Obrábění, frézování, vrtání a broušení průmyslovým robotem
Svařování kovů je asi nejtěžší technologie používaná na průmyslových robotech. Najít využití průmyslových robotů pro další aplikace v průmyslu není snadné, pokud zrovna nemíříte do segmentu výrobních linek, které zpravidla používají automobilky v hromadné výrobě.
Komu a co nabídnout, aby se investice do průmyslového robota vrátila např. do jednoho roku? Nyní je k dispozici jedna zajímavá technologie, která všechny pozitivně zaskočila, když byly objevěny její možnosti a výhody.
Prezentace nového off-line software odhalila nové možnosti
Začalo to nenápadnou nabídkou jednoho z dodavatelů software pro off-line programování robotů na bázi CAM systému pro programování NC strojů. Nutno říci, že pro svařovacího robota je využití off-line programování zpravidla nepraktické a neekonomické. Proto i schůzka s technickým zástupcem společnosti, který nabízí nejnovější software pro programování robotů, měla z počátku spíše informativní charakter. Především jsme chtěli zjistit možnosti nového software. Když jsme ovšem došli na praktické použití tohoto software, začali jsme odkrývat nové možnosti použití průmyslového robota, např. pro obráběcí technologie, kde skutečná investiční náročnost pro pořízení tohoto zařízení je až o 60 % nižší v porovnání s CNC obráběcími centry. Je však nutno přiznat, že obrábění robotem má také své úskalí v porovnání CNC obráběcím centrem. Je to menší tuhost vřetena, ovšem s vyšší možností otáček a tím hlavně obrábění HSM. Dalším limitem je přesnost jednotlivých robotů, která se od velkých a tuhých center mírně liší.
Obr. 1 Robot obsluhuje ohraňovací lis.
Obecně o průmyslových robotech
Průmyslový robot je zařízení, které umožňuje provádět opakované pohyby v prostoru s vysokou přesností. Jednotlivé typy průmyslových robotů se liší svou nosností, dosahem a svou konstrukcí - svým tvarem. Současným standardem jsou 6-ti osé univerzální průmyslové roboty nebo 5-ti osé manipulační roboty. I když se v nedávné minulosti již zahájil prodej robotů se sedmi osami, které jsou pak v určité užší technologické oblasti použití nenahraditelné. Max. opakovaná přesnost pohybu robotů se liší podle typu robota v převážné závislosti na jeho velikosti a nosnosti. Obecně však lze říci, že pohyb běžného univerzálního robota podle programu má max. nepřesnost okolo ± 0,08 mm až ± 0,1 mm.
Robot pak může v zápěstí nést různé pracovní nástroje, vřetena, chapadla, hořáky apod. Průmyslový robot může obsluhovat různé CNC stroje, např. ohraňovací lis, hydraulický lis, obráběcí stroje, ohýbačky, kde může vkládat/vykládat dílce, případně je také držet.
Robot pak sám může obrábět různé materiály, např. kovy, dřevo, kámen, plasty apod. Průmyslový robot může být vybaven univerzálním chapadlem, které může nést různé typy strojů a nástrojů. Robot tak může provádět velké množství různých výrobních operací.
Obr. 2 Jedna z dalších praktických aplikací, kdy robot drží vřeteno a obrábí výrobek.
Obrábění robotem, použití robota u 3-osého obráběcího centra
Jedno z mnoha využití průmyslového robota je obsluha CNC obráběcích center. Robot však umožňuje nejen vkládat a vykládat dílce do přípravku. Máme zde jeden příklad z praxe. Společnost vlastnila 3-osé obráběcí centrum. Do jednoho ze svých dílců potřebovala vyvrtávat díru v 5-ti osách. 3-osé obráběcí centrum na tuto operaci samozřejmě již nestačilo. Proto si tato firma byla nucena pořídit 5-ti osé obráběcí centrum za cenu kolem 17 mil. Kč k zajištění této výrobní operace.
Pokud by však tato firma před 3-osé CNC obráběcí centrum postavila průmyslový robot, byla by tato operace plně pokryta. Navíc by uživatel získal výhodu bezobslužného zařízení při hromadné výrobě. Obsluhování CNC centra by obstaral právě průmyslový robot a jeden off-line software by byl schopen programovat jak frézovací centrum, tak samotného robota. Nezanedbatelná je rovněž úspora investičních nákladů takového řešení. V tomto případě až 80 %!
Obr. 3 Vrtání děr nebo závitů do výrobků je jednou z dalších možností použití průmyslového robota.
Možnosti dalšího využití průmyslových robotů
Průmyslové roboty lze také využít pro prostorové vrtání děr, závitů, frézování kapes i ploch, srážení hran, broušení, leštění, řezání apod. Obsluha CNC strojů průmyslovým robotem ve výrobních linkách se doposud vyplatila pouze při hromadné a velkosériové výrobě. Nyní se situace může změnit. S novým off-line software je možné najít celou řadu technologií, které mohou provádět právě průmyslové roboty bez nutnosti vždy pořizovat velká a dražší CNC obráběcí centra nebo zadávat výrobu kritických součástí do drahé kooperace třetím firmám. A tím významně ušetřit jak investiční, tak provozní náklady v řádech až milionů korun.
Obr. 4 Robot, který obsluhuje 3-osé CNC obráběcí centrum. Robot také může na výrobku provádět další obráběcí operace.
Obecně o off-line programech pro řízení robotů
V posledních několika málo letech téměř na každé výstavě, kde se prezentují průmysloví roboti, můžete na těchto stáncích vidět tendenci upoutávat pozornost návštěvníků softwarem pro off-line programování průmyslových robotů. Na první pohled je to hezké a zajímavé řešení. Z pohledu praxe je to spíše, promiňte nám ten výraz - „hračka". Ve skutečnosti bychom našli jen málo oblastí, kde by bylo nasazení off-line programování skutečně výhodné. Rozhodně to platí pro aplikace svařování kovů. Možná, že s tímto názorem nemusí každý souhlasit. Převést, resp. přesně převést skutečné pracoviště, fyzické robotizované pracoviště do 3D virtuálního prostředí PC s menší nepřesností než např. ±1,0 mm, je velmi nelehký úkol. Navíc s pohledu využití off-line programování pro svařovacího robota je to v podstatě ztráta času.
Obr. 5 Další typické univerzální pracoviště pro tvarové obrábění dílců.
Použití off-line programování na svařovacích robotech
Uveďme si praktický příklad. Firma provozuje robotizované pracoviště, např. se dvěma pevnými stoly (pro zjednodušení), kde svařuje různé - předem sestehované svařence. Tato firma má k dispozici off-line programování svého svařovacího robota. Programátor si dal práci s tím, že velmi přesně zaměřil umístění polohy obou pevných stolů vůči robotu a tyto údaje vložil do 3D off-line software a vytvořil si tak virtuální robotizované pracoviště, které řekněme „přesně" odpovídá skutečnému pracovišti. Nyní nastala potřeba připravit nový program - svařovací program pro dílec, který je jako příklad uvedený na obrázku.
Pro použití off-line programování musí mít programátor 3D model tohoto svařence. Většina firem již dnes konstruuje své výrobky ve 3D konstrukčních programech. Proto získat 3D model svařence není velkým problémem. Tento díl programátor importuje do off-line programu, do prostředí robotizovaného pracoviště. Svařenec umístí na pevný stůl a velmi jednoduše připraví pohybovou sekvenci svařovacího robota. Zkušený programátor rovněž bez problémů odhadne svařovací parametry, kterými bude tento svařenec pak svařovat.
Připravený program pak importuje do svařovacího robota. Ovšem tento program nelze nyní tzv. „na ostro" spustit do plné sériové výroby. Nyní je nutno program odladit na samotném robotizovaném pracovišti. Jde o stejnou posloupnost, jako u NC strojů.
Obr. 6 Příklad typického svařence s větší délkou svarů.
Program vygenerovaný v PC je totiž naprosto přesný k dílci, který je namodelovaný, ovšem nepočítá s možnými odchylkami při stehování dílce a možnými nepřesnostmi v upínání. Program pro off-line programování umožňuje odměřit stejné body na dílci v PC a vložit k nim odměřené body ze stejných míst na dílci a tím „zpřesnit" program generovaný z Off-line programu. Programátor musí provést kontrolu, zda hořák svařovacího robota najíždí přesně na místa svařování podle připraveného programu na dílci v PC.
Po provedené kontrole - tedy ručnímu přejetí veškerých naprogramovaných trajektorií robota, programátor provede zkušební zavaření prvního kusu v tzv. ručním režimu, kdy si programátor prověří nastavené svařovací parametry, kterými jsou především správně nastavený svařovací proud, napětí, správný sklon svařovacího hořáku, vzdálenost svařovacího hořáku od místa svařování, správná postupová rychlost. Vždy se vyskytnou místa, kde je nutné provést korekce těchto svařovacích parametrů. I zkušený programátor, který již umí velmi dobře odhadnout nastavení potřebných svařovacích parametrů, musí provádět několikanásobné korekce a doladění svařovacího programu. Dokončení svařovacího programu nelze tedy v off-line programu detailně odladit a musí se dokončit na skutečném svařenci. Časově lze obecně říci, že nastavení pohybové sekvence robota zabere přibližně 25 % celkového času při sestavení programu, zbylý čas je pak potřebný právě pro doladění svařovacích parametrů a odstranění případných vad v místech, kde je např. svařenec neshodný oproti jeho výrobní dokumentaci apod. Obecně lze tedy říci, že off-line programování pro svařovací roboty reálně ušetří 25 % strojního času svařovacího robota. Pokud bychom však započítali náklady na programátora, který připravoval svařovací program v off-line programu, je využívání tohoto programování neekonomické. A to nesmíme zapomenout na cenu off-line programů, která se pohybuje cca od 10 000 do 25 000 EUR.
Obr. 7 Robot provádí broušení. Robot nese pásovou brusku.
Výhody nového software pro off-line programování
Zcela jiná situace je použití off-line programování pro aplikace průmyslových robotů při obrábění materiálů, vrtání, frézování apod. Při aplikacích obrábění v podstatě jakéhokoliv materiálu, moderní off-line program umožní velmi rychlé programování a odladění práce robota ve velmi krátkém čase. Zde se skutečně vyplatí převést skutečné robotizované pracoviště do 3D virtuálního prostředí. Provádění korekcí obráběcího nástroje, který nese robot, je ve off-line programu velmi rychlé a přesné. Pokud však robot stále provádí stejnou operaci např. v hromadné výrobě, která se v podstatě nemění, pak není nutné do off-line programu investovat peníze. Je možno naprogramovat díl vlastními silami, nebo nechat si takovýto díl naprogramovat zakázkově právě off-line systémem. Pokud však robot při obrábění pracuje jako stroj pro spíše zakázkovou výrobu, pak je moderní off-line program velmi užitečným pomocníkem a ušetří spoustu strojního času při odlaďování každého programu. Navíc nabízený off-line program umožňuje sestavovat pracovní a řídicí programy pro každý NC a CNC stroj na dílně. (např. frézovací, soustružnický, drátové řezání, vodní paprsek, laser, router apod.)
Obr. 8 Robot provádí leštění. Robot nese výrobek, který pak leští u stacionární brusky
Shrnutí
Tento článek by měl upozornit na nové možnosti spojení používání průmyslových robotů s novinkou - software pro off-line programování, které v řadě případů umožní nahradit obráběcí centra, jejichž pořizovací cena a hodinová režijní cena je až 6x vyšší, než-li je cena zařízení s průmyslovým robotem. Případně lze efektivně rozšířit technické možnosti 3-osého obráběcího centra použití průmyslového robota, kdy investice do průmyslového robota je v porovnání s pořizovací cenou 5-osého obráběcího centra zanedbatelná.
Text: Daniel Hadyna
Aktuálne vydanie
Partnerské periodiká
Copyright © 2008 TechPark, o.z. | Všetky práva vyhradené | Realizácia: Webmax