Закрепващи системи за металообработващи машини

• Закрепването на детайли в съвременната металообработка е ключова задача, от чието бързо и прецизно изпълнение зависи цялостната производителност на машината
  
  
• Пазарът предлага интелигентни, модулни и интегрирани решения, подходящи както за ръчно, така и за автоматизирано обслужване посредством манипулатори и роботи
  
  
• Популярност през последните години доби т. нар. zero point технология за фиксиране на детайлите, която позволява висока скорост, прецизност и гъвкавост

Закрепването на заготовките и детайлите в съвременната металообработка е ключова задача, от чието бързо и прецизно изпълнение зависи не само продължителността на настройката, но и цялостната гъвкавост и производителност на машината. Пазарът предлага широк набор от възможности в този сегмент, включително интелигентни закрепващи системи, модулни механизми и интегрирани решения, подходящи както за ръчно, така и за автоматизирано обслужване посредством манипулатори и роботи.

Функции и специфики

Различни типове механични и автоматизирани системи и затегателни приспособления се използват за фиксиране на обработващите инструменти, заготовките и детайлите върху металообработващото оборудване. Сходни по устройство и функция средства са необходими за захващането на електродите при ерозийните машини, които намират приложение в рязането, шлифоването и обработката на твърди метали и труднообработваеми материали, магнитни и твърди сплави.

При ръчното закрепване на детайли се губи ценно време за настройката им спрямо осите на машината и коригиране на толерансите, което влияе негативно върху общата производителност. В резултат се увеличава продължителността на престоите, понижава се рентабилността на обработката, а в дългосрочен план нарастват разходите за амортизация на оборудването. Системите за автоматизирано зареждане и смяна на заготовките са ефективно решение за оптимизиране на процеса, а наличието на пазара на универсални модели, подходящи за всякакви металообработващи машини, е допълнителен аргумент в полза на инвестицията в такава система.

Освен за захващане на самите детайли, такива устройства могат да бъдат използвани и за смяна на предварително монтирани на палети закрепващи приспособления на модулен принцип, за да се съкратят максимално обработващите цикли. Палетите позволяват паралелно зареждане на следващата заготовка, още докато предишната се обработва, както и бърз трансфер между отделните работни станции, а затягането на детайлите в скобите отнема секунди. Така се запазват всички прецизни настройки и не се допуска риск от понижаване на точността, а процесът може гъвкаво да бъде спиран и подновяван при необходимост (например при спешни поръчки, нужда от измервания и т. н.), без това да влоши производителността.

Интегрирани и модулни системи

Закрепващите системи за детайли, които подлежат на механична или ерозийна обработка, се предлагат като интегрирани в машините завършени решения или гъвкави модулни варианти с разширена функционалност и опции за персонализране спрямо приложението. Интегрираните системи включват предварително зададени параметри за позициониране на заготовката и фиксиращия механизъм, благодарение на които инсталацията и настройката им се осъществяват лесно и бързо.

Модулната технология на закрепване също осигурява съкратен по времетраене етап на паралелна подготовка на детайлите преди обработка, като елиминира необходимостта от компенсиране на толерансите чрез затягане, отхлабване и повторно захващане.

Все повече металообработващи цехове избират да инвестират в интелигентни закрепващи системи от ново поколение, които освен автоматизирано зареждане и смяна на заготовките притежават множество допълнителни функции, като позволяват и роботизирано обслужване. Модерните решения в сегмента могат да изберат необходимата част от група детайли, позиционирани на монтажна линия или конвейер, да я идентифицират, автоматично да я захванат, както и прецизно да я ориентират за последваща механична или ерозийна обработка. Една такава система най-често включва универсален затягащ механизъм, технология за локализиране на детайла, платформа за машинно зрение и т. нар. микропозициониращо устройство, което се грижи да разположи така захващащия модул в пространството, че заготовката да е прецизно подравнена с осите на обработващата машина.

Автоматизираният процес започва със зареждането на детайл от входящия поток с каквато и да е ориентация в палет или транспортьор, който да го придвижи към станция за визуална инспекция. Там частта бива идентифицирана, а събраните данни за нея се изпращат към съответните работни станции нататък по линията. Следващата комбинация от действия най-често се изпълнява от робот и включва премахване на детайла от станцията за машинно зрение и вгнездяването му в гъвкав закрепващ модул. Той разполага с подвижни щифтове, които автоматично се адаптират към формата и големината на заготовката, като плътно и прецизно я затягат.

Универсалният дизайн позволява захващането на всяка метална част, която би могла да се побере в корпуса на модула. След като детайлът е фиксиран, целият модул се премества в координатна измервателна машина, която регистрира пространствената ориентация на заготовката. Макар тя да е неподвижно захваната в модула, неговият ъгъл на преместване и наклонът му могат да бъдат регулирани. Същевременно данните за местоположението на детайла се изпращат към микропозициониращото устройство, което подава команда за финалното разполагане на модула в пространството, като може да коригира толеранси с точност от 2 ъглови/дъгови секунди (или една хилядаиосемстотна от градуса). Във финалния етап модулът се придвижва по транспортна линия до обработваща или монтажна клетка. Интелигентните системи от този тип могат лесно да бъдат преконфигурирани така, че да работят с детайли с разнообразни форми и големини.

Предимства на съвременните решения

Производителите непрекъснато разнообразяват каталозите си с нови модели закрепващи системи, модули и механизми, подходящи за различни видове металорежещи, нишкови обемни ерозийни машини и оборудване за микрообработка. Ползите от внедряването им в производството са много – както с незабавен ефект, така и в дългосрочен план. Подходящи са не само за стандартни продукти в големи серии, но и за персонализирани изделия в малки и дори единични партиди.

С автоматизирането на процеса по зареждане и позициониране на детайлите и консолидирането на заготовките и закрепващите механизми в предварително настроени модули се постига оптимално използване на потенциала на обработващата машина и значително увеличаване на нейната гъвкавост и производителност. Общата продължителност на престоите драстично намалява благодарение на многократно редуцираното време за настройка. Възможностите за паралелна подготовка и предварително позициониране на няколко детайла, които да бъдат обработвани непосредствено един след друг в почти или напълно непрекъснат процес, както и елиминирането на необходимостта от ръчно коригиране на допуските пестят допълнително ценно време.

Популярно решение са и специализираните станции за предварителна настройка, които обединяват в единно решение затягащи механизми, интелигентни и модулни закрепващи системи. При тях необходимостта от измерване и ръчно позициониране на детайлите е сведена до абсолютния минимум, а новите заготовки могат да бъдат предварително подготвени, прецизно захванати и настроени дори при работеща машина, включително ерозийна.

Сред доказаните в практиката конфигурации са т. нар. “beam-frame” системи, при които една, две или повече непрекъснато движещи се греди са разположени между две статични греди, закрепени здраво към работната маса на машината. С помощта на свободни и монтируеми държачи за детайли и закрепващи челюсти заготовките могат да бъдат позиционирани на нулева височина по оста Z. Универсални фиксиращи системи, захванати върху подвижните греди, допълнително разширяват възможностите за универсално закрепване на широк набор от заготовки с кръгла или правоъгълна форма и тегло до около 150 kg на всякакви по тип машини.

Големината на детайла се регулира посредством смяна на позицията на подвижните греди.
Водещ критерий при избор на опорна закрепваща система е повторяемостта на позициониране. Повтарящата се точност (при един и същи палет или един и същи модул) стандартно е от порядъка на 2 mm. Променливата точност (при един и същи палет с различни модули) се движи в диапазона 8 – 15 mm.
Сред новостите в сегмента са опорни системи със значително по-малка инсталационна височина в сравнение с пазарните си аналози, предназначени за потребители, които вече използват ротационни индексиращи маси в производството си или планират да го направят в бъдеще. Решенията от този тип са подходящи предимно за нишкова или обемна ерозийна обработка, EDM пробиване или лазерно рязане. Предвид особеностите на тези приложения системите са корозионноустойчиви и могат да бъдат използвани потопени в дейонизирана вода или в друга течна среда.

Палетизиращите системи типично се използват с универсални държачи или затягащи механизми с неуспоредни челюсти и позволяват външна предварителна и същинска настройка, автоматично зареждане и обслужване на машината с помощта на промишлен робот или манипулатор. Палетите и държачите за ерозийни машини позволяват рабoта с различни закрепващи цапфи – по-къси за смяна на електрода посредством стандартни автоматизирани системи и по-дълги с интегрирана зона за захващане от промишлени роботи или манипулатори. Друг тип решения за захващане на електроди и детайли са пневматичните патронници с опорни пръти, а самозатягащите се втулки са предназначени за универсално и разходно ефективно захващане на различни детайли за 5-осна обработка. Те са подходящи за монтаж на палет.

Палетите могат да бъдат ръчно или автоматично зареждани посредством гриперна транспортна система с пневматично управление, pick-and-place или 6-осен робот. Автоматизираното зареждане и обслужване на една металообработваща машина позволява работа в почти непрекъснат режим, което пък налага осигуряването на ефективни средства за автоматизация и управление на самостоятелната ґ или колективна експлоатация с други машини в цялостна производствена линия или монтажна клетка. Такива са например ЦПУ платформите от ново поколение, специализираните софтуерни инструменти за мениджмънт на работни клетки и др.

Пневматични и хидравлични хващачи

На пазара се предлагат богат асортимент от пневматични и хидравлични хващачи в интегрирано или модулно изпълнение, за захващане на детайли с една или няколко челюстни скоби при обработка с ерозийни или металорежещи машини. Модулните варианти позволяват работа с разнообразни по големина и тегло заготовки при оказване на различни сили върху детайла по време на механична обработка. Единичните закрепващи системи могат да бъдат монтирани към работната маса с опорни скоби. Интегрираните хващачи пък позволяват вграждане директно в масата, върху хоризонтална носеща платформа или вертикален закрепващ модул.

Затягащото действие се осигурява посредством пружина, която позволява на челюстите да бъдат в нормално затворена позиция. В допълнение към стандартните конфигурации се предлагат и модели със или без прорези (слотове) за радиално подравняване. Последните се използват предимно в приложения, в които няколко челюстни хващача са необходими за закрепването на единичен детайл. Вариантите със слотове пък са предназначени както за индивидуално ползване с единични заготовки, така и в комбинация при по-големи палети. При наличието на 4 прореза е възможно индексирането на детайл или палет на всеки 90°, а при 8 – на всеки 45°.

Предлагат се и специализирани палетни хващачи, проектирани за палетизиране на детайли на HSC фрези и обработващи центри за високоскоростно рязане. Те са херметически затворени и пригодени за тежки условия на работа. Интегрираните функции за управление на зареждането гарантират безопасно изпълнение на процеса, дори когато смяната на палетите се извършва без операторски надзор от автоматичен манипулатор или робот.

Предимство на стоманените палети и държачи е тяхната висока корозионна устойчивост, осигурена посредством безелектрическо никелиране или друго покритие. Те гарантират високоповторяема прецизност и дълъг експлоатационен живот дори при екстремни работни сили и натоварвания.
Твърдите центриращи и затягащи елементи при пневматичните хващачи обезпечават прецизно фиксиране и висока точност на последователните захващания. Те разполагат със специални уплътнители, които ги предпазват от навлизане на стружки и смазочно-охлаждащи флуиди. При тях използването на регулиращ палет става излишно. В допълнение към затягащия пружинен натиск е осигурено пневматично отваряне посредством пневматични цилиндри.

Zero point технология

През последните години в металообработката се наложи т. нар. zero point технология за закрепване на детайлите, която позволява висока скорост, прецизност, гъвкавост и бързодействие посредством фиксиране с прибиращи се нипели и бързо затварящи се скоби. Редица водещи компании на пазара разработват свои патентовани варианти на технологията, но най-общо системите в този сегмент могат да бъдат подразделени в 4 категории – с хидравлично, пневматично, електрическо или механично управление. На практика zero point закрепващите решения представляват модерна алтернатива на конвенционалните T-слот маси, които включват специални аксесоари като болтове, резбовани приспособления и Т-гайки. Сред предимствата на технологията от ново поколение са съкратени времена за настройка, увеличен капацитет за обработка, оптимална прецизност и повторяема точност от порядъка на Ј2,5 mm. Други плюсове са използването само на един тип закрепващ щифт, термичната симетрия, безпроблемното присъединяване и премахване без накланяне, възможността за прекъсване на процеса по всяко време, както и приложимостта при машини от различен тип – фрезови, стругови, ерозийни, обработващи центри с ЦПУ, измервателно оборудване и т. н.

Ключов позитив при използването на zero point системи е значително подобрената производителност благодарение на възможностите за непрекъсната паралелна настройка и зареждане на нови и нови заготовки без продължителни престои. Универсалните автоматизирани палети и държачи с вече фиксирания в тях детайл позволяват интегриране като цялостни модули в палетни бази, вертикални закрепващи устройства, работни маси и т. н. Възможен е монтаж както със закрепващия механизъм нагоре, така и надолу. Благодарение на модулния дизайн броят и централното отстояние на затягащите челюсти могат да бъдат приспособени към изискванията на конкретната задача по отношение на размера на машината, габаритите и теглото на детайла, обработващите сили и др.

Популярен елемент от т. нар. zero point системи са и закрепващите бази с един или няколко чифта интегрирани хващачи. Самата база може да бъде предварително монтирана към работната маса с пети или вградени винтове.