ОСОБЕННОСТИ РОБОТИЗАЦИИ МЕБЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Гайда С.В. (УкрГЛТУ, г. Львов, Украина)
The features robotic of wood-working firms with usage of processing centers of different designs of leading firms of a world are illuminated. Their brief classification and outlooks.
В данное время незначительное количество промышленных роботов (ПР) используется для автоматизации деревообрабатывающего производства (ДОП), но некоторая информация о количественных и качественных сторонах роботизации в этой области промышленности уже есть. Стремительное развитие высоких технологий, что к последнему времени почти не затрагивало технологов Украины, уже в начале третьего тысячелетия прорвалось в эту область. Властители современных технологий на основе ОЦ с числовым программным управлением (ЧПУ) неминуемо лидируют в своих сегментах рынка. Присущее ОЦ самое высокое качество обработки, вместе с максимальной гибкостью и оперативностью принципиально недосягаемы с технологиями прошлого столетия. Ювелирная точность изготовления деталей, устранение влияния человеческого фактора на качество продукции гарантируют ликвидность изделий с древесины и высокую рентабельность производства.
ОЦ служит основой гибких производственных модулей (ГПМ), то есть пригодны для работы в гибкой производственной системе (ГПС). Наличие системы ЧПУ в ОЦ дает возможность программировать содержание рабочего цикла (последовательность действий исполнительских устройств ОЦ) и величины перемещений рабочих органов (режим обработки ¾ геометрическая и скоростная характеристики). Технология использования ПР и, на их основе, ОЦ в деревообработке находится сейчас на таком этапе развития, когда роботизация ДОП рассматривается как один с способов перестройки производства в целом, направленных на повышение его эффективности. Целесообразность роботизации ДОП сегодня оценивается тремя характеристиками:
1) затратами на технологическое оснащение, поскольку стоимость ОЦ в зависимости от уровня выполнения составляет от $20 к $200 тыс. и больше;
2) степенью окупаемости капиталовложений, так как окупаемость этого оснащения в сравнении с иными производственными затратами может быть на порядок выше при эффективном его использовании, правильном маркетинге на предприятии, сокращении незавершенного производства. Этот факт помогает определить роль ПР в автоматизации ДОП, что ни в коем случае нельзя сводить лишь к замене рабочего-станочника;
3) достигнутым уровнем качества продукции, поскольку данное свойство ДОП связано с возможностью повысить качество продукции, ибо она дает возможность не только улучшить потребительские качества последней, а и снизить ее себестоимость благодаря ликвидации брака и снижению затрат на производство.
Основной проблемой использования ПР (манипуляторов, автооператоров) в ДОП есть необходимая точность позиционирования как габаритных заготовок, так и инструмента. В современных ПР она недостаточна для определения правильного положения детали и инструмента. Поэтому роботизация большинства операций деревообработки основывается на широком использовании различных зажимных устройств, что сводит на нет преимущества ПР (технологическую гибкость и снижение затрат). Проводятся исследования и разработки, направленные на повышение точности позиционирования благодаря использованию подсистем ощущения.
Особые успехи в этом направлении уже есть, когда идет речь об ОЦ, где закрепления щитовых деталей, или сложных деталей, которые имеют хотя бы одну плоскость, происходит в унифицированных зонах обработки ¾ рабочих столах, которая имеют вакуумные установки мощностью 180…500 м3/час. Необходимо отметить, что столы бывают нескольких видов и за разнотипностью делятся на:
· консольные с автоматизированными вакуумными траверсами, которые имеют управляющие вакуумные присоски, и последние быстро позиционируются за индексными точками с помощью лазера в двойном исполнении;
· сплошные плоскостные с маятниковым режимом работы, которые изготовлены на основе полимерных материалов и бакелитовых смол с упорами и отверстиями, которые активизируются вакуумной системой;
· тандемные (два независимые с маятниковым режимом работы каждый) при двойном или тройном оснащении фрезерными агрегатами и агрегатами дополнительной обработки в совокупности с мощной системой обработки кромок, в том числе и фасонных (BIMA-980, BAZ-220);
· монтажные с ЧПУ с вакуумным закреплением деталей, которые могут возвращаться для полноценной обработки (например, при обработке гнутоклееных блоков) и устройством портального загрузки (BIMA-810).
По точности позиционирования инструмента (установка исполнительского устройства в начальную рабочую позицию) и последующей качественной обработки заготовок ОЦ различают на следующие классы точности, мм: а) прецизионный (очень точный) ¾ от 0,02 до 0,1; б) высокоточный ¾ 0,1…0,5; в) точный ¾ 0,6…1,0; г) средний ¾ 1,1…2,0; д) грубый ¾ больше 2,0. Для технологии изделий с древесины достаточно ¾ 0,1…0,2 мм. Прецизиозность в любой ситуации и при любой скорости означает: быстрый старт, прецизионная остановка, точность при обработке критических участков, идеальная линейность и точность при обработке контуров и фасонно-объемных деталей. Все это достигается благодаря шаговым двигателем постоянного тока и специальным конструкциям направляющих механизмов.
В некоторых случаях применения ПР у ДОП приводит к дополнительным проблемам. Да, быстродействие ПР может быть недостаточно высоким в сравнении с иными автоматическими и ручными способами. Это в основном наблюдается на операциях загрузки-разгрузки, где скорость перемещения заготовок составляет 1…3 м/с. Скорость перемещение исполнительских устройств (инструментов) бывает значительно выше ¾ от 5 до 10 м/с, а при вращающемся движении ¾ 180 о/с, с частотой обращения шпинделя от 500 до 36000 об/мин, что обеспечивает качественную и прецизионную обработку.
А при роботизации таких операций, как объемно-профильное фрезерование на ОЦ с количеством степеней движения 5…6, основной проблемой является программирование, поскольку ПР может выполнять большое количество сложных движений. В последнее время управляющей программой, что управляет движением рабочих органов, является комбинированная система ЧПУ, что объединяет в себе элементы позиционной и контурной систем, и применяется универсальными и комбинированными ОЦ, которые выполняют сложную, объемную, бесступенчатую, фасонно-фрезерную обработки. Например, в ДЦ с ЧПУ BOF-41 (HOMAG) комбинированная система ЧПУ также составляется из двух программ ¾ WoodWOP и Homatic; в ДЦ с ЧПУ BIMA-810 (IMA) программы IMAWOP и IMATRONIC.
Лучше понять значение ОЦ и ПР в усовершенствовании ДОП можно, если рассмотреть концепцию ГПС, что лежит в основе производства различных деталей. В наше время наибольшее развитие эта концепция получила при обработке листовых материалов и тел обращения. Такое положение обусловлено продолжительностью технологического цикла, присущим процессам обработка щитовых деталей, что обеспечивает повышение производительности в 2-3 раза и возможность работы системы без оператора на протяжении всего изменения. Основные проблемы развития ГПС относительно брусковых деталей связанны с расширением их номенклатуры, точностью базирования, созданием базирующих устройств и накопителей, увеличением количества используемого инструмента. Развитие ГПС относительно деталей типа тел обращения сдерживается необходимостью решения проблем расширения их номенклатуры за размерами и формой, загрузка и разгрузка станков, создание универсального автоматизированного сменного оснащения для базирования и закрепления деталей.
Оценив ситуацию, которая сложилась на рынках Украины, относительно реализации ОЦ деревообрабатывающим предприятиям, имеем, что по уровню исполнения (сложности обработки) они делятся на три группы.
· Центры, которые выполняют определенный вид операций ¾ сверлильно-присадочные центры (WEEKE ¾ BST-300, Vitap ¾ Elite-132 и пр.), угловые центры (Weinig ¾ Unicontrol-6, Unicontrol-10, scm ¾ Format, Windor, Kontur; srm ¾ sac-F. 4TL и пр.), раскройные центры (Giben ¾ PRISMATIC-301; HOMAG ¾ Optimat CH-03; HOLZMA ¾ Optimat HPP-82 и пр.), токарные центры (intorex ¾ CX-1500/2500, TZ-600/1300, RM-115/220; Caple ¾ TH4-1200, TCA-1300 и пр.) и прочие. Исполняя минимальное количество задач, составляют наиболее доступную для покупателей и наименее насыщенную устройствами группу станков. Стоимость $20…50 тыс.
· Центры класса Point-to-point ¾ выполняют лишь псевдообъемное фрезерование слабым (от 5,5 кВт) фрезерным узлом путем ступенчатого изменения глубины обработки. ОЦ Point-to-point, кроме базовой комплектации, зачастую доукомплектовываются ненужными, но дорогими многошпиндельными (до 30…36 шпинделей) свердлильно-присадочными группами и иными узлами (IMA ¾ BIMA-210/310/410; WEEKE ¾ Optimat BP-60/80/85/100/120/120; HOMAG ¾ BOF-31/41, BAZ-31/32; scm ¾ Record-220/220TV, Concept-2000; MORBIDELLI ¾ Author-427; esseteam ¾ EXAKTA-N, SPRINT-3015/4015 и пр.). Чудес не бывает, и на практике вся работа этого станка, в конце концов, сводится к сверлению отверстий и примитивного фрезерования только конечными фрезами. Стоимость их $50…70 тыс.
· Центры класса Router ¾ фасонно-фрезерные ДЦ, что реально выполняют объемное бесступенчатое фрезерование криволинейных поверхностей. (PADE ¾ UNI-5, T-90; BACCI ¾ Router-2001; scm ¾ Routronic, Ergon; WEEKE ¾ Optimat BP-140/145/150/155, BNC-350/550/650; IMA ¾ BIMA-610/810/980 и пр.). Более высокая цена такого ДЦ (от $90 тыс.) ¾ это плата за возможность изготовления изделий, которые принципиально не могут быть полученные на оборудовании иного класса.
ОЦ с ЧПУ также характеризуются: широкой универсальностью, что достигается применением инструментальных магазинов (до 120 инструментов), унифицированных агрегатных узлов (до 30 шпинделей); высокой мобильностью, что обеспечивается быстрой заменой управляющей программы, то есть временем на переналаживание для изготовления изделия иного типоразмера.
Рынок оборудования предлагает центры производства десятка фирм примерно равного высокого уровня качества. При этом их возможности могут сильно отличаться, что отражается в 3-4 кратном различии цен на них.
Центр может быть использован для выпуска широкого ассортимента изделий из натурального массива и иных материалов (начиная с МДФ, плит OSV, ДСП и кончая цветными металлами): мебельной фурнитуры, фасадов, сложных сборочных единиц, столешниц сложной формы, евроокон, дверей и сложных лестничных конструкций и тому подобное.
Уяснив ситуацию, которая сложилась с использованием технологически гибких способов автоматизации производства, можно оценить условия успешного общего использования этих устройств: ОЦ и ПР. Во-первых, успешное применение автоматики предусматривает многосерийное производство или высокую степень унификации обрабатываемых деталей. ПР хорошо вписываются в такую технологическую обстановку, что повышает степень ГПС, оснащенной специализированными автоматическими устройствами, благодаря возможности выполнения различных повторяемых операций без дополнительных затрат. Во-вторых, при использовании ПР в малосерийном или индивидуальном производстве организацию производственного процесса нужно изменить для того, чтобы оно получило некоторые характерные черты многосерийного производства. Все используемые детали должны размещаться в точно определенных местах и заранее определенной их ориентации. В-третьих, при вхождении ОЦ с ЧПУ в состав ГПМ они оснащиваются вспомогательными устройствами ¾ устройствами обслуживания (накопление, загрузка-разгрузка, удаление отходов) и устройствами программного контроля (контроль обрабатывающих деталей, диагностирование состояния оснащения и инструмента, измерение, регулирование, регистрирование и аварийной защиты) и управления (системами логического управления ОЦ и ГПМ, вообще, в автоматическом режиме), что оказывает содействие созданию роботизованной технологии ¾ стратегической и перспективной задачи деревообрабатывающей промышленности, а также, в общем, предопределяет достоинства роботизованного производства над традиционным.