Díky možnostem současných řídicích systémů strojů, speciálně vyvíjeným řešením pro konkrétní zákazníky a v neposlední řadě i vysoké technické úrovni uživatelů je paleta robotizovaných pracovišť nabízených předními výrobci či dodavateli obráběcích strojů z pohledu množství nabízených řešení i objemu realizovaných zakázek skutečně obsáhlá. Výroba obráběcích strojů proto představuje jeden z hlavních oborů, kde jsou průmyslové roboty nasazovány, a kde se odehrává jejich další rozvoj.
Koncepce automatizace pomocí průmyslových robotů Výrobci obráběcích strojů primárně průmyslové roboty nevyrábějí, jsou však jejich tvůrčími uživateli. Pro řešení robotizovaného pracoviště využívají buď subdodávku z nabídky specializovaného výrobce (zahrnující např. robot včetně chapadla, manipulační hlavici pro smykadlo portálového obslužného robotu, samotné atypické chapadlo či bezpečnostní prvky), nebo volí komplexní dodávku robotického pracoviště včetně úložného místa. Rozsah řešeného pracoviště je dán mimo jiné tím, zda jde pouze o automatizaci manipulace s obrobkem v rámci pracovního prostoru jednoho stroje, tedy o jeho zakládání a následně také odebírání a přesun na odkládací místo (obr. 1), nebo zda je předmětem realizace i automatizované propojení s dalšími souvisejícími pracovišti. Například může jít o kontrolu a měření, oplach a čištění obrobku, případně dokonce propojení více strojních a obslužných pracovišť prostřednictvím pojezdných robotů a s využitím liniových velkokapacitních zásobníků (obr. 2). Mimo základní parametry, ke kterým patří velikost, tvar i hmotnost manipulovaných dílců a objem dávky, musí řešení respektovat požadavky na délku bezobslužného provozu pracoviště a univerzálnost, tedy rozsah, v němž se výše uvedené parametry mohou pohybovat. Zohlednit je třeba také snadnost a časovou náročnost změny nastavení pro jiný typ výrobku a důsledky volby manipulace s jednotlivými díly anebo s celými paletami. V úvahu je přitom nutné vzít omezení daná velikostí zastavěné plochy. Nejmenší požadavky na zastavěnou plochu mají obvykle roboty integrované do pracovního prostoru stroje nebo roboty portálové. Oproti tomu samostatná robotická pracoviště jsou více univerzální, dovolují změnu dílců tyčového charakteru na dílce prizmatické, ovšem kladou větší nároky na prostor. Zastavěná plocha paletových robotických systémů se odvíjí od počtu palet a pater pro jejich ukládání a od typu zásobníku palet (věžového, liniového či uspořádaného do kruhu). Tato volba zásadním způsobem ovlivňuje časy potřebné pro manipulaci s obrobky, z pohledu využití obráběcího stroje, tedy prostoje. Z tohoto pohledu tedy mohou být výhodná mobilní robotická pracoviště nebo systémy využívající nezávislé, automaticky řízené vozíky.
Příklady nabídky výrobců průmyslových robotů Robotika a automatizace je jednou ze čtyř hlavních obchodních oblastí nadnárodní organizace ABB Group, předního dodavatele výrobků, služeb a řešení pro digitální průmysl. Firma už celosvětově instalovala více než 300 000 průmyslových robotů. Její nabídku tvoří 35 typů víceúčelových průmyslových robotů (pokrývajících nosnost od 3 do 500 kg a dosah až 4,2 m) a 4 typy kolaborativních robotů neboli kobotů (s nosností 0,5—5 kg a dosahem až 0,95 m). Aktuálně pak společnost nabídku kobotů rozšiřuje o další čtyři typy strojů s intuitivním ovládáním a vyšší nosností s cílem zpřístupnit tento segment širšímu okruhu uživatelů. V současnosti nejširší sortiment průmyslových robotů na světě nabízí japonská společnost Fanuc. Jde o firmu s celosvětovou působností, zabývající se především vývojem, výrobou a dodávkami řídicích systémů, robotiky, ultrapřesných obráběcích strojů a systémů pro digitalizaci průmyslu. Její nabídka zahrnuje více než 100 různých robotů (kloubové, paletizační, lakovací nebo svařovací) s typicky žlutou barvou a s nosností od 4 do 2 300 kg (obr. 3) a zelených kobotů pokrývajících nosnosti od 4 do 35 kg. Zákazník má na výběr řadu inteligentních funkcí zahrnujících detekci dílce rozličné úrovně, monitoring a inteligentní diagnostiku. Firma se má k dispozici výrobní kapacitou cca 7 000 jednotek měsíčně a pochlubit se může více než 600 000 robotickými instalacemi ve světě. KUKA, německý výrobce robotických systémů, systémů bezobslužného transportu a dodavatel řešení pro průmyslovou automatizaci, dodává samotné průmyslové roboty, robotizované buňky a výrobní linky podle požadavku zákazníků. Nabídka průmyslových robotů pokrývá rozsah nosnosti od 3 do 1 300 kg. Vybrané typy se vyznačují vysokou přesností polohování (pod 0,1 mm) a relativně vysokým dosahem. Pro obsluhu obráběcích strojů se osvědčila řada KR Quantec s vysokým stupněm digitalizace pohybů a možností optimalizace softwaru.
Příklady nabídky příslušenství Jako příslušenství k robotizovaným pracovištím nabízí výrobce upínací techniky, firma Schunk, řadu specializovaných chapačů (obr. 4) včetně kolaborativních, stavebnici koncových efektorů ramene robotu a odhrotovací jednotky, které spolu s robotem pracují v čase paralelním k hlavnímu času operace, čímž zvyšují efektivitu pracoviště. Holandská společnost Halter CNC Automation, specializovaná na dodávky nakládacích robotizovaných buněk, nabízí buňky systému Halter LoadAssistant (obr. 5). Skládají se ze zásobníku a nakládacího robotu Fanuc. Dodávají se v provedení pro automatizaci soustruhů, frézovacích strojů a v provedení univerzálním. Volbě provedení odpovídá typ manipulační hlavice robotu a způsob ukládání dílce do rastru v zásobníku. Manipulační roboty se dodávají se ve čtyřech velikostech s limitní hmotností dílce 12, 20, 35 a 70 kg. Buňky charakterizuje krátký čas přenastavení v délce jen několika minut. Řídicí systém Halter Smartcontrol s intuitivním programováním ve 12 krocích a dotykovou obrazovkou, který je podřízen řídicímu systému obsluhovaného stroje, zahrnuje též funkce obracení dílce, programování ofuku, čištění dílce mimo pracovní prostor stroje, volbu excentrického upínání nebo obsluhu měřicí stanice. Pro obráběcí centra Brother Speedio byl vyvinut flexibilní ukládací a zakládací modul Feedio. Osazen robotem ABB IRB 1600 nebo ABB IRB1600 pro dílce max. hmotnosti 10, resp. 20 kg je schopen obsluhovat dva stroje a integrovat řadu příslušenství zahrnující např. otáčecí stanici a odhrotovací, značicí nebo mycí jednotky.
Vybraná řešení předních výrobců a dodavatelů obráběcích strojů Příkladem komplexního přístupu zajištění robotizace obráběcího stroje je nabídka DMG Mori. Pro manipulaci s obrobkem nabízí soubor portálových zakladačů pro obrobky o hmotnosti až 100 kg nebo flexibilní robotické modulární systémy Robo2Go pro soustružnické stroje, které díky 3D kameře umožňují spolehlivé ukládání dílců bez nutnosti použít specifické ukládací rastry. V nabídce má také systémy IMTR pro soustruhy NTX 1000, Matris pro soustružnické stroje či několik variant systémové řady WH (obr. 6) pro stroje soustružnické i frézovací. Systémy řady WH charakterizuje velká kapacita a urychlené uvedení do provozu pomocí digitálního dvojčete. V závislosti na variantě jsou vybaveny robotem v uzavřené buňce (WH Cell) nebo horním či předním zakládacím robotem. Zcela novým systémem manipulace s obrobky je PH Wheel, postavený na principu osvědčených kolových zásobníků nástrojů. Má maximální kapacitu 125 obrobků, max. hmotnost obrobku činí 50 kg a výhodou je zastavěná plocha pouhých 9 m2 a extrémně krátký čas výměny — pouhých několik sekund. Pro automatizaci manipulace s paletami slouží systémy PH Cell, PH 10 a PH 150 (obr. 7), které charakterizuje centrálně umístěný robotický zakladač, kolem něhož jsou umístěny v několika patrech palety. Velkokapacitní systémy LPP jsou opatřeny pojezdovým robotem a liniovým zásobníkem s kapacitou až 99 palet. Veškeré automatizační systémy jsou řízeny spolu se strojem programy softwaru DMG Mori Celos. Pro robotizaci strojů nabízí americká firma Haas Automation tzv. robotické balíčky, zahrnující průmyslový robot, řídicí software a vše, co je zapotřebí pro robotizaci vybraných CNC strojů Haas systémem plug and play. Mimo to má v nabídce robotická portálová zakládací pracoviště dílců pro soustružnické i frézovací stroje Haas a robotický kruhový zásobník palet včetně zakládacího místa, určený pro CNC stroje Haas UMC 500. Japonský výrobce obráběcích strojů Mazak má ve své nabídce automatizačních systémů širokou paletu řešení, od jednodušších pro menší zákazníky až po rozsáhlé, s vysokým stupněm automatizace, na bázi systému Palletech. Pro širokou zákaznickou obec se nabízí řešení typu plug and play, relativně jednoduchá a snadno implementovatelná. Jedná se o robotizované buňky, v provedení pro rotační nebo prizmatické dílce, se základnou s ukládacím místem dílců a robotem Fanuc nebo Yaskawa s nosností do 15 kg (obr. 8). Navzájem se liší především typem uchopovací hlavice robotu a provedením ukládacího místa, odkud jsou odebírány polotovary a ukládány hotové dílce. Tam, kde je zapotřebí vysoká kapacita úložného místa, lze místo ukládání na základně volit zásobník věžového typu Robo- Job Tower. Robot může rovněž předávat hotový dílec na související pracoviště — oplach nebo kontrolu — či měnit upínací čelisti na obráběcím stroji. Pro výrobu těžkých obrobků ve velkém objemu jsou určeny paletové systémy Palletech nebo Smart Manufacturing system, které charakterizuje velkokapacitní zásobník palet včetně místa pro montáž dílců na paletu. Japonský výrobce obráběcích strojů Okuma, který má na svém kontě řadu zásadních inovací, logicky věnuje svou pozornost i otázkám automatizace. K pozoruhodným novinkám patří Armroid, nová generace manipulačních robotů pro soustružnické stroje (obr. 9). Je-li robot v klidové poloze, zcela zapadá do pracovním prostoru stroje a veškeré nároky na půdorysnou plochu vyžadovanou systémem robotizace jsou dány zásobníkem dílců. Podle typu obrobku lze zvolit jednoduchý vodorovný, zásuvkový, se zvedajícím se stolem nebo se šikmou úložnou plochou. Díky možnosti automatické výměny koncového efektoru robotu dle potřeby obráběného dílce lze také prostřednictvím podpěrné lunety snižovat vibrace během obrábění či provádět ofuk obrobeného dílce. Další výhodou je i to, že není omezen přístup ke stroji pro účely seřizování. Systém Armroid je řízen řídicím systémem stroje. K nové generaci robotů patří též systém Standroid. V tomto případě je robot umístěn do ocelového rámu zásobníku, tvoří s ním jeden kompaktní robotický modul, umístěný ze strany stroje; v případě potřeby jej lze vcelku přemístit. Lze jej dále rozšířit o přídavné jednotky pro kontrolu, odhrotování, ofuk či otáčení dílce. I zde platí výhoda snadné instalace a rychlého uvedení do provozu. Okuma nabízí také portálové manipulátory, individuální robotizované buňky, automatické robotické systémy výměny palet a příslušenství robotizovaných pracovišť jako systémy dodávky chladicí kapaliny nebo odstraňování třísek. Samostatnou kapitolu tvoří velkokapacitní flexibilní automatické výrobní systémy. Dovozcem CNC strojů Okuma a Brother do ČR je společnost Misan poskytující k dovezeným strojům také technologickou podporu. Zkušený tým techniků navrhuje a realizuje dodávky strojů s technologií zahrnující i nástrojové vybavení a běžné i vysoce sofistikované upínací přípravky, představující de facto další řízenou osu stroje a pro ověření funkčnosti a efektivity navrženého opatření obrobení zkušebních dávek. Pomocí komponent Okuma, Brother nebo jejich subdodavatelů Misan navrhuje a realizuje robotické buňky přizpůsobené potřebám konkrétního zákazníka. Profika, dovozce obráběcích strojů Hyundai Wia a Hanwha, vybavuje dovezené stroje vyšší úrovní automatizace podle požadavku zákazníka. Zkušenosti s navrhováním a realizací zakládacích robotizovaných míst vedly ke zrodu nápadu navrhnout, vyrábět a prodávat univerzální mobilní robotické pracoviště RoboStack, obsahující průmyslový robot Fanuc a automatický, víceúčelový zásobník dílců (obr. 10). Kompaktní zařízení zahrnuje univerzální čtyřpolohový multifunkční zásobník polotovarů s ukládáním do rastrů, dvojitou uchopovací hlavici s integrovaným ofukem, montovanou na rameno průmyslového robotu namontovaného na rám zařízení. Robotické pracoviště je možné snadno přesouvat ke všem strojům na dílně a díky polohovacím prvkům na spodní části ocelového rámu a v podlaze ustavit u každého stroje. Kovosvit MAS reagoval na stoupající poptávku po automatizaci sériových strojů vytvořením divize MAS Automation, jejímž posláním je navrhovat a realizovat automatizovaná pracoviště, vytvořená s využitím nových i starších obráběcích strojů z produkce Kovosvit MAS. Jako příklad lze uvést standardizovaná robotická nakládací stanoviště pro frézovací nebo soustružnická obráběcí centra. /Ing. Petr Borovan/
