатори за автоматизирано зареждане, са възможностите за лесно интегриране в съществуващи машини, компактният дизайн, който не изисква значително допълнително пространство в производственото хале, както и широката оперативна съвместимост с широко използваните софтуерни платформи за обработка с ЦПУ.

Фабрично интегрираната система за зареждане и разтоварване позволява единно програмиране на автоматизацията и обработващите операции, пестейки допълнително време за настройка. Когато станция за автоматизирано зареждане се внедрява допълнително в конфигурацията, е необходимо да се отчетат съществени фактори, като диапазоните при теглото, диаметрите и външните размер на заготовките, които ще се обработват. Тези параметри се въвеждат отделно в системата за програмиране на станцията.

Предимства на струговете с автоматично зареждане

Макар преимуществата на струговите машини с фабрично или допълнително интегрирани станции/манипулатори за автоматизирано зареждане и разтоварване на детайли да са очевидни, нека разгледаме и по-важните сред тях. На първо място като предимство на тези системи е редно да бъде поставена значително по-високата производителност в сравнение с машините, при които ръчно се манипулира със заготовките. В дългосрочен план икономиите на време и усилия се натрупват, водейки до отчетливи ползи за металообработващите предприятия със сериозно финансово изражение. Не са за подценяване и възможностите за пестене от разноски за труд, както и за предотвратяване на нежелани разходи във връзка с бракувани партиди. Свеждането до минимум на човешкия фактор посредством автоматизация позволява постоянно висока и повторяема точност при манипулирането със заготовките и готовите детайли, елиминиране на грешките и загубите, свързани с тях, както и възможност за максимизиране на експлоатационното време на машината в многосменен и/или непрекъснат режим, включително и без операторски надзор.

Същевременно освободеният от монотонните дейности във връзка със зареждането човешки ресурс може да бъде пренасочен към далеч по-важни и удовлетворяващи дейности в цеха.

Автоматичното зареждане при струговане има и друго важно предимство – автоматичното позициониране на готовите детайли след обработка е важен елемент от синхронизирането на работните потоци при интегрирането на струговите машини в цялостни автоматизирани линии за изработка на завършени изделия. Така манипулаторът, ангажиран със захващането на стругования детайл от палета или зоната на машината, го взема винаги от едно и също място в една и съща позиция, предотвратявайки загубите на ценно време за неговото ръчно местене и завъртане.

Сред отчетливите преимущества на струговете с автоматично зареждане са още високата разходна ефективност, както и повишената безопасност за персонала вследствие на елиминираните рискове от трудови инциденти при ръчно боравене със заготовките и готовите изделия.

Съображения при роботизиране на зареждането

Все по-популярна и търсена опция в сегмента на струговането са решенията за роботизирано зареждане и разтоварване на детайли. Достъпни в комбинация с машината като част от стандартната или допълнителната окомплектовка по заявка, както и като отделни системи за надграждане на вече работещи стругове, манипулаторите за автоматизиране осигуряват множество предимства за металообработващите предприятия. Типично за целта се използват роботи тип ръка с шарнирни съединения и 6-степени на свобода, които осигуряват достатъчно висока гъвкавост и точност при захващането и позиционирането на заготовките, а в допълнение са и все по-достъпни в ценови аспект.

При избора на конкретно решение за автоматизиране на стругова машина в експлоатация е важно да бъдат отчетени няколко ключови фактора. Сред тях са товароносимостта, броят на осите, дълбочината на работния обсег, както и степента на IP защита на манипулатора. Специфични за струговата обработка са агресивни работни условия, включващи вибрации, високи температури, контакт със смазочно-охлаждащи течности, почистващи химикали и др. Добри опции за средностатистически приложения са роботите с полезен товар около и над 12 kg, минимум 1 m работен обсег и IP54 или по-висок клас на защита на корпуса срещу навлизане на влага, прах и замърсявания.

От изключителна важност е крайното изпълнително устройство, чрез което манипулаторът ще захваща заготовките и детайлите. Популярна опция са роботите с (дву- или три-) челюстни и/или паралелни хващачи, които осигуряват висока гъвкавост и точност при боравене с металните части. За по-специфични по тегло, размери и дизайн компоненти с високи изисквания към крайното качество на повърхностите подходящ вариант са и хващачите със специален дизайн, включително вакуумни, които позволяват деликатно задържане без риск от издраскване на метала или отчупване на крехки повърхностни елементи.

Все по-търсени са роботите с опростен софтуер за програмиране, включително чрез селектиране на предварително конфигурирани модули или блокови диаграми, които не изискват класически програми чрез писане на код. Подобни платформи улесняват роботизацията и правят автоматизираното зареждане по-достъпна опция и за предприятия с по-малки бюджети и липса на квалифицирани програмисти в екипите си.

Стандартно манипулаторите, използвани за автоматично боравене със заготовки при струговане, са от колаборативен клас и позволяват безопасна работа (понижаване на скоростта или спиране) при навлизане на оператор в работната зона и контакт с робота. По-предпочитани са опциите, които позволяват пълно интегриране с ЦПУ системата на машината и изцяло автоматизирана работа на конфигурацията, за сметка на решенията, които изискват роботът да активира контролни бутони на струга или пък оператор ръчно да задейства и двете системи.

Вариантите за автоматизиране на зареждането посредством класически индустриален робот, без опции за колаборативна работа, изискват интегрирането на съответните средства за машинна безопасност, включително аварийни стоп бутони, светлинни завеси или бариери, чувствителни на натиск подови подложки, лазерни скенери и др. Друго спомагателно оборудване, което може да е необходимо да се закупи отделно, са системи за смяна на инструмента, транспортьори, позиционери за детайлите, платформи за машинно зрение за самостоятелно навигиране на робота и т. н. – в зависимост от сложността на приложението и възможностите на струговата машина.

Преди да се подходи към инвестиция в робот за автоматично зареждане е добре да се направи оценка на самия производствен процес, както и на наличното оборудване, с цел да се провери степента на готовност за роботизиране. В редица случаи е необходимо процесите, включително работните последователности, пространствената конфигурация и други фактори, първо да се оптимизират, преди да се планира внедряването на робот, за да се отстранят евентуални “дупки” в производителността. Предприятията е препоръчително да си зададат следните въпроси: колко повторяеми са извършваните операции, какво е наличното място в цеха (с оглед на възможностите за евентуално организиране на процеса в работна клетка, необходимостта от предпазни ограждения и средства за безопасност и т. н.), какви са целите по отношение на производителността, хомогенен или по-скоро хетерогенен е продуктовият микс и др.