Роботи за разтоварване: Автоматизирано отстраняване на детайли за CNC производство

Какво представлява роботът за разтоварване?

Роботът за разтоварване е автоматизирана система, която самостоятелно изважда детайли или материали от машини, контейнери или транспортни средства. В зависимост от областта на приложение тези системи се различават значително по отношение на дизайна и функционалността.

В логистичния сектор роботите за разтоварване се използват например за разтоварване на контейнери. Тук големи мобилни системи преместват пратки или палети от камиони и морски контейнери. Тези приложения нямат много общо с индустриалното производство.

В металообработването и CNC производството обаче терминът "робот за разтоварване" се отнася за компактни роботизирани системи, които изваждат готовите детайли от стругове, фрезови центрове или шлифовъчни машини. На практика тези системи обикновено се справят както със зареждането на заготовки, така и с разтоварването на готови детайли - поради това те често се наричат роботи за зареждане и разтоварване.

Тази статия е посветена на роботите за разтоварване в CNC производството: Как работят те, какви технологии са на разположение и какво трябва да търсят производствените компании, когато избират такъв робот.

Роботи за разтоварване в CNC производството: Функции и области на приложение

Как работи роботът за разтоварване на машини с ЦПУ?

Роботът за разтоварване на машина с ЦПУ работи в повтарящ се цикъл. Веднага след като обработката приключи, вратата на машината се отваря автоматично или се отваря от робота. Ръката на робота се придвижва в работната зона, захваща готовия детайл и го изважда от притискащото устройство. След това поставя детайла в определена зона - например в носач за детайли, върху палет или в сортировъчна кутия.

Комуникацията между робота и машината се осъществява чрез стандартизирани интерфейси. При по-новите машини се използват цифрови протоколи като Profibus, Profinet или Ethernet/IP. По-старите съществуващи машини могат да бъдат свързани чрез свободни M функции и безпотенциални контакти.

Типични приложения: Стругове, фрезови центри, шлифовъчни машини

Роботите за разтоварване могат да бъдат намерени в почти всички области на машинното производство. При струговете те изваждат от патронника цилиндрични детайли като валове, втулки или фланци. При фрезовата машина и обработващите центрове това са предимно призматични детайли, които се отстраняват от поансони или системи за закрепване с нулева точка. Шлифовъчните машини също могат да бъдат автоматизирани - тук се изисква особено прецизно боравене, за да не се повредят шлифованите повърхности.

Геометриите на детайлите варират от прости отрязъци до отливки и сложни формовани компоненти. Теглото на детайла, размерите и необходимата точност на позициониране са решаващи фактори при избора на правилната система.

Товарене и разтоварване като комбиниран процес

На практика роботите за разтоварване рядко работят самостоятелно. Те почти винаги изпълняват и двете задачи: зареждане на машината със заготовки и разтоварване на готовите детайли. Типичната последователност изглежда по следния начин: Роботът първо отстранява готвия детайл, поставя го, след което взема нова необработена заготовка и я поставя в притискащото устройство. По този начин машината остава в минимален престой.

Този цикъл се съкращава допълнително при системи с двоен захват. Роботът вече има готовност за следващата заготовка, докато отстранява готовия детайл - директен обмен без допълнителни пътеки на движение.

Предимства на роботите за разтоварване в производствените предприятия

Увеличено шпинделно време поради непрекъсната работа

Шпинделното време е една от най-важните ключови стойности в CNC производството. То показва колко часа на ден машината действително обработва детайли. Без автоматизация тази стойност често е само шест до осем часа - ограничена от времето на смените, почивките и наличието на оператори.

Роботът за разтоварване отменя това ограничение. Машината може да продължи да произвежда и след изтичане на редовното работно време, дори през нощта или през почивните дни. Компаниите съобщават за увеличаване на дневното шпинделно време до 16, 20 или дори 24 часа. Това означава, че със същата машина може да се постигне значително по-голямо производство, без да се инвестира в допълнителен хардуер.

Облекчение за квалифицирани работници с повтарящи се задачи

Ръчното зареждане и разтоварване на машините с ЦПУ е физически натоварващо и не изисква много усилия. Квалифицираните работници прекарват ценно работно време в зареждане на заготовки, изчакване на края на обработката и изваждане на готовите детайли. Тази рутинна дейност ангажира капацитет, който липсва на други места.

Профилът на задачата се променя при робот за разтоварване. Вместо това служителите поемат проверката на качеството, подготвят нови поръчки или се грижат за няколко машини паралелно. По този начин може да се смекчи недостигът на квалифицирана работна ръка, без да се налага да се лишават от опитен персонал.

Постоянно качество благодарение на прецизната обработка

Хората работят по различен начин - в зависимост от ежедневната си форма, концентрация и опит. Роботът, от друга страна, извършва всяко движение по идентичен начин. Той винаги позиционира детайлите с еднаква точност и винаги прилага една и съща сила при затягане.

Резултатът е: по-малко бракувани изделия поради грешки в позиционирането, по-постоянни резултати от обработката и по-стабилно качество на процеса в цялата серия. Това предимство е особено забележимо при тесни допуски или чувствителни повърхности.

Необслужвани смени и производство през уикенда

Роботите за разтоварване имат най-голям икономически ефект извън редовното работно време. Една машина, която е подготвена в петък вечерта и произвежда автономно до понеделник сутринта, печели до 60 допълнителни производствени часа седмично - без разходи за труд за нощни или уикенд смени.

Това изисква достатъчно голям запас от детайли и надеждно наблюдение на процеса. Съвременните системи съобщават за неизправности чрез отдалечен достъп, така че при необходимост да е възможна намеса. В много случаи обаче производството върви безпроблемно часове наред.

Технологии за разпознаване на обработваеми детайли: механични срещу контролирани с камера

Класически системи: растерни плочи и списания с чекмеджета

Повечето роботи за разтоварване на пазара работят със системи за механична организация. Принципът: детайлите се поставят във фиксирани решетки, матрици или чекмеджета. Всяка позиция е точно определена, така че роботът да може да се движи по координатите, както е програмирано.

Типичните дизайни включват магазини за чекмеджета с регулируеми решетки, палетни пространства с дорници или матрици с точно прилягащи вдлъбнатини. Тези системи работят надеждно - стига детайлите да са еднородни и да са поставени точно на предвидените за тях места.

Недостатъкът се проявява при смяна на детайлите. За всяка нова геометрия на детайла трябва да се адаптира решетката или да се закупи нова матрица. Това коства време за преоборудване и пари за приспособленията. При често променящи се поръчки или малък размер на партидата тези разходи се увеличават.

Съвременна алтернатива: лазерни системи с 3D камери

Системите, управлявани с камера, използват различен подход. Вместо фиксирани позиции, лазерната система с 3D камера разпознава детайлите там, където те действително се намират. Детайлите могат да се предоставят на случаен принцип или в насипно състояние - роботът локализира всеки отделен детайл, изчислява оптималната позиция на захващане и съответно регулира движението си.

Принцип на функциониране: Лазерен скенер заснема повърхността на зоната за престой и генерира триизмерен облак от точки. Софтуерът анализира тези данни, идентифицира детайлите въз основа на тяхната геометрия и предава координатите на робота. Целият процес отнема само няколко секунди.

Защитен капак предпазва оптичните компоненти от стружки, охлаждаща-смазваща течност и други замърсители - системата работи надеждно дори в тежки производствени условия.

Предимства на детектирането с камера за гъвкаво производство

Разпознаването с камера предлага решаващи предимства за компании с променящи се поръчки. Най-очевидното от тях е, че няма нужда от растерни плочи, матрици и други специфични за детайла приспособления. Новите детайли могат да се пускат без механични преобразувания.

Времето за пренастройка се намалява драстично. Докато при конвенционалните системи смяната на матриците и препрограмирането на позициите често отнема 30 минути или повече, системата, управлявана от камера, може да бъде настроена за нов детайл само за няколко минути.

Свобода има и в процеса на осигуряване. Вече не е необходимо детайлите да се сортират поотделно в точни позиции. Това спестява време по време на подготовката и намалява източниците на грешки. Дори ако даден детайл е леко усукан или изместен, камерата разпознава позицията му и роботът го взима правилно.

SherpaLoader®: Контролирани с камера роботи за разтоварване на машини с ЦПУ

Разпознаване на обработваеми детайли без матрици и приспособления

Сърцето на SherpaLoader® е SherpaVision® - лазерна система с 3D камера за автоматично разпознаване на обработваеми детайли. Системата разпознава заготовките точно на мястото, където са поставени - без необходимост от растерни плочи, ограничители или прецизно монтирана матрица.

На практика това означава, че детайлите просто се поставят в зоната за съхранение. Камерата сканира повърхността, разпознава детайлите въз основа на тяхната геометрия и предава позициите за захващане на робота. Скъпите въртящи се и подреждащи маси, които са обичайни за конвенционалните системи, са напълно елиминирани.

Вграденият защитен капак предпазва оптичните сензори от стружки и охлаждащо-смазваща течност. Това означава, че системата работи надеждно в дългосрочен план, дори и в тежки производствени условия.

Смяна за по-малко от 5 минути при смяна на детайла

При променящи се поръчки всяка минута престой е от значение. SherpaLoader® е проектиран за кратко време за пренастройка: Смяната на детайла отнема по-малко от пет минути.

Причината за тази скорост е липсата на механични приспособления. Не е необходимо да се сменят матриците, да се препрограмират позициите на решетката и да се преоборудват хващачите. Операторът въвежда новата геометрия на детайла чрез диалоговото управление - системата извършва останалото автоматично.

Той се управлява чрез 17-инчов сензорен дисплей с интуитивни указания за потребителя. Не се изисква сложно програмиране на робота. Дори служители без специални предварителни познания могат да работят безопасно със системата след кратък инструктаж.

Обхват на натоварване от 7 кг до 225 кг

Портфолиото на SherpaLoader® покрива широк диапазон от тегла на детайлите. От деликатни прецизни детайли до тежки заготовки за отливане - има подходящ модел за почти всяко приложение.

Серията M се предлага за фрезова машина и обработващи центрове: Моделите М7 и М12 са подходящи за леки детайли, а М25 и М50 преместват детайли с тегло съответно до 18 кг и 38 кг. Моделите M88 и M225 са предназначени за тежки детайли и големи серии.

Серията T е специално разработена, за да отговаря на изискванията на струговете. От къси патронникови детайли с тегло само няколко килограма до дълги и тежки валове - моделите от Т7 до Т225 покриват целия спектър от стругови операции.

Роботи за разтоварване за фрезова машина и обработващи центрове

Серия SherpaLoader® M за всички тегла на детайлите

Серията M на SherpaLoader® покрива целия спектър от операции по фрезоване. Компактните модели M7 и M12 са подходящи за леки детайли в прецизното машиностроене или медицинската техника. Моделите M25 и M50 преместват детайли с тегло съответно до 18 кг и 38 кг - подходящи са за стоманени заготовки, алуминиеви блокове или отливки. Моделът M88 се справя с тежки детайли с тегло до 73 kg, а M225 е предназначен за още по-големи тежести. Връзката се осъществява през работната или страничната врата, като се запазва достъпът до магазина за инструменти и транспортьора за стружки.

Роботи за разтоварване на стругове

Серия SherpaLoader® T за всички тегла на детайлите

Серията T е специално разработена, за да отговаря на изискванията на струговете. Моделите T7 и T12 са подходящи за патронникови детайли, къси валове и втулки. Моделите T25 и T50 се справят със средно тежки струговени детайли, като фланци или съединителни части с тегло съответно до 18 кг и 38 кг. Моделът T88 премества дълги валове и тежки цилиндри с тегло до 73 kg, а моделът T225 се предлага за още по-тежки части. Системите са съвместими със стандартни типове стругови машини от различни производители и могат да бъдат свързани през предната врата или отстрани.

Подготовка на материала и съхранение на детайли

SpaceBox: Хаотично разгръщане с разпознаване на камерата

SpaceBox е концепцията за централизирано разполагане на роботи за разтоварване, управлявани с камера. Принципът: детайлите се складират в определена зона без фиксиран ред. Триизмерната камера записва позицията на всеки отделен детайл и роботът ги взема един по един.

Тази концепция е особено подходяща за детайли, които са трудно или невъзможно да бъдат подредени. Отрязъци, отливки или заготовки с неправилна форма могат просто да се поставят в SpaceBox - без да се налага да се сортират в решетки или матрици, което отнема много време.

Капацитетът на SpaceBox зависи от размера и геометрията на обработвания детайл. Той може да побере няколкостотин парчета за по-малки детайли и съответно по-малко за по-големи детайли. Няколко модула SpaceBox могат да се комбинират за по-дълго време на работа без екипаж.

Количка с маса: гъвкаво решение за малки партиди

Количките с маса предлагат мобилна алтернатива на стационарната подготовка на детайлите. Концепция: Детайлите се подготвят на мобилни колички и се пренасят до робота. След като една количка бъде обработена, тя се сменя с нова.

Това решение е особено подходящо за компании с често променящи се поръчки и малък размер на партидата. Детайлите могат да се подготвят далеч от машината, докато производството продължава. Веднага след като серията е завършена, следващата количка е готова.

Количките с маса са полезни и когато трябва да се обработват последователно различни видове детайли. Всяка количка може да бъде заредена с различно задание - смяната на сериите се извършва без дълго време за пренастройка.

палет: Доказана концепция за тежки детайли

За тежки детайли и големи серии се е доказало използването на европалети. Детайлите се подреждат на слоеве върху палета. Роботът преминава през палета слой по слой.

Тази концепция предлага голям капацитет за съхранение при сравнително малка площ. В зависимост от теглото на детайла, един палет може да осигури няколко часа автономно производство. За тежки отливки или големи цилиндри осигуряването на палети често е единственото практично решение.

Палетите могат да се транспортират и позиционират с помощта на мотокар или количка за палети. Това опростява логистиката в производството и дава възможност за бърза смяна на палета, когато той е обработен.

Допълнително оборудване на съществуващи машини с ЦПУ с роботи за разтоварване

Универсални интерфейси за всички типове управление

Много производствени предприятия имат изграден машинен парк със системи за управление от различни производители и поколения. Едно решение за автоматизация трябва да може да се справи с това разнообразие - в противен случай допълнителното оборудване ще се провали поради проблеми с интерфейса.

SherpaLoader® е проектиран за универсална съвместимост. По-новите машини се свързват чрез цифрови протоколи: Profibus, Profinet или Ethernet/IP позволяват директна комуникация между робота и управлението на машината. Обикновените системи за управление на Siemens, Fanuc, Heidenhain или Mazak могат да бъдат интегрирани без проблеми.

По-старите машини без съвременни интерфейси се свързват чрез свободни M функции и безпотенциални контакти. Този метод работи при всички производители и не изисква промени в съществуващия софтуер за управление.

Интеграция без модификация на машината

Често срещана пречка пред допълнителното оборудване е, че производителят на машината изисква скъпи преобразувания или инсталиране на специфични за производителя компоненти. Това повишава разходите и прави автоматизацията нерентабилна за много компании.

SherpaLoader® работи независимо от тези спецификации на производителя. Интеграцията се извършва без промяна на системата за управление на машината и без специален интерфейс за автоматизация от производителя на машината. Роботът комуникира чрез съществуващите пътища за сигнализация - не се изисква нищо повече.

Машините без ротационен преход също могат да бъдат автоматизирани. В този случай електрическото задвижване на шпиндела поема прецизния момент на затягане по време на затягането. Това означава, че дори машини, които първоначално не са били предназначени за автоматизация, могат да бъдат модернизирани.

Автоматизиране на по-стари съществуващи машини

Решението между нова инвестиция и допълнително оборудване често е въпрос на икономическа ефективност. Една добре поддържана машина с ЦПУ може да продължи да работи продуктивно в продължение на много години - просто й липсва възможността за автоматично зареждане и разтоварване.

Точно тук е мястото за допълнително оборудване. Съществуващите машини получават втора кариера с помощта на робот за разтоварване. Инвестицията е значително по-ниска от цената на нова машина с вградена автоматизация, а увеличението на производителността е сравнимо.

Обхватът на машините, които могат да бъдат модернизирани, е широк. От по-стари модели като Gildemeister CTX или Deckel Maho до най-новите серии на различни производители - универсалната интерфейсна архитектура прави интеграцията възможна. Решаващият фактор не е годината на производство на машината, а дали са изпълнени основните изисквания за автоматизация.

Икономическа ефективност: Кога си струва да се използва робот за разтоварване?

Анализ на възвръщаемостта на инвестициите: амортизация за 12 месеца

Инвестицията в робот за разтоварване се изплаща по-бързо, отколкото много компании очакват. По правило една система за модернизация се изплаща в рамките на 12 месеца - при условие че придобитият капацитет на машината действително се използва.

Изчислението е просто: всеки допълнителен час на шпиндела генерира оборот. Ако машината работи 16 или 20 часа на ден вместо 8 часа, производството се удвоява или утроява. Инвестиционните разходи за робота се възвръщат в разумен срок благодарение на допълнителния добив.

Разбира се, действителният период на амортизация зависи от няколко фактора: ситуацията с поръчките, времето за работа на детайлите, постигнатите маржове и броя на безработните часове седмично. Индивидуалното изчисляване на възвръщаемостта на инвестицията преди инвестицията дава яснота за икономическия потенциал в конкретното приложение.

Повишена производителност благодарение на удълженото време за работа на машината

Най-големият лост за рентабилност се крие в удълженото време за работа на машината. Машината с ЦПУ, която се използва само през дневната смяна, не работи 16 часа на ден - и още 48 часа през уикенда. Това е неизползван потенциал.

При робот за разтоварване тази връзка се променя коренно. Машината продължава да работи, дори когато на място няма оператор. Приготвена вечерта, тя произвежда през цялата нощ. През уикенда производството продължава автономно, докато служителите не са на работа.

На практика потребителите съобщават за увеличение на дневното шпинделно време с 10, 14 или повече часа. Това съответства на увеличение на капацитета, което иначе би изисквало втора или трета смяна със съответния персонал.

Спестяване на разходи в случай на недостиг на персонал

Недостигът на квалифицирана работна ръка в металообработващата промишленост отдавна е факт. Свободните работни места остават незапълнени, опитните служители се пенсионират, а младите таланти се намират трудно. За много компании не капацитетът на машините ограничава растежа, а наличието на квалифициран персонал.

Роботът за разтоварване облекчава този проблем на две нива. Първо, съществуващата квалифицирана работна ръка е освободена от повтарящи се задачи и може да се съсредоточи върху по-сложни задачи. Второ, производството продължава дори когато няма оператор.

Съществува и финансов аспект. Нощните смени и смените през уикенда са скъпи - надбавките, по-високите разходи за труд и трудното намиране на персонал за тези периоди често правят ръчната работа на няколко смени нерентабилна. Роботът работи без бонуси, без отпуски и без болнични.

Често задавани въпроси за роботите за разтоварване

Какви размери на детайлите могат да бъдат автоматизирани?

Обхватът на детайлите, които могат да бъдат автоматизирани, е широк. Три параметъра са определящи: Тегло, размери и геометрия.

Теглото им варира от няколко грама до над 150 кг. Малките прецизни части за медицинската техника могат да бъдат автоматизирани също толкова лесно, колкото и тежките отливки за машиностроенето. Изборът на подходящ модел робот зависи от максималното тегло на детайла за съответното приложение.

Съществуват практически горни граници на размерите, които зависят от работното пространство на робота и размера на зоната за съхранение на детайлите. Много дълги валове или големи плочи изискват специални решения за захващане и съответно оразмерени системи за подаване.

Геометрията играе особено важна роля при разпознаването на обработваемите детайли. Системите, управлявани с камера, могат да се справят с почти всички форми - от прости цилиндри и кубоиди до сложни отливки. Корекции може да са необходими само за изключително неправилни или силно отразяващи повърхности.

Необходими ли са познания по програмиране?

Не. Съвременните роботи за разтоварване, като SherpaLoader®, са проектирани за проста работа. Новите детайли се настройват чрез графично диалогово управление на сензорния дисплей - без програмен код, без език на робота, без специализирани познания.

Операторът въвежда съответните параметри: размери на детайла, позиции на захващане, места за съхранение. Системата автоматично ги преобразува в движения на робота. Дори служители без опит в програмирането на роботи могат да работят самостоятелно със системата след кратък инструктаж.

Това отличава тези решения от традиционните промишлени роботи, при които всяко движение трябва да се програмира индивидуално. Това значително намалява количеството на необходимото обучение и запознаване.

Колко време отнема монтажът?

Времето за монтаж зависи от условията на място. При благоприятни условия - свободен достъп до машината, ясен интерфейс, стандартен монтаж - въвеждането в експлоатация, включително инструктаж, е възможно само за няколко дни.

Най-бързият документиран монтаж на SherpaLoader® отне три дни: монтаж, свързване с машината, настройка на първия детайл и обучение на операторите. По-сложни ситуации - като затворени пространства или необичайно управление на машината - може да изискват повече време.

Важно за планирането: Не е задължително машината да бъде в покой по време на монтажа. Предварителните работи, като например електрическото свързване, често могат да бъдат извършени в извънпикови часове. Действителният престой в производството се ограничава до окончателното въвеждане в експлоатация и първите пробни пускания.

Съвети за вашия робот за разтоварване

Анализ на изискванията за вашето производство

Всяко производствено предприятие е различно. Обхватът на детайлите, машините, размерът на партидата, пространствените условия и моделите на смени се различават в отделните предприятия. Решението за автоматизация трябва да бъде адаптирано към тези индивидуални обстоятелства - стандартните отговори не са достатъчни.

Затова първата стъпка е систематичен анализ на изискванията. Кои машини трябва да бъдат автоматизирани? Кои детайли се изпълняват най-често? Колко пространство е на разположение? Какви интерфейси предлагат съществуващите системи за управление? Тази информация се използва за създаване на концепция за автоматизация, която е съобразена с конкретните изисквания.

Този анализ включва и изчисление на рентабилността. Той показва прозрачно какъв амортизационен период може да се очаква и какво увеличение на производителността може да се постигне реално. Това осигурява солидна основа за инвестиционното решение.

Демонстрация на живо на вашата машина

Листовете с технически данни и продуктовите описания създават първо впечатление, но нищо не може да замени разглеждането на системата в действие. Демонстрацията на живо показва как роботът за разтоварване работи на практика: колко бързо работи разпознаването на обработваеми детайли, как протича процесът на захващане и колко лесно се управлява.

В идеалния случай тази демонстрация трябва да се проведе директно върху машината, която ще бъде автоматизирана по-късно. Така веднага става ясно как роботът се вписва в съществуващата среда, какви настройки са възможни и как се свързва със системата за управление.

Пътят от първия диалог до стартирането на автоматизацията се състои от няколко стъпки: Анализ на изискванията, разработване на концепция, изготвяне на оферта, инсталиране и въвеждане в експлоатация. Непрекъснатата подкрепа през всички етапи гарантира, че крайният резултат е решение, което работи в ежедневието.