Интеграция промышленных роботов со станками с ЧПУ

В условиях современного мира, для сохранения конкурентоспособности своего производства на мировых рынках, необходима своевременная модернизация технических процессов и использование передовых средств автоматизации. Одним из самых эффективных инструментов на данный момент является внедрение на производство промышленных роботов-манипуляторов.

Одним из самых популярных и экономически целесообразных направлений является интеграция промышленных роботов-манипуляторов с ЧПУ станками. Шестиосевые роботы обладают высокой скоростью, грузоподъемностью и точностью, что делает их идеальным инструментом для автоматизации процессов, связанных с обслуживанием ЧПУ различного типа.

Такие роботизированные комплексы сокращают время простоев оборудования, увеличивают производительность и снижают влияние человеческого фактора. В данной статье мы рассмотрим основные типы станков, которые могут обслуживать роботы-манипуляторы, преимущества и недостатки таких систем, а также примеры их интеграции.

Обслуживание станков группы ТФО

Практически ни одно металлообрабатывающее производство не обходится без парка токарно-фрезерного оборудования с ЧПУ. И чем крупнее и технологичнее производство, тем большее количество таких станков участвует в производственном процессе. Для работы на таких станках требуется привлечение квалифицированных кадров, так как работа на ЧПУ требует определенных навыков и знаний. Но даже самый высококвалифицированный оператор не сможет раскрыть весь потенциал производительности, на который способен станок. Это под силу лишь роботу-манипулятору, и вот почему:

• Высокая скорость работы
  Максимальная линейная скорость робота – 2500 мм/сек. Данная скорость недостижима для человеческой руки. Следовательно, операции установки/снятия заготовки будут происходить гораздо быстрее.
• Возможность работы с несколькими станками
  Робот-манипулятор, как правило, занимается обслуживанием сразу нескольких станков. Требуемое количество роботов рассчитывается согласно количеству единиц оборудования и временным циклам обработки деталей. При достаточно длительном цикле обработки заготовки и установке на линейную ось один робот способен обслуживать 6-8 станков.
• Точность и качество
  Благодаря высокой повторяемости роботов-манипуляторов (+-0,08 мм), установка и снятие заготовок будут происходить максимально точно, быстро и с идеальным позиционированием, что, безусловно, положительно отразится на качестве продукции. Брак при таком раскладе практически исключен.
• Быстрота реакции
  Робот во время работы не отвлекается, не теряет концентрацию и не покидает свое рабочее место. Манипулятор всегда знает, какой из станков закончит обработку первым, заранее займет нужное положение, подготовит новую деталь под обработку и будет готов послать сигнал на открытие дверей сразу после окончания цикла обработки, без каких-либо задержек. Благодаря интеграции со станками робот способен управлять всем функционалом станка параллельно со своими основными задачами (подача заготовок), а именно: открывать/закрывать двери, патрон, управлять пинолью и люнетом, запускать/останавливать цикл обработки.
• Не важен вес заготовки
  Робот-манипулятор одинаково быстро справится с постановкой в патрон детали любого веса и габарита.

Все эти факторы позволяют получить значительное увеличение производительности ТФО в несколько раз и свести брак к нулю. Интеграция таких роботизированных комплексов в SCADA систему завода позволяет собирать всю необходимую статистику с данного участка и строить производственный процесс согласно стандартам Индустрии 4.0.

ПРАКТИЧЕСКИЙ ПРИМЕР №1:

ЗАДАЧА:токарная обработка осей грузовых прицепов. Вес заготовки 150 кг. Требуемая производительность 24 оси в смену 12 часов.

УСЛОВИЯ:токарный центр GOODWAY, цена 180 000 у.е., цикл обработки изделия 30 мин. Установка изделия в станок осуществляется оператором посредством кран-балки. Время установки/снятия – 15 мин. Итого: производительность 1 ед. в час.

Для решения данной задачи с использованием оператора необходимо минимум два станка, двенадцатичасовая рабочая смена и идеальные условия (оператор должен избегать любых простоев и не должен ходить на обед).

РЕШЕНИЕ:решить данную задачу можно проще и дешевле, используя робот-манипулятор как средство автоматизации загрузки/выгрузки. Используя промышленного робота с конвейерной системой подачи заготовок и приема готовой продукции (цена 120 000 у.е.). Конвейерная система, рассчитанная на 24 заготовки, дает полную автономность комплекса в течение всей рабочей смены. В начале смены оператор комплекса лишь производит загрузку подающего конвейера заготовками с помощью погрузчика (занимает около 5 минут), а далее вся работа происходит автономно.

ИТОГ:задача решена, требуемая производительность достигнута. Использование промышленных роботов позволило полностью автоматизировать процесс, высвободить человека под другие задачи и сэкономить 30% бюджета на проект.

ПРАКТИЧЕСКИЙ ПРИМЕР №2:

ЗАДАЧА:токарная обработка литых втулок. На участок приобретено восемь новых станков. Вес заготовки 0,8 кг. Круглосуточный режим работы с 12-часовой рабочей сменой.

УСЛОВИЯ:для обеспечения работы новых станков необходимо нанять 16 операторов. Каждый оператор обслуживает сразу два станка, т.е. необходимо 4 оператора в смену, таких смены две (8 человек на две смены). Кроме того, операторы работают по графику 2/2. По итогу получаем 16 человек. Заработная плата оператора 80 000 рублей на руки (с налогами около 120 000 рублей). Итого получаем ФОТ около 1 920 000 рублей в месяц.

РЕШЕНИЕ:данную задачу можно решить внедрением на производство робототехнических комплексов по обслуживанию токарных станков. Необходимый набор оборудования: робот, двойное захватное устройство, вибробункер, конвейер и камера технического зрения. Для обслуживание всех 4 робототехнических комплексов требуется лишь один оператор для периодического пополнения бункера с заготовками и решения внештатных ситуаций. Итого заказчику потребуется нанять всего 4 человека вместо 16. Ориентировочный бюджет для оснащения манипулятором двух станков – 40 000 у.е. На оснащение всего участка из 8 станков – 160 000 у.е. При текущем курсе 80 рублей за у.е., срок окупаемости данного проекта, только за счет экономии ФОТ (1 440 000 рублей в месяц), составит 8,8 месяцев. Помимо этого, не учтен рост производительности участка, по сравнению с работой операторов, примерно на 20%, и снижение количества брака.

ИТОГ:задача решена, минимизировано увеличение штатного расписания, повышена ожидаемая производительность участка.

Обслуживание листогибочного оборудования

Интеграция промышленного робота-манипулятора с листогибочным оборудованием является достаточно популярной в текущих условиях. Роботизированные комплексы, интегрированные с листогибочными станками (такими как Amada, Trumpf, Bystronic), обеспечивают автоматическую загрузку, гибку, выгрузку и складирование деталей. Это особенно востребовано в серийном и мелкосерийном производстве, где важны скорость, точность и прогнозируемая производительность.

Использование робота-манипулятора на данной операции способно значительно повысить производительность для работы с деталями, имеющими значительные габариты и вес, так как промышленные роботы обладают существенной грузоподъемностью и внушительной длиной руки. Значительный прирост в производительности можно получить при интеграции робота с тандемными листогибами. При работе с такими длинномерными деталями, как правило, участвуют сразу два оператора. В таком случае, при установке промышленного робота, заказчик получит существенную экономию на ФОТ и быструю окупаемость подобного проекта.

На более легких и маленьких по габаритам деталях робот может действовать с такой же скоростью, как и человек, а в некоторых случаях даже медленнее. Зато мы получаем стабильный такт выпуска деталей, прогнозируемую производительность, гибкость при сезонной загрузке (при уменьшении сезонного спроса не придется сокращать сотрудника или придумывать, чем его занять).

Существенным плюсом интеграции шестиосевого манипулятора с листогибом, безусловно, является повышение промышленной безопасности (работа с листогибом является потенциально травмоопасной) и уменьшение расходов на ФОТ. Робототехническому комплексу не нужен постоянный контроль со стороны оператора. Использование специализированного магазина заготовок делает данную ячейку достаточно автономной, и загрузка деталей может потребоваться лишь раз в несколько часов. Это делает возможным обслуживание сразу нескольких таких комплексов всего одним человеком. Если оператор работает только с одним РТК, большую часть рабочего времени он может быть задействован на других операциях.

Обслуживание ТПА автоматов

Использование промышленных роботов с автоматами ТПА не так популярно, так как в большинстве случаев станки данного типа уже поставляются с линейными роботами, способными заниматься их обслуживанием, но есть некоторые случаи, когда использование робота более чем оправдано.

Если, помимо простого изъятия заготовки из станка, требуются какие-либо дополнительные операции (например, обрезка облоя, постобработка детали в другом станке, складирование габаритных деталей на паллет с определенной схемой укладки), то в этих случаях линейный робот пасует, и на помощь приходит шестиосевой манипулятор.

Интеграция шестиосевых роботов-манипуляторов с ЧПУ станками — это мощный инструмент повышения эффективности производства. Несмотря на высокие первоначальные затраты, такие системы окупаются за счет увеличения скорости выпуска продукции, снижения брака, экономии на персонале и повышении промышленной безопасности.

Дальнейшее развитие технологий, включая машинное зрение, искусственный интеллект и интернет вещей (IoT), позволит создавать еще более автономные и адаптивные производственные линии. Уже сегодня ведущие машиностроительные компании активно внедряют роботизированные комплексы, что подтверждает их высокую эффективность в современной промышленности.