Połączenie trzech niezależnych frezarek w jedno urządzenie oraz zastosowanie technologii Siemensa pozwoliło firmie DIKO Polska na stworzenie innowacyjnej maszyny oferującej wymaganą precyzję wykonania, niezawodność pracy i krótszy czas produkcji komponentów dla branży samochodowej.
DIKO Polska jest integratorem rozwiązań z obszaru automatyki oraz konstruktorem i producentem maszyn, zajmującym się realizacją projektów na zamówienie. Jednym z klientów dostawcy jest przedsiębiorstwo z branży automotive, dla którego firma stworzyła maszynę frezującą do obróbki komponentów aluminiowych. Zadaniem urządzenia jest cięcie i obróbka elementów wykonywanych z profili ekstrudowanych o długości od około 2 do 6 metrów. Skonstruowana przez DIKO Polska maszyna odpowiada za pocięcie metalowych profili na pojedyncze elementy oraz precyzyjne frezowanie otworów przeznaczonych na śruby mocujące detal do karoserii pojazdu.
Serwonapędy kluczem do zachowania precyzji
Tolerancja wykonywania otworów przez skonstruowane i dostarczone przez integratora urządzenie – precyzja procesu frezowania – dochodzi do setnych części milimetra. Jednocześnie, wytwarzanie przez maszynę elementów jest wysoce zautomatyzowane. Rolą pracownika pozostaje wyłącznie wybór z panelu operatorskiego receptury oraz późniejszy nadzór nad procesem, obejmujący uzupełnianie profili aluminiowych w podajniku. W cyklu automatycznym, na specjalnej karetce, podawane są do środka maszyny profile. W środku urządzenia znajduje się kolejna karetka, której zadaniem jest podanie elementu do gniazda obróbczego. Następnie, wykonana przez DIKO Polska maszyna frezująca sprawdza czy umieszczony przez operatora profil aluminiowy jest zgodny z zadaną recepturą. Jeżeli jest on niepoprawny, pracownik musi dokonać korekty i umieścić właściwy profil lub zmienić recepturę. W ramach kontroli procesów produkcyjnych przeprowadzane są automatyczne pomiary oraz korekty parametrów obróbki profilu. W kolejnym kroku realizowane jest grawerowanie napisu na detalu. Następnie maszyna wykonuje frezowanie i cięcie na elementy, które opuszczają wnętrze urządzenia i odbierane są przez pracowników. Gotowe komponenty podlegają kolejnym etapom produkcji, aż do zamontowania ich na karoserii samochodów.
Istotną rolę w procesie automatyzacji frezowania pełnią dostarczone przez Siemensa serwonapędy: pierwszy znajdujący się w wewnętrznej części maszyny oraz serwonapęd podajnika. Mechanizmy są ze sobą precyzyjnie zsynchronizowane, dzięki czemu możliwe jest zachowanie dokładności w procesie przemieszczania obrabianej części.
„Jeden z serwonapędów napędza śrubę kulowo-toczną, natomiast drugi – poprzez pasek zębaty – napędza podajnik detalu. Jego zadaniem jest przytrzymywanie profilu w taki sposób, by nie dopuścić do odkształceń i ugięć poddawanego obróbce profilu. Pozycjonowanie elementów powinno być jak najbardziej precyzyjne. Przycięty detal musi cechować się dokładnie takimi wymiarami, jakie widnieją w specyfikacji, bo w dalszym procesie produkcji nie ma możliwości korekty wymiarów obrabianych elementów” – mówi Michał Dzik, konstruktor w DIKO Polska.
Nie tylko precyzja, lecz także szybkość frezowania
Zadaniem maszyny jest produkcja każdego gotowego detalu w czasie nie przekraczającym 30 sekund. Dzięki pełnej synchronizacji możliwa jest precyzyjna obróbka każdego z nich, z zachowaniem wymaganych przez klienta parametrów wykonania, takich jak grubość oraz wymiary wyrobu, który musi zostać dokładnie wycięty z profilu.
„Dostosowanie czasu wykonania gotowego detalu, precyzji oraz przede wszystkim zachowanie niskiej awaryjności mechanizmu frezującego wymagało znalezienia kompromisu między wszystkimi wartościami parametrów produkcji. Obecne warunki pracy maszyny frezującej dostosowane są do potrzeb klienta i spełniają wszystkie wymagane kryteria. Konstruując maszynę frezującą w pierwszej kolejności staraliśmy się wykonać ją w taki sposób, by zapobiegać kosztowym przestojom w produkcji, dlatego też urządzenie wyposażone zostało w mechanizm monitoringu pomiaru narzędzia i automatycznego wykrywania uszkodzeń” – mówi Michał Dzik.
„Dokładnie kontrolujemy ilość cykli maszyny. Dzięki czujnikom urządzenie zdolne jest do samodzielnej kalibracji, która wykonywana jest po realizacji określonej liczby cykli. Na bieżąco monitorowany jest także czas działania urządzenia, poszczególnych narzędzi, a także godziny pracy operatorów. Wszystkie te elementy składają się na mechanizm utrzymania predykcyjnego” – dodaje Kamil Raganowski, inżynier automatyki przemysłowej w DIKO Polska.
Trzy frezarki w jednej maszynie
Rozmowy dotyczące zaprojektowania i budowy maszyny frezującej rozpoczęto w styczniu 2022. Wkrótce potem podpisano kontrakt i przystąpiono do jego realizacji.
„Całość projektu trwała około 10 miesięcy, z czego prace koncepcyjno-konstrukcyjne zajęły 3-4 miesiące. Urządzenie było przez nas tworzone od podstaw i nie mogliśmy opierać się na gotowych rozwiązaniach. Po stworzeniu projektu przystąpiliśmy do fazy jego budowy. Następnie realizowany był etap uruchomienia, podczas którego stworzony wcześniej program został sprawdzony podczas produkcji” – wspomina Kamil Raganowski.
Wykonana przez DIKO Polska maszyna frezująca składa się z dwóch podstawowych elementów: podajnika na profile oraz pomieszczenia frezującego, w którym znajdują się trzy niezależne, trzyosiowe frezarki.
„Urządzenie zostało zaprojektowane przez nas z zastosowaniem najlepszych komponentów, takich jak elektrowrzeciona chłodzone cieczą z łożyskami ceramicznymi oraz serwonapędy Siemensa. W środku znajdują się aż „trzy frezarki w jednej”. Właśnie ta uniwersalność i elastyczność rozwiązania stanowią najważniejszą zaletę zbudowanej przez nas maszyny. Typowa frezarka, produkowana seryjnie, wyposażona jest zazwyczaj w jedno wrzeciono. Konieczność skomasowania działania aż trzech urządzeń na niewielkiej przestrzeni wynikała ze specyfiki procesu obróbki i gabarytów obrabianego detalu. Zakres wykorzystania maszyny i jej funkcjonalność zależy jednak przede wszystkim od oprogramowania, czyli tego co znajduje w tzw. G-Codzie” – opisuje Michał Dzik.
Wykorzystane w urządzeniu układy napędowe serwo serii SINAMICS S210 dla osi posuwowych, serwonapędy wrzecion Sinamics S120, jak i osprzęt szafy sterowniczej zawierającej m.in. styczniki i zabezpieczenia to komponenty produkowane przez Siemens.
„Zastosowane silniki wrzecion osiągają prędkość do 36 tys. obrotów na minutę. Za sterowanie odpowiada PLC SIMATIC S7-1500T Motion Control zintegrowany z drivem do napędów. Zbudowana przez nas frezarka posiada unikalne cechy, dlatego zastosowaliśmy nieco inne komponenty niż zazwyczaj używane. Zwykle, w tego typu rozwiązaniach, wykorzystywane są urządzenia Sinumerik dedykowane do sterowania frezarkami. Nasz wybór, by sterowanie zrealizować w oparciu o sterownik SIMATIC S7-1500T, podyktowany był specyficznymi wymaganiami klienta. Podobnie jak w przypadku środowiska Sinumerik, nasze frezarki mogą być programowane za pomocą software’u pisanego w G-Code. Sterownik S7-1500T daje taką możliwość dzięki dołączeniu do jego oprogramowania biblioteki LKinLang. Umożliwia ona translację G-Code na ruchy wykonywane na poszczególnych osiach frezarki. Wyposażony w ten dodatkowy software SIMATIC S7 zapewnia sterowanie wyjątkowo złożonym mechanizmem frezowania w opracowanym przez nas urządzeniu, obejmującym czujniki, opomiarowanie, siłowniki oraz inne komponenty” – wyjaśnia Kamil Raganowski.
„Wspieraliśmy DIKO w doborze napędów wykorzystywanych w projekcie, a także wszędzie tam, gdzie konstruktorzy maszyny i twórcy oprogramowania napotykali na nieprzewidziane trudności. Wykonanie tak złożonej funkcjonalnie i cechującej się wysoką precyzją frezarki było zadaniem bardzo wymagającym. Za jego realizację projektantom, programistom i inżynierom DIKO Polska należą się najwyższe wyrazy uznania” – uzupełnia Sławomir Citkowski z Siemensa.
Niezawodność, elastyczność produkcji, obniżenie pracochłonności i skrócenie czasu przezbrajania
Obecnie maszyna wytwarza osiem typów wyrobu końcowego. Przestawienie produkcji między tymi wariantami odbywa się praktycznie natychmiast. Jedyną wymaganą czynnością jest zmiana rodzaju wytwarzanych detali przez operatora i wybór innej receptury. Jeżeli zainstalowane na maszynie narzędzia nie pozwalają na wykonanie danego wariantu (np. potrzebna jest inna średnica lub długość frezów), wówczas konieczna jest wymiana narzędzi, co zajmuje kilka minut.
Wdrożenie maszyny frezującej DIKO umożliwiło koncentrację i automatyzację w obrębie jednej maszyny wszystkich kroków obróbki detalu. Połączenie procesów produkcji związanych z frezowaniem i cięciem elementów pozwoliło skrócić czas wytwarzania. W efekcie, znacząco zredukowano trwanie cyklu produkcji, co ma istotne znaczenie przy wytwarzaniu dużej liczby elementów i oznacza zwiększenie wolumenu dostarczanych wyrobów gotowych, wyższe przychody i zyski klienta DIKO.
„W porównaniu do wcześniej stosowanego rozwiązania, w którym pojedyncza maszyna najpierw frezowała, a następnie kolejna cięła elementy dostarczając wyrobów gotowych udało się uzyskać znaczne skrócenie cyklu wytwarzania” – ocenia Michał Dzik.
Zastosowanie dokładnego opomiarowania i precyzyjnych czujników pozwala także zwiększyć dokładność wykonania produktów końcowych. Podczas wytwarzania każdy z elementów jest mierzony, a ewentualne odchyłki korygowane są na bieżąco. Zmniejszyły się także nakłady pracy. We wcześniejszym rozwiązaniu w proces zaangażowanych było dwóch operatorów. Obecnie wystarczy połowa czasu pracy jednego z nich.
„Maszyna spełniła oczekiwania klienta i doskonale sprawdza się w procesie produkcji, dlatego będziemy szukać kolejnych zainteresowanych wyprodukowaniem dla nich maszyn o podobnej funkcjonalności, konstruowanych w oparciu o rozwiązania Siemens” – podsumowuje Michał Dzik.
Siemens
