Firma Elburg Engineering využívá speciální buňku pro manipulaci, otáčení a obrábění dílů pro vozy DAF

Zadání: 
Při výrobě uložení kabin vozů DAF je třeba zajistit automatickou manipulaci mezi procesy frézování, vrtání, závitování a odstraňování otřepů bez ručního zásahu.

Řešení:
Manipulační roboty FANUC R-2000iB/165F vybavené systémem vidění nebo laserem sledují, polohují a otáčejí odlitky a nakládají a vykládají je ze strojů v buňce.

Výsledek:
Odlitky se zpracovávají na jediné upnutí. Dokonalá interakce robotů a obráběcích strojů značně zkrátila celkovou dobu obrábění a zvýšila kapacitu buňky.


Strojírenský závod v Elburgu je uživatelům špičkových kovových produktů dobře znám.

Specializuje se zejména na opracování litých součástí. To pro strojírenský závod není právě snadné. Lití postrádá vysokou přesnost a v rozměrech součástí tak mohou být odchylky. Proto je důležité nejenom mít se slévárnou správně vyjednané referenční rozměry, ale také příslušné postupy dobře znát. Jedině tak lze vyrábět součásti k plné spokojenosti.

Uložení kabiny

Jednou ze součástí, které v současnosti závod v Elburgu vyrábí, jsou speciální díly pro uložení kabin komerčních vozidel firmy DAF. Odlitky, které se dodávají jako pravá a levá část, se frézují, vrtají, jsou v nich vyřezány závity a odstraněny otřepy. Maarten Dijkshoorn ze Strojírenského závodu Elburg vysvětluje, že ke splnění požadavků firmy DAF bylo nezbytné vyvinout výrobní linku pracující 24 hodin denně sedm dní v týdnu. Stále žádanější jsou přitom roboti. Důvodem je nejenom cenová výhodnost jejich využití v nepřetržitých pracovních procesech, ale i fakt, že jde o lepší řešení z hlediska ochrany zdraví a bezpečnosti. Uložení kabiny je značně těžké, při opracování je přitom potřeba ho zvedat. Taková zátěž je při manuálním řešení s prací na směny pro zaměstnance příliš velká. Navíc by mohly nastat problémy s personálním plánováním. Strojový park a počet zaměstnanců jsou vždy založeny na univerzálním programu, pokud bychom tedy na tuto práci převedli pracovníky z jiných úkolů, mohlo by dojít k narušení jiných projektů.

Výrobní proces

Odlitky jsou k robotické buňce přivezeny na standardní europaletě. Levé a pravé verze jsou zde spárovány do dvojic. Poté jsou odlitky vyzvednuty robotem FANUC R-2000iB/165F, který je přenese na kontrolní stůl. Zvedá je pomocí magnetického úchopového prvku. Na kontrolním stole je určena přesná poloha a orientace a je ověřeno, že jsou přítomny dva díly uložení. Pokud ne, dojde k intervenci. Pokud přítomny jsou, druhý robot – opět FANUC R-2000iB – umístěný mezi třemi stroji a zařízením BTU (vrtací a závitovací jednotka) součásti z kontrolního stolu vezme a umístí je na jednu z volných odkládacích ploch před jedním ze strojů. Jakmile se nějaký stroj uvolní, umístí stejný robot obrobek do upínacího zařízení a počká, dokud některý ze strojů není připraven k obrábění. Je-li stroj připraven, vyjme z něj robot zpracovávanou součást a uloží ji na odkládací plochu. Poté do prázdného stroje může vložit nové součásti. Obrábění trvá asi dvacet minut, přičemž je snaha o co největší zkrácení prostojů. Stroj je znovu spuštěn a dříve obrobené součásti jsou zvednuty z odkládací plochy a vloženy do vrtací a závitovací jednotky. Servomotory ovládající pohyb vrtací a závitovací jednotky jsou řízeny přímo robotem, BTU tedy vlastně funguje jako rozšíření (sedmá a osmá osa) robota. Po dokončení všech potřebných činností v BTU přenese robot součást na montážní stůl. První robot, nyní vybaven mechanickým úchopovým prvkem (kombinace magnetického úchopového prvku a upínacích zařízení není obecně příliš vhodná), přenese součást ke stroji na odstraňování otřepů. To ve skutečnosti není nic víc než motorový ocelový kartáč, pohyb robota tedy vyrovnává opotřebení kartáče. Po odstranění otřepů je hotová součást uložena na europaletu a celý cyklus začíná znovu.

Řešení na klíč

„Tato robotická buňka obsahuje celou řadu systémových prvků, díky nimž je unikátní,“ tvrdí Stefaan Poppe ze společnosti Gibas. Jako integrátor robotů a dodavatel CNC strojů se výrazně podílí na konečném návrhu buňky. „Stroje jsou individuálně upravovány, aby i relativně malé stroje ve spojení s chytrými formami dokázaly pracovat se součástmi patřičné velikosti. Současně je třeba dbát na to, aby projekt zůstal ekonomicky proveditelný. Roli hraje i kvalita: Chtěli jsme, aby celé zpracování uložení kabiny proběhlo při jediném upnutí. Proto hodně záleží na způsobu vzájemného propojení robotů a strojů. Díky tomu, že vrtání a závitování pomocí jednotky BTU probíhá mimo stroje, nemusí strojírenský závod Elburg používat čtyřosé CNC, což samozřejmě představuje ekonomickou výhodu. Také to však kladně ovlivňuje celkový čas obrábění a kapacitu buňky. Čas potřebný na zpracování jsme díky optimalizaci celého procesu dokázali zkrátit ze 37 minut na 20. A konečně, podařilo se nám dosáhnout i značných úspěchů v oblasti vidění. I přes náročné průmyslové prostředí, práci s těžkým a špatně manipulovatelným produktem a nutnost dbát na celou řadu aspektů zpracování jsme dokázali zajistit bezproblémovou spolupráci robotů. Prvního robota jsme vybavili schopností vidět a druhého laserovým čidlem. Obrobek je tedy detekován i v případě, že ho systém vidění nenalezne.

Spolupráce

Někdy je důležité co nejvíce omezit čas potřebný na manipulaci. V tomto případě jsme se soustředili především na kontinuitu, kvalitu a spolehlivost. Automobilový průmysl vždy kladl na své dodavatele vysoké nároky. Strojírenskému závodu Elburg se podařilo těmto nárokům dostát a s vysokou úrovní spolupráce se společností Gibas je tedy spokojen. Dijkshoorn: „Společnost Gibas jsme do přípravy tohoto projektu zapojili již od rané fáze. Takový přístup se nám již několikrát osvědčil. Velkou výhodou je to, že zatímco my máme know-how používaných procesů, známe složitou problematiku lití a podílíme se na vývoji správných forem, tak firma Gibas je nejenom integrátorem robotů, ale i dodavatelem CNC strojů na klíč. Je schopna přizpůsobit je našim požadavkům a dokáže zajistit jejich bezproblémovou vzájemnou komunikaci.“ Poppe dodává: „V našem sektoru, kde se s takovými projekty setkáváme často, nelze používat klasický vztah klient – dodavatel. Musíte vytvářet nové koncepce a být schopni předpovídat změny na trhu. Nejprve jsme tedy vytvořili menší robotickou buňku schopnou vyrobit menší počet uložení kabin. Vzhledem k náročnosti jejího rozšíření však společnost DAF vznesla požadavek, na jehož základě jsme se rozhodli buňku upravit. Zatímco původní návrh počítal se dvěma stroji a jedním robotem, nyní obsahuje tři stroje a dva roboty. Tak rychlé změny lze realizovat pouze v případě těsné spolupráce a dobrého vzájemného pochopení.“ Závěrem Dijkschoorn zdůrazňuje, že zapojení do raných fází projektů je v tomto oboru důležité pro získání zakázek. „Někdy provádíme vývoj společně a stavíme na určitých koncepcích, takže v případě poptávky jsme schopni velmi rychle předložit nabídku. To nám dává konkurenční výhodu. Schopnost rychlé adaptace je klíčem k tomu, aby vám neujel vlak. K tomu je však nutné pracovat na bázi partnerství a dělit se o rizika časových investic.

Rigidní robotizace

Když jsme se ho dotázali, zda je díky využití robotů celý proces flexibilnější, měl Poppe určité výhrady. „Přirozeně, robot je flexibilní, v případě zakázkových projektů pro masovou výrobu je však mnoho času a peněz investováno do vývoje řešení určeného pro jeden konkrétní produkt. Hlavní výhodou je, že jste schopni zajistit jeho zcela automatický provoz. Musí pracovat hladce a umožňovat snadnou obsluhu. Což je mimochodem jeden z důvodů, proč většinou vybíráme roboty od firmy FANUC. Ty jsou totiž v oboru známy svojí spolehlivostí a uživatelsky přátelskou obsluhou. To však nic nemění na faktu, že pokud chcete, aby určitá robotická buňka začala pracovat s jiným produktem, musíte znovu vynaložit určité náklady na vývoj. Proto mám tendenci považovat to za jakousi striktní robotizaci – v případě ukončení výroby určitého produktu lze stejný robot použít pro nový projekt. Jejich využití by jinak bylo příliš nízké, ačkoliv jim ještě zbývá velká část životnosti.

OBRÁZKY A TITULKY

Servomotory ovládající pohyb vrtací a závitovací jednotky jsou řízeny jako sedmá a osmá osa robota.
Upevnění kabiny se dodává jako dvojice výrobků na europaletě. Tyto páry (levá a pravá část) zůstávají během výroby pospolu.
Poloha robota při odstraňování otřepů se přizpůsobuje opotřebení ocelového kartáče.
Výrobní robotická buňka zpracovávající uložení kabiny pro vozy DAF se skládá ze tří čtyřosých CNC strojů a dvou robotů FANUC R-2000iB/165F.