Budoucnost obrábění je v modulárních robotických buňkách

V rakouské firmě ZIMM, která je výrobcem šroubových zdvižných převodovek, automatizují roboty flexibilní výrobu třiceti typů obrobků. Společnost nedávno zprovoznila plně automatizovanou modulární výrobní buňku. Implementovaly ji firmy Vischer & Bolli a HBI Robotics a dva její roboty dodala firma KUKA. Buňka snižuje pracovní zátěž zaměstnanců a zvyšuje produktivitu a zlepšuje tak konkurenceschopnost společnosti.

Zdvižné převodovky se jako součást šroubových zvedáků používají např. pro pohon zvedacích plošin v autoopravnách, překlenují výškové rozdíly v průmyslových dopravníkových systémech nebo se využívají jako pohon pro zaměření parabolických antén. Většinu své práce vykonávají nepozorovaně. Jejich výroba v sídle společnosti ZIMM v Lustenau v Rakousku však opravdu zaujme: zejména pětiosá frézka od firmy Grob pro přesné obrobky z hliníku a litiny různých velikostí. Obráběcí stroj je součástí modulární výrobní buňky, která zajišťuje podávání i odebírání obrobků a následně automatizovaně vykonává dokončovací operace – a to díky dvěma robotům od firmy KUKA.

Automatizace obrábění zvyšuje produktivitu a efektivitu

Doposud byla cesta k hotovým obrobkům mnohem pracnější. Například obrobky byly na podávací palety upínány ručně.

To bylo nákladné a časově náročné. Náklady na 50 podávacích palet vyšplhají na více než 200 000 eur, přičemž každá paleta potřebuje navíc vlastní upínací přípravek, který je nutné obsluhovat manuálně.

Firmy Vischer & Bolli a HBI Robotics pro zefektivnění výroby ve společnosti ZIMM společně vyvinuly automatizované řešení: modulární robotickou buňku osazenou roboty KR Quantec a KR Agilus od firmy KUKA, která plně zautomatizovala úkony dříve prováděné ručně – od podávání materiálu na opracování pětiosým obráběcím centrem až po dokončovací operace a následný výstup hotových součástek.

Rentabilita kusové výroby

Místo dřívějšího ručního upevňování obrobků na podávací palety nyní zaměstnanci společnosti ZIMM umísťují výchozí polotovary na zásobníky svislého dopravníku (obr. 1). Vertikální prostor výrobní haly vysoké 4 m je využit ke skladování polotovarů a finálních výrobků. Současně jsou zde uloženy upínací přípravky a v případě potřeby i nástroje.

Nyní přichází na řadu integrovaná robotická buňka. Robot KR Quantec typu KR 240 R2900 Ultra nejdříve odebere ze svislého dopravníku zásobníky naplněné výchozími polotovary a umístí je na stůl (obr. 2). Poté automaticky vloží čtyři polotovary do upínacího přípravku a umístí je do frézovacího centra (obr. 3). Stroj je schopen opracovat přibližně 30 různých hliníkových a litinových součástek v sériích od jednoho kusu do 200 kusů. Upínání polotovarů mimo frézovací centrum zabraňuje zbytečným prostojům.

Zatímco obráběcí stroj pracuje na čtyřech obrobcích, upíná robot KR Quantec další polotovary do nového přípravku. Když jsou součástky po automatickém obrácení v pracovním prostoru stroje obrobené z obou stran, přemístí je robot k jejich konečnému opracování (odjehlení). To zajistí robot KR Agilus typu KR 10 R900-2 (obr. 4). Celou logistiku robotické buňky ovládá centrální řídicí počítač.

Dalším krokem v procesu automatizace je kontrola všech měřených parametrů. Upozornění na případné odchylky je posláno ve zpětnovazební smyčce do frézky, kde je možné nastavit potřebné korekce nebo vyměnit nástroj. Výrobky jsou roztříděny a ty, které jsou nevyhovující, ale opravitelné, automaticky opraveny.

Jakmile součástky projdou všemi výrobními kroky, umístí je robot zpět do zásobníku, který je přesunut do svislého dopravníku. Zaměstnanci potom musí jen přemístit hotové výrobky do manipulačního vozíku.

Celý proces obrábění a manipulace s materiálem je možné vidět ve videospotu na https://youtu.be/jkpzc1XUwtQ (na stejné video odkazuje QR kód v obr. 1). Pro společnost ZIMM představuje robotická buňka ohromný pokrok ve výrobním procesu. Kromě jiného jí automatizace dovoluje vyrábět v bezobslužných směnách v noci a o víkendech, což zvyšuje produktivitu a konkurenceschopnost.

To, co dříve bylo nutné dělat ručně s velkým množstvím pracovníků a dlouho, dělají nyní roboty v buňce rychleji a kvalitněji. „Tím se mění pracovní pozice ve firmě, protože zaměstnanci jsou nyní vyškoleni jako operátoři robotů. Vzhledem k nedostatku kvalifikované pracovní síly na trhu je pro firmu ZIMM stále těžší najít potřebné pracovníky. Díky automatizaci mohou zaměstnanci, kteří dříve z větší části jen zakládali materiál do podavače frézky, nyní pracovat v jiných oblastech a vykonávat činnosti vytvářející vyšší přidanou hodnotu. Vzhledem k integraci rozhraní mobilní komunikace může robotická buňka zasílat zprávy o svém stavu do chytrého telefonu. Zaměstnanec, který má pohotovost, tak může rozhodnout, zda je nutné zasáhnout.

 Centrální řídicí počítačový systém

Všechny procesy uvnitř robotické buňky jsou řízeny centrálním řídicím počítačem, který může komunikovat se systémem ERP. Počítač např. reguluje návaznost činností, koordinuje pohyb obrobků, kontroluje periferní zařízení a poskytuje informace o současných a navazujících procesech.

V modulární konstrukci buněk vidí Marcel Haltiner, vedoucí oddělení automatizace společnosti Vischer & Bolli GmbH, téměř neomezené možnosti využití. „V zásadě otevíráme možnosti automatizace jakékoliv strojírenské firmě zabývající se obráběním, ať vyrábí díly například pro zdravotnickou techniku, nebo pro automobilový průmysl.“ Zvláště v oblasti manipulace s díly nevidí do budoucna jinou reálnou možnost, pokud jde o rentabilitu a proveditelnost. Ve firmě ZIMM si tento trend uvědomují a již plánují konstrukci další robotické buňky.

(KUKA CEE GmbH)

Firma ZIMM GmbH z Lustenau v Rakousku je rodinná strojírenská firma, která se specializuje na výrobu šroubových zdvižných převodovek. Své produkty dodává výrobcům strojů a zařízení pro různé oblasti průmyslu. Sortiment pokrývá převodovky s trapézovým i kuličkovým šroubem ve velikostech od 2,5 do 1 000 kN. Modulární konstrukce umožňuje dodávat širokou škálu výrobků podle požadavků zákazníků, ať jde o způsob montáže, použité materiály, odolnost proti vnějším vlivům (teplota, prašnost) nebo varianty respektující požadavky na utěsnění proti únikům maziva a snadné čištění (důležité např. pro balicí linky určené pro potravinářství).

Firma Vischer & Bolli GmbH, sídlící v Dübendorfu ve Švýcarsku, se zabývá prodejem nástrojů a upínacích přípravků pro přesné obrábění. Má vlastní konstrukční kancelář a nástrojářskou dílnu, kde zhotovuje upínací přípravky podle požadavků zákazníků.

Obr. 1. Ruční manipulace s obrobky probíhá mimo stroj, což omezuje jeho prostoje

Obr. 2. Robot KR Quantec zajišťuje zakládání obrobků do stroje a manipulaci s nimi

Obr. 3. Robot zakládá upínací přípravek, v němž jsou upnuty čtyři obrobky najednou, do frézky

Obr. 4. Robot KR Agilus se stará o dokončovací operace