Автоматизация загрузки станков с ЧПУ: паллеты, тиски, прутковые податчики, роботы и безлюдная смена

Зачем автоматизировать загрузку

Станок зарабатывает, когда режет. Всё время, пока оператор снимает деталь, обдувает приспособление и ставит новую заготовку, шпиндель стоит. Автоматизация загрузки убирает эти паузы и позволяет станку работать, когда людей в цехе нет: в обед, в пересменку, ночью и в выходные.

Прежде чем выбирать оборудование, измерьте, сколько теряется сейчас. Потери на загрузку и наладку — часть показателя доступности в OEE; как их выделить, описано в статье «Загрузка оборудования и OEE». Иногда достаточно вынести наладку за пределы станка по принципам быстрой переналадки — без покупки робота.

Шесть подходов к загрузке

Schunk систематизирует способы автоматизации обслуживания станков так:

Паллеты и паллетные системы

Самая простая форма — сменщик паллет на самом станке: пока на одной паллете идёт обработка, оператор снаружи снимает деталь и закрепляет следующую. Это убирает простой на установку, но не даёт работать без человека дольше одного цикла.

Паллетная система добавляет склад паллет и манипулятор, который подаёт их в станок. Примеры с сайтов производителей:

• Fastems FPC — стеллажный накопитель для одного–трёх горизонтальных обрабатывающих центров. Паллеты от 400 × 400 до 1000 × 1000 мм в зависимости от модели, до 12 паллет на станок и до 36 в системе, место загрузки для наладчика, управляющее ПО планирует очередь заказов.
• EROWA Robot Compact 80 — робот с магазином для одного или двух станков, масса передачи до 80 кг, деталь с паллетой до 320 × 320 × 300 мм, площадь 1065 × 2010 мм, автоматическая смена захвата.
• LANG RoboTrex — шестиосевой робот FANUC с тележками, в которых наклонно стоят тиски. RoboTrex 52: 30 или 42 тисков на тележке, до 168 в системе, деталь до 15 кг. RoboTrex 96: до 64 тисков, деталь до 25 кг, по заказу 45 кг. Тиски на тележках готовят вне станка, не прерывая обработку, а тележку меняют за несколько секунд.

Основа всех таких систем — нулевая система базирования: паллета или тиски встают на станок с повторяемостью в микрометры без выверки. Lang указывает для своей системы Quick-Point повторяемость менее 0,005 мм, Schunk для модулей VERO-S NSE3 — такую же. О зажимных модулях и тисках — в статье «Закрепление заготовки: тиски и приспособления».

Токарные станки: прутковые податчики и роботы

Для деталей из прутка самый простой путь — прутковый податчик. Он хранит запас прутков, подаёт их через шпиндель и меняет пруток, когда тот кончается. LNS делит податчики на три группы: для коротких прутков, для прутков полной длины и отдельные модели для станков продольного точения. Для безлюдной работы нужны ещё отрезка и ловитель деталей, иначе готовая деталь падает в стружку.

Для штучных заготовок — поковок, отливок, отрезанных мерных заготовок — нужен робот или портальный загрузчик. Он берёт заготовку из накопителя, ставит в патрон и снимает деталь. Для обработки с двух сторон робот переворачивает деталь либо её перехватывает противошпиндель.

Робот и кобот у станка

Промышленный робот за ограждением работает быстрее и берёт тяжёлые детали. Кобот удобнее, когда станок часто переналаживают, а оператор подходит к нему в течение смены: например, Universal Robots позиционирует UR30 грузоподъёмностью 30 кг под обслуживание станков с ЧПУ. Чем кобот отличается и где он не подходит — в статье «Коботы: где уместны».

Типичная схема — ящики или дроверы с заготовками в ложементах: оператор заполняет ящик, робот знает положение каждой заготовки по сетке. Чем точнее ложементы и заготовки, тем проще захват и выше надёжность.

Безлюдная смена: условия

Работа без людей ночью и в выходные — главный источник выигрыша. Но станок без оператора никто не остановит при поломке фрезы или намотке стружки, поэтому процесс должен быть готов.

1. Стабильный процесс. Программа и режимы отлажены на дневных сменах, первая деталь принята, размеры стабильны.
2. Контроль инструмента. Проверка на поломку лазером или щупом после критичных переходов, контроль износа, запасной инструмент в магазине с заменой по ресурсу.
3. Щупы. Привязка заготовки и контроль размеров в цикле. Renishaw описывает это как уровни управления процессом: наладка — положение детали и размер инструмента, контроль в процессе — износ и поломка, после процесса — проверка готовых поверхностей.
4. Удаление стружки. Конвейер стружки, промывка рабочей зоны, форма стружки без намотки, достаточный запас СОЖ.
5. Правило остановки. Что делает станок при сбое: остановиться, пропустить паллету, сообщить мастеру.

Сколько станок проработает без оператора

Время автономной работы определяет накопитель:

Пример. Накопитель Fastems FPC-1000 вмещает 10 паллет. Если на каждой паллете приспособление с деталями, которое обрабатывается 50 минут (условное значение), то Tавт = 10 · 50 = 500 минут — 8 часов 20 минут, то есть одна ночная смена. Для коротких деталей с циклом 5 минут те же 10 позиций дадут меньше часа — нужен накопитель на заготовки, а не на паллеты, или приспособление на несколько деталей.

Выигрыш считают по дополнительным часам работы станка, а не по «сэкономленным людям». Как перевести часы в деньги — в статьях «Как рассчитать стоимость нормо-часа» и «Промышленные роботы в металлообработке» — там формула окупаемости.

Что подготовить в цехе

• Станок. Автоматическая дверь, зажим с управлением от станка, интерфейс обмена сигналами с роботом или паллетной системой. Lang для минимальной интеграции называет одну свободную M-функцию.
• Площадь и коммуникации. Место под накопитель и зону наладки, сжатый воздух, питание, подъезд для погрузчика. Lang, например, указывает ящик с системой около 2300 × 2100 × 2550 мм и массой 2 т.
• Оснастка. Нулевая система на столе, одинаковые приспособления и тиски, запас паллет.
• Заготовки. Одинаковые размеры, без облоя и грата в зоне захвата, стабильная подготовка на отрезке.
• Люди и порядок. Кто наполняет накопитель, кто пишет программы, кто принимает первую деталь, кто реагирует на сообщения ночью.