Automatyzacja obróbki 5-osiowej

Obróbka 5-osiowa jest z samej definicji bardziej skomplikowana niż działanie prostego 3-osiowego centrum obróbkowego - pod względem programowania, ścieżek prowadzenia narzędzi i możliwości zautomatyzowania pracy. Ta ostatnia kwestia jest dziś coraz istotniejsza dla użytkowników.

Obróbka 5-osiowa często stosowana jest przy produkcji małoseryjnej wysoce zróżnicowanych wyrobów, dlatego nie sprzyja w naturalny sposób tradycyjnej obsłudze obrabiarki przez robota, ponieważ wymaga licznych mocowań, uwzględnienia różnych rodzajów detali i skomplikowanego programu. Wyniki badań firmy Yamazaki Mazak sugerują, że wielu użytkowników uważa swoją działalność za nienadającą się do automatyzacji ze względu na dominujący w niej udział małych serii produkcyjnych.

W rezultacie do tej pory obróbka 5-osiowa rzadko była automatyzowana. Jednak to musi się zmienić z uwagi na koszty pracy, nieustające dążenie do wzrostu wydajności oraz rozwój innowacyjnych technologii.

Jednym z najważniejszych czynników stymulujących rozwój systemów automatyzacji obróbki 5-osiowej jest możliwość efektywnej, bezobsługowej eksploatacji obrabiarki w trybie nienadzorowanym poza typowymi godzinami pracy.

Wydłużenie czasu efektywnej produkcji z ośmiu do potencjalnie nawet 24 godzin na dobę oznacza bezpośredni wzrost mocy produkcyjnych zakładu, a także wydajności i rentowności.

Rok z 240 ośmiogodzinnymi dniami roboczymi (od poniedziałku do piątku z łącznie czterema tygodniami przerw urlopowych/świątecznych) zawiera 1920 godzin obróbki, które można sprzedać klientowi. Gdyby ta sama maszyna mogła działać po 16 godzin na dobę przez tę samą liczbę dni pracy, liczba godzin obróbki wyniosłaby 3840, co oznacza podwojenie mocy produkcyjnych. W dodatku system automatyzacyjny pozwalający na eksploatację maszyn w nietypowych porach, na przykład przez 24 godziny na dobę, w weekendy i święta, potencjalnie zwiększyłby liczbę godzin obróbki do 8760 rocznie, czyli zwiększyłby moce produkcyjne aż czterokrotnie.

Drugim kluczowym czynnikiem są koszty pracy. Operatorzy obrabiarek CNC to wysoko wykwalifikowani specjaliści, dlatego uzasadnione ekonomicznie jest powierzanie im w miarę możliwości zadań o wysokiej wartości dodanej, takich jak programowanie, a nie prostych, powtarzalnych prac. W istocie wyniki badań sugerują, że bez automatyzacji nawet 70% czasu operatora przypada na zadania powtarzalne, które nie wymagają szczególnych kwalifikacji, takie jak zakładanie i zdejmowanie mocowań czy podawanie i odbieranie detali oraz wyrobów gotowych.

Oczywistą odpowiedzią na te wyzwania jest automatyzacja obróbki 5-osiowej, jednak stoi jej na przeszkodzie szereg barier. Po pierwsze, konstrukcja wielu obecnie używanych obrabiarek 5-osiowych wymagałaby ustawienia systemu automatyzacji przed maszyną, co pogorszyłoby dostęp operatora do obszaru obróbki.

Fot.: Maszyny z nowej serii INTEGREX i-H firmy Yamazaki Mazak są doskonale przygotowane do automatyzacji - mają m.in. płaski przód i instalowany z tyłu magazyn narzędzi.

Na szczęście już dzisiaj powstaje nowa generacja obrabiarek opracowanych specjalnie z myślą o automatyzacji, a w szczególności - oferujących możliwość podawania bocznego. Na przykład nowa seria obrabiarek Yamazaki Mazak INTEGREX i-H została zaprojektowana specjalnie z myślą o automatyzacji: maszyny mają płaskie przody, a magazyn narzędzi jest instalowany z tyłu, co stwarza lepsze warunki do ulokowania urządzeń automatyzacyjnych, takich jak roboty przegubowe, przed maszyną, przy zachowaniu swobodnego dostępu operatora do obszaru obróbki. Co szczególnie istotne, system automatyzacji może być programowany i sterowany za pośrednictwem systemu Mazak Smooth Ai CNC wyposażonego w oprogramowanie Robot Cell Controller.

Informacje zwrotne od użytkowników obrabiarek ujawniają także obawy związane z potencjalną trudnością ustawiania i programowania systemu automatyzacji - wiele zakładów nie dysponuje obecnie odpowiednimi kompetencjami w tym zakresie. Wyniki ankiety przeprowadzonej w tym roku wśród klientów firmy Yamazaki Mazak sugerują, że aż jeden na 10 użytkowników obrabiarek nie decyduje się na automatyzację z powodu obaw o brak niezbędnych kompetencji.

Jednak innowacyjne oprogramowanie, takie jak Robot Setup Assist czy Robot Cell Controller firmy Yamazaki Mazak, istotnie ułatwia podłączenie i zaprogramowanie robota. Opcje oprogramowania, które jest zintegrowane z systemem CNC, pomagają w instalacji i sprawiają, że konserwacja rozwiązania do automatyzacji jest znacznie prostsza. W istocie automatyzacja nie wymaga już dzisiaj od zakładu szczególnych kompetencji.

Jednym z rozwiązań tego problemu jest zamówienie systemu do automatyzacji obróbki 5-osiowej zbudowanego „pod klucz”, takiego jak Yamazaki Mazak CV5-500 z robotem MA do podawania i odbierania detali. Robot MA od razu po wdrożeniu przynosi wzrost wydajności, ponieważ skraca czas wymiany detalu do pięciu minut. Oprogramowanie umożliwia błyskawiczną wymianę płyt magazynowych i chwytaków robota, przez co świetnie sprawdza się w 5-osiowej obróbce małoseryjnej.

Fot.: Maszynę CV5-500 można łatwo wyposażyć w różne rozwiązania automatyzacyjne, takie jak drzwi do podawania bocznego i ramię robota.

Jednak największą barierą na drodze do automatyzacji jest przekonanie o jej wysokich kosztach. Należy wszakże wziąć pod uwagę dwie kwestie. Po pierwsze, koszt inwestycji w automatyzację, a w szczególności na roboty, jest dziś zdecydowanie niższy niż w przeszłości, co z kolei potencjalnie skraca czas potrzebny na osiągnięcie zwrotu z inwestycji.

Po drugie, patrząc na koszt, powinno się brać pod uwagę także drugą stronę równania: wpływ automatyzacji na wydajność obróbki 5-osiowej. Automatyzacja nie tylko zwiększa zdolność maszyny do pracy bezobsługowej i nienadzorowanej, lecz również skraca czas jałowego oczekiwania maszyny na zakończenie innych czynności przez operatora.

Robot przeznaczony w 100% do obsługi maszyny pozwala na maksymalnie efektywne wykorzystanie zasobów i utrzymanie ciągłości produkcji, bez przerw potrzebnych na podawanie materiału. Alternatywne podejście - przypisanie po jednym operatorze do każdej obrabiarki 5-osiowej - pozwala wprawdzie na utrzymanie wysokiej wydajności, ale ma niekorzystny wpływ na konkurencyjność i rentowność.

W przeszłości automatyzacja obróbki 5-osiowej była wyjątkiem, a nie regułą. Jednak w miarę, jak nasila się konkurencja między użytkownikami i wzmacnia dążenie do maksymalnej wydajności oraz do jak najszybszego osiągnięcia zwrotu z inwestycji w obrabiarki 5-osiowe, nowa generacja maszyn i systemów automatyzacji wytycza drogę ku przyszłości. Europejscy użytkownicy obrabiarek powinni dokładnie przyjrzeć się, jak automatyzacja działa w Azji - tamtejsze zakłady wykazały się otwartością na nowe szanse i znacząco skorzystały na tym pod względem wydajności.


Źródło: Yamazaki Mazak
Redaktor: MRR