Jak zautomatyzować frezarkę CNC?

 

Sama frezarka CNC może być bardzo wydajna, ale jej możliwości często ogranicza sposób obsługi. Operator musi załadować detal, uruchomić program, odebrać gotowy element, przygotować kolejną sztukę i w odpowiednim momencie wymienić narzędzia.

Przy produkcji seryjnej oznacza to wiele godzin pracy, które nie zwiększają bezpośrednio czasu skrawania.

Dlatego automatyzacja frezarki CNC nie musi oznaczać zakupu nowej obrabiarki. W wielu przypadkach większy efekt można uzyskać poprzez automatyzację obsługi już posiadanej maszyny.

W skrócie

• frezarkę CNC można automatyzować na kilka różnych sposobów,
• najprostszym rozwiązaniem może być automatyczny podajnik,
• robot przemysłowy pozwala obsługiwać również większą liczbę detali i operacji,
• magazyn palet zwiększa możliwość pracy maszyny bez operatora,
• automatyczny magazyn narzędzi ogranicza czas potrzebny na ich wymianę,
• SMED pozwala skrócić przezbrojenia jeszcze przed zakupem automatyki,
• najlepszy efekt daje połączenie kilku rozwiązań.

Od czego zacząć?

Najpierw trzeba sprawdzić, co ogranicza wykorzystanie frezarki.

Jeżeli maszyna wykonuje detal przez 10 minut, ale operator potrzebuje kolejnych 5 minut na załadunek i odbiór, znaczna część czasu nie jest przeznaczona na obróbkę.

Przy setkach lub tysiącach detali miesięcznie robi się z tego bardzo dużo czasu.

Inny problem może stanowić przezbrojenie. Jeżeli każda zmiana detalu trwa 30–40 minut, nawet bardzo szybka obrabiarka nie będzie w pełni wykorzystywana.

Dlatego automatyzację warto rozpocząć od analizy procesu, a nie od wyboru robota.

Automatyczny podajnik

Jednym z prostszych sposobów automatyzacji jest zastosowanie podajnika detali.

Może on automatycznie dostarczać kolejne elementy do strefy roboczej frezarki. Po zakończeniu obróbki gotowy detal jest odbierany, a następny trafia na stanowisko.

Takie rozwiązanie dobrze sprawdza się przy produkcji dużych serii podobnych elementów.

Jego zaletą jest stosunkowo prosta konstrukcja oraz możliwość ograniczenia ręcznej obsługi.

Podajnik nie zawsze będzie jednak dobrym rozwiązaniem przy bardzo różnorodnej produkcji. Jeżeli geometria detali często się zmienia, bardziej uniwersalny może być robot.

Robot przy frezarce CNC

Robot przemysłowy lub cobot może pełnić funkcję automatycznego operatora maszyny.

Jego zadaniem może być:

• pobranie surowego detalu,
• załadowanie go do uchwytu,
• uruchomienie cyklu,
• odebranie gotowego elementu,
• odłożenie detalu,
• przygotowanie kolejnej sztuki.

Robot może również współpracować z kilkoma maszynami.

W takim układzie jeden system może obsługiwać np. dwie frezarki, a w bardziej rozbudowanych rozwiązaniach również dodatkowe urządzenia.

To pozwala lepiej wykorzystać maszyny i ograniczyć czas, w którym obrabiarki czekają na operatora.

Robot nie musi pracować sam

W nowoczesnym gnieździe produkcyjnym robot może być tylko jednym z elementów całego systemu.

Może współpracować z:

• magazynem detali,
• paletami,
• systemem wizyjnym,
• urządzeniem pomiarowym,
• myjką,
• znakowarką,
• kilkoma obrabiarkami.

Powstaje wtedy zautomatyzowane gniazdo produkcyjne, w którym kolejne operacje wykonywane są bez konieczności ręcznego przekładania detali.

To szczególnie interesujące przy produkcji seryjnej.

Magazyn palet

Jeżeli firma chce zwiększyć autonomię frezarki, sam robot może nie wystarczyć.

Potrzebne jest również miejsce, z którego będzie pobierał kolejne detale.

Jednym z rozwiązań jest magazyn palet.

Palety z przygotowanymi elementami mogą być dostarczane do stanowiska, a system automatycznie pobiera kolejne zlecenia.

Zaletą takiego rozwiązania jest możliwość przygotowania produkcji wcześniej.

Operator może np. załadować kilka palet przed rozpoczęciem pracy maszyny, a następnie system realizuje kolejne cykle zgodnie z przygotowanym harmonogramem.

W ten sposób frezarka może pracować dłużej bez stałej obecności operatora.

Automatyczny magazyn narzędzi

Warto pamiętać, że automatyzacja detalu to tylko jedna część problemu.

Drugim ograniczeniem może być narzędziownia.

Nowoczesne frezarki CNC mają automatyczne magazyny narzędzi, ale przy dużej liczbie operacji ich pojemność może stać się ograniczeniem.

W bardziej wymagających zastosowaniach można zastosować większy magazyn narzędzi lub system zarządzania narzędziami.

Pozwala to ograniczyć sytuacje, w których maszyna musi zostać zatrzymana tylko dlatego, że potrzebne narzędzie nie jest dostępne.

Istotna jest również kontrola zużycia narzędzi. Jeżeli narzędzie zużywa się w trakcie produkcji, system może odpowiednio wcześniej przewidzieć jego wymianę.

SMED – automatyzacja zaczyna się przed zakupem robota

Nie każdy problem trzeba rozwiązywać za pomocą automatyki.

Jeżeli główną stratą są długie przezbrojenia, warto wykorzystać metodę SMED (Single-Minute Exchange of Die).

Jej celem jest skrócenie czasu przezbrojenia poprzez analizę wszystkich czynności wykonywanych podczas zmiany produkcji.

W praktyce można sprawdzić:

• które czynności można wykonać przed zatrzymaniem maszyny,
• które można uprościć,
• które można wyeliminować,
• czy narzędzia są przygotowane wcześniej,
• czy mocowanie detalu można przyspieszyć.

Przykładowo zamiast zatrzymywać frezarkę i dopiero wtedy szukać potrzebnych narzędzi, można przygotować cały zestaw przed zakończeniem poprzedniej partii.

Efekt może być zaskakująco duży, a inwestycja niewielka.

Automatyzacja przezbrojenia

Kolejnym krokiem może być automatyzacja samego procesu przezbrojenia.

Stosowane są m.in.:

• szybkomocujące uchwyty,
• paletyzowane mocowania,
• automatyczna identyfikacja narzędzi,
• pomiar narzędzi,
• automatyczne sondy,
• systemy presettingu.

Im bardziej powtarzalny jest proces, tym łatwiej go zautomatyzować.

W przypadku produkcji krótkoseryjnej właśnie szybkie przezbrojenia mogą mieć większe znaczenie niż maksymalna prędkość samej obróbki.

A co z kontrolą jakości?

Automatyzacja frezarki nie musi kończyć się na wykonaniu detalu.

Kolejnym etapem może być automatyczna kontrola jakości.

Po zakończeniu obróbki robot może przekazać detal do urządzenia pomiarowego. System sprawdza określone wymiary, a następnie decyduje, czy element trafia do dalszej produkcji, czy zostaje odrzucony.

Możliwe jest również wykorzystanie sondy pomiarowej bezpośrednio w obrabiarce.

Dzięki temu część kontroli może odbywać się bez ręcznego przenoszenia detalu.

Czy każdą frezarkę można zautomatyzować?

Nie każdą w takim samym stopniu.

Znaczenie mają m.in.:

• konstrukcja maszyny,
• rodzaj uchwytu,
• dostęp do przestrzeni roboczej,
• sposób otwierania drzwi,
• rodzaj produkowanych detali,
• czas cyklu,
• liczba różnych elementów,
• możliwość komunikacji z urządzeniami zewnętrznymi.

Dlatego przed zakupem robota lub podajnika trzeba sprawdzić, czy istniejąca frezarka jest przygotowana do automatycznej obsługi.

Czasami modernizacja jest prosta. W innych przypadkach może wymagać większej ingerencji w maszynę.

Ile można zyskać?

Najważniejszą korzyścią nie musi być zmniejszenie liczby pracowników.

Jeżeli operator poświęca kilka godzin dziennie na ręczne ładowanie detali, automatyzacja może pozwolić mu obsługiwać inne stanowiska.

Jednocześnie frezarka może pracować dłużej.

Przykładowo:

produkcja ręczna

10 minut obróbki + 3 minuty obsługi

produkcja zautomatyzowana

10 minut obróbki + automatyczna wymiana detalu

Przy dużej liczbie cykli różnica kilku minut na sztukę może przełożyć się na setki dodatkowych detali miesięcznie.

Ostateczny efekt zależy oczywiście od konkretnego procesu.

Nie zaczynaj od najdroższego rozwiązania

Firma nie musi od razu budować całkowicie autonomicznego gniazda.

Można działać etapami:

Etap 1: szybkie mocowanie i organizacja narzędzi.

Etap 2: skrócenie przezbrojeń metodą SMED.

Etap 3: automatyczny pomiar narzędzi i detali.

Etap 4: podajnik lub system palet.

Etap 5: robot obsługujący frezarkę.

Etap 6: połączenie kilku maszyn w jedno gniazdo.

Takie podejście pozwala inwestować w automatyzację tam, gdzie rzeczywiście przynosi ona największy efekt.

Kiedy robot będzie lepszy od podajnika?

Najprostsza zasada jest taka:

podajnik sprawdzi się przy produkcji powtarzalnej, robot – gdy potrzebna jest większa elastyczność.

Jeżeli firma wykonuje przez wiele godzin jeden lub kilka podobnych detali, podajnik może być ekonomiczniejszym rozwiązaniem.

Jeżeli produkcja obejmuje wiele różnych elementów, robot może łatwiej dostosować się do zmieniających się zadań.

Warto jednak analizować konkretny proces, ponieważ nowoczesne systemy podawcze również mogą być bardzo elastyczne.

Najważniejsze pytanie nie brzmi „jaki robot kupić?”

Automatyzacja frezarki CNC powinna zaczynać się od analizy procesu.

Najpierw trzeba ustalić, gdzie tracony jest czas:

• przy załadunku,
• przy odbiorze detali,
• podczas przezbrojeń,
• przy wymianie narzędzi,
• podczas pomiarów,
• czy może w oczekiwaniu na kolejne zlecenie.

Dopiero wtedy można zdecydować, czy najlepszym rozwiązaniem będzie SMED, podajnik, robot, magazyn palet, automatyzacja narzędzi czy połączenie kilku technologii.

Dobrze zaprojektowana automatyzacja może sprawić, że istniejąca frezarka będzie produkować więcej bez zakupu kolejnej obrabiarki.

A właśnie to często jest najważniejszym celem inwestycji: zwiększyć wykorzystanie tego, co firma już posiada, zanim zacznie kupować kolejne maszyny.