3.6 automatická výměna obrobků

3.6 AUTOMATICKÁ
VÝMĚNA OBROBKŮ
Konstrukční uzly určené pro manipulaci, polohování a upnutí obrobku v pracovním prostoru obráběcích center představují rozsáhlou skupinu strojních
zařízení, jež jsou vedle automatické výměny nástrojů základem pro automatizaci výrobních procesů. Dá se vysledovat řada typů a konstrukčně-technologických principů v závislosti na obrobku, jeho velikosti a například
počtu vyráběných kusů.
Proces výměny obrobku
pohyb obrobku
malé obrobky
pohyb stroje
velké obrobky
výměna mechanizovaná
jednodimenzionální pohyb
výměna manuální
pohyb v rovině
pohyb v prostoru
Obr. 3.6.1: Proces výměny obrobku
Výměník
(jednoúčelový, rotační, translační…)
Strojní zařízení pro výměnu obrobku,
palet, nosných desek atd.
Manipulátor
(součást obráběcího stroje, univerzální, gantry…)
Robot
(souřadnicový, univerzální, stacionární, gantry…)
Obr. 3.6.2: Zařízení pro automatickou výměnu obrobků
Struktura automatické
výměny obrobků
nosná deska, paleta
• hladká
• závitové otvory
• T-drážky
• s upínacím
přípravkem
• s čepy
• jiná
výměník
• otočný
• translační
• řetěz
• šroub
• píst a válec
• hřeben
a ozubená kola
• čep
výměník
• odkládací místa
• seřizovací místa
• otočný stůl
• nekonečný pás
• válečkový dopravník
• regál
• další
upínání
a polohování palety
palety
• upínací čepy
• T vedení
• Hirthův věnec
• středicí čep
• unášecí čepy
• píst a válec
• upínací pružiny
• další
Obr. 3.6.3: Morfologie automatické výměny obrobků
Manuální upínání obrobků (obr. 3.6.1) na
pracovní stůl číslicově řízeného obráběcího centra je často nehospodárné, nebo
během upínání a seřizování polohy obrob-
274 | MM Průmyslové spektrum | Speciál | 2014
ku stroj nepracuje. Tím se snižuje stupeň
jeho využití. Čím je pořizovací cena stroje
vyšší a čím je upínání obrobku pracnější a zdlouhavější, tím jsou tyto ztráty výraz-
nější. Z tohoto důvodu jsou vyvíjeny systémy, které zkracují neproduktivní časy na
minimum (obr. 3.6.2).
Zkrácení nevýrobních časů vlivem ustavování obrobku lze učinit dvěma základními způsoby. Obvykle u velikých a těžkých obrobků jsou vedle sebe dva, popř.
více pracovních prostorů. Jsou tvořeny jednou velkou upínací deskou a například
u horizontek existují řešení s pevnou upínací deskou, vedle které stojí otočný stůl. Stroj
s pohyblivým rámem (obr. 3.6.1 a 3.6.4) je
uzpůsoben tak, aby mohl obrábět ve všech
upínacích prostorech (viz také kapitola
CNC vyvrtávací stroje). Zatímco na jednom
místě se obrobek seřizuje, na vedlejším pracovním prostoru (druhé části stolu) se obrábí (3.6.5). Tento způsob zrychlení produkce
s sebou nese bezpečnostní rizika. Aby nedošlo ke zranění obsluhy, je prostor, kde se
obrábí a kde se obrobek ustavuje, oddělen mobilními zábranami. Zvýšená ostraha
obsluhy je však namístě. Menší stroje mohou být vybaveny stacionárními kryty, které
však neumožňují variabilně měnit velikosti
prostoru podle velikosti obrobku.
Stůl obráběcího stroje může mít tvar kruhový, obdélníkový, čtvercový, nepohyblivé
stoly mohou obsahovat vestavěné otočné stoly, úhlové upínací desky a další.
Na upínacích deskách a stolech jsou většinou T-drážky [Borský 1991]. Na upínacím stole (obr. 3.6.4) jsou situovány upínače (mechanické upínky, hydraulické nebo
pneumatické upínače nebo rovnou celé přípravky). U těžkých a rozměrných obrobků
je výměna obrobků uskutečněna obsluhou
pomocí jeřábu patřičné nosnosti. I v případě strojů s pohyblivým rámem, jsou-li
obráběcí operace krátké nebo existuje-li
nějaké racionální opodstatnění, může manipulaci s menšími obrobky nebo polotovary provádět manipulátor (robot).
Druhý princip, jenž je hlavním předmětem této kapitoly, je založen na pohybu
obrobku do/z pracovního prostoru stroje (obr. 3.6.1). Existuje několik základních
konstrukčních řešení (obr. 3.6.2), která se
uplatňují v závislosti na druhu obrobku (rotační, nerotační), jeho velikosti a hmotnosti, typu stroje, požadované rychlosti a přesnosti výměny obrobku a s tím souvisejícím
množstvím vyráběných kusů (výrobnosti).
Obvykle velmi závisí na vlastním obrobku
– jeho velikosti, možnosti jeho upnutí, jeho tuhosti, na obráběcích operacích, kte-
Automatická výměna obrobků
Obr. 3.6.4: Princip zdvojeného
pracovního místa [Rottler USA]
Obr. 3.6.5: Obrábění a ustavování více obrobků
na jednom stroji [Waldrich Coburg]
ré jsou na něm uskutečňovány, riziku kolizí
nástroje s upínači a řadě dalších.
prochází dutým sklíčidlem (obr. 3.6.6).
Rovinný pohyb obrobku, a translační, nebo rotační, nebo jeho kombinace, je doménou výrobních linek. Často bývá dopl-
Obrobek se ve výrobním procesu může
pohybovat:
• volně;
• na nosné desce (technologické paletě);
• na strojní paletě
(je integrální součástí obráběcího centra);
• na speciálních upínačích a přípravcích.
něn krátkým zdvihem v rovině kolmé na
hlavní pohybovou rovinu. Tento pohyb je
nezbytný pro upnutí strojní palety na obráběcích centrech. Prostorový pohyb a sa-
Jednodimenzionální pohyb při výměně obrobku může být jak rotační, tak translační.
Příkladem pouze rotačního pohybu mohou
být soustružnická centra, vícevřetenové automaty nebo bezhroté brusky na kulato
s průběžným pohybem obrobku. Polotovar
Obr. 3.6.6: Princip výměny obrobku
u dlouhotočných automatů [Sandvik Coromant]
Obr. 3.6.7: Obrobek volně se pohybující
ve výrobním procesu [Rotomors]
2014 | Speciál | MM Průmyslové spektrum | 275
3.6 AUTOMATICKÁ
VÝMĚNA OBROBKŮ
Obr. 3.6.8: Část spalovacího motoru
umístěná na nosné desce [Grob]
mostatnému obrobku, nebo obrobku na
nosné desce či strojní paletě uděluje víceosý manipulátor, univerzální robot apod.
Pokud se obrobek pohybuje mezi odkládacím místem a strojem volně (prostřednictvím podavače nebo manipulátoru) nebo
mezi několika stroji, musí splňovat zejména následující předpoklady tohoto způsobu manipulovatelnosti (pořadí bez nároku
na důležitost):
• upnutí volného obrobku je jednoduché
(realizovatelné automaticky) s dostatečnou přesností;
• prostorová orientace obrobku pro upnutí v upínací soustavě na stroji je jednoduchá (prvý požadavek na orientaci obrobku ve stroji, popř. vůči nástroji);
• obrobek obsahuje plochy, které v jednom okamžiku umožňují uchopení v koncovém efektoru manipulátoru a zároveň
v upínacím mechanizmu na stroji;
• pokud existuje další požadavek na zorientování obrobku (vzhledem k nějaké význačné rovině, vztažnému prvku, na součástce je orientační otvor atd.), je i tato
orientace jednoduchá a automatizovatelná;
• obrobek je dostatečné tuhý a upínáním
přímo ve stroji se nedeformuje;
• obrobek je prostředky automatizace efektivně uskladnitelný, uchopitelný, přemístitelný z odkládacího místa (meziskladu,
zásobníku) do obráběcího stroje;
276 | MM Průmyslové spektrum | Speciál | 2014
Obr. 3.6.9: Nosná deska
pro rotační součásti [MAG]
• rychlost uchycení obrobku manipulátorem, orientace obrobku, jeho upnutí
atd. jsou pro potřeby obrábění dané produkce dostatečné;
• není nezbytná komplikovaná identifikace
obrobku (např. jde stále o tentýž obrobek).
Jestliže některý z uvedených požadavků nelze plnit (samozřejmě v praxi vyvstává řada dalších zde nejmenovaných technických
a technologických požadavků), umísuje se
obrobek na nosnou desku (technologickou
paletu), na které je upnut po dobu, než jsou
provedeny požadované výrobní operace.
Volný pohyb obrobku (polotovaru) s jeho automatickou výměnou může být aplikován u obráběcích center, velmi často
se objevuje u jednoúčelových obráběcích
strojů a výrobních linek. Na obrázcích jsou
příklady obrobků – železniční kola, kotou-
Obr. 3.6.10: Strojní paleta
s upínacím přípravkem [Trevisan]
če brzd automobilů, které splňují výše uvedené body. Můžeme poznamenat, že výroba železničních kol má řadu specifik. Na
obrázku 3.6.7 je rovněž vidět, že upínací
deska umožňuje upínat kolo pomocí dvou
typů čelistí, podle toho, která strana kola
se obrábí. Způsob manipulace s kotouči je
zachycen na obrázcích dále.
A už se obrobek pohybuje volně, nebo
na nosné desce, vždy je snaha dosáhnout
co nejkratšího času výměny již obrobeného obrobku za neobrobený. U automatických linek se při manipulaci s obrobky musí
stanovovat manipulace na jednom pracovišti v kontextu celé linky (závodu). O problematice výměny obrobků u automatických
linek je pojednáno v samostatné kapitole.
Výrobní linky, jednoúčelové obráběcí stroje dokážou v mnoha případech nahradit
„univerzální“ obráběcí centra uzpůsobená pro velkosériovou a hromadnou výrobu. U těchto obráběcích center se s výhodou uplatnila konstrukční řešení a principy,
které byly dříve spojeny se stroji pro tzv. tvrdou automatizaci. Malá centra na nerotační součásti, určená pro nasazení v produkční výrobě, rovněž využívají principu výměny
obrobků upnutých na technologické paletě (obr. 3.6.8 a 3.6.9). Princip manipulace
je zachycen na obrázku 3.6.11 až 3.6.13.
Nosné desky (technologické palety) obvykle řeší problematické upínání obrobků
a jsou spojeny s velkým počtem vyráběných kusů. Způsob manipulace s nosnými