Dynamiczny rozwój robotyki, który możemy zaobserwować w ostatnich latach, zaowocował pojawieniem się wielu nowych rozwiązań w znacznym stopniu podnoszących możliwości sektora wytwórczego. Robotyka i produkcja to dziedziny, które coraz częściej idą ze sobą w parze, a współczesne roboty przemysłowe wykorzystywane przez przedsiębiorstwa już nie tylko stanowią wsparcie produkcji, ale zaczynają odgrywać główną rolę w zasadniczych procesach wytwórczych.

Obiecująca krzyżówka

Świetnym przykładem tego zjawiska jest wykorzystanie robotów przemysłowych (wyposażonych w odpowiednie oprzyrządowanie) do procesów obróbczych. Połączenie funkcji robota przemysłowego z frezarką CNC, czyli tzw. roboty frezujące, stosuje się najczęściej w obszarach, gdzie użycie konwencjonalnych obrabiarek CNC jest utrudnione lub wręcz niemożliwe ze względu na skomplikowane kształty lub duże gabaryty obrabianych przedmiotów. Dużo większa swoboda ruchu ramion robotów pozwala na to, by narzędzie zajęło dowolny punkt w przestrzeni (wcześniej zaprogramowany) i z tej pozycji wykonywało podcięcia. Elastyczność kinetyczna i ogromne możliwość konfiguracji zajmowanych pozycji obróbczych sprawiają dodatkowo, że głowica frezująca może łatwo dotrzeć do miejsc trudno dostępnych – bez konieczności zmiany zamocowania przedmiotu obrabianego. Stanowi to duże usprawnienie procesu obróbczego: pozwala go skrócić i zapewnić zabiegom frezowania większą efektywność, co przekłada się na oszczędności finansowe.

W zasięgu ramion

Zasięg ramion robotów frezujących dochodzi niekiedy do kilku metrów, dlatego urządzenia te świetnie radzą sobie z obróbką nie tylko elementów dużych gabarytowo, ale i detali położonych na znacznych wysokościach. Trzeba jednak podkreślić, że roboty frezujące znajdują szerokie zastosowanie przede wszystkim w przypadku elementów wykonanych z materiałów miękkich i łatwoskrawalnych, które nie wymagają zbyt dużej precyzji obróbczej. Mowa tu o takich surowcach jak drewno, pianka, styropian, tworzywa sztuczne czy wosk. Dobrym przykładem możliwości wykorzystania tego rodzaju maszyn jest obróbka wielkogabarytowych rur z tworzyw sztucznych. Umiejscowienie modułu frezującego na ramieniu robota sterowanego przez specjalne, łatwo konfigurowalne oprogramowanie pozwala obsługiwać narzędzie w elastyczny i komfortowy sposób.

Z kolei obróbka za pomocą robota frezującego mebli o złożonych kształtach, produkowanych na specjalne zamówienie, to doskonały dowód na to, że tego rodzaju urządzenia mogą być z powodzeniem wykorzystywane nie tylko przy długotrwałej seryjnej produkcji, ale też przy szybkim wytwarzaniu np. prototypów.

Ilustracją wszechstronnych możliwości robotów frezujących, sprawdzających się w różnorodnych warunkach produkcyjnych, jest model robota frezującego z rodziny KR QUANTEC ultra firmy KUKA. Wykorzystywany jest jako indywidualnie skonfigurowana frezarka, zapewniająca doskonałą precyzję wykonywania trójwymiarowych prac, np. ze sztucznego tworzywa piankowego. Dzięki udźwigowi wynoszącemu do 300 kg, maksymalnemu zasięgowi do ponad 3 m i dużej sztywności zapewniającej dokładność torową robot ten sprawdza się we frezowaniu potężnych gabarytowo przedmiotów, których wysokość dochodzi do 10 m. Mimo swoich kompaktowych rozmiarów maszyna ta oferuje wysoką gęstość mocy w każdym położeniu, dzięki czemu pracuje niezawodnie nawet pod największym obciążeniem.

Frezuje, montuje, drukuje

Roboty frezujące realizują zadania obróbcze tak dobrze jak klasyczne obrabiarki, jednak w o wiele bardziej wszechstronny i elastyczny sposób. Oprócz pracy „na wysokościach” maszyny te doskonale radzą sobie także z innymi wymogami procesów produkcyjnych, m.in. z pracą w środowisku o dużym stopniu zanieczyszczenia, znacznej wilgotności i wysokich temperaturach. Duży zasięg ramion robotów, a równocześnie ich smukła budowa pozwalają na obróbkę wielkogabarytowych elementów nawet w wąskich modułach. Za ich pomocą mogą być frezowane zarówno proste detale, jak i duże podzespoły o długości ponad 25 m. Wyposażenie maszyn w czujniki pomiaru sił kontaktowych pozwala na realizację procesów wymagających znacznej dokładności przy obrabianiu skomplikowanych kształtów. Co więcej, roboty frezujące mogą być wykorzystywane nie tylko stacjonarnie, do obróbki wielokrotnej, ale też w sposób mobilny.

Wszechstronność zastosowań zrobotyzowanych maszyn frezujących stanowi szczególnie cenny atut przy konieczności częstej zmiany obrabianego asortymentu i frezowania materiałów o różnych twardościach (np. pianki, drewna, włókna szklanego i włókniny). Dzięki temu roboty frezujące mogą nie tylko obsługiwać złożoną produkcję seryjną, ale też realizować specyficzne krótkoseryjne zadania.

Stanowisko obróbcze z robotem przemysłowym wyposażonym w głowicę z frezem daje znacznie większe możliwości niż klasyczne obrabiarki – w zależności od potrzeb można je modyfikować i wykorzystać na wiele różnych sposobów. Dzięki wymianie głowicy roboczej i dokonaniu odpowiedniej zmiany w konfiguracji oprogramowania roboty mogą już nie tylko frezować, ale też spawać, grawerować czy szlifować elementy. Zrobotyzowane obrabiarki sprawdzają się też w zadaniach kształtujących, np. obcinaniu brzegów, docinaniu kształtek wtryskowych, usuwaniu wypływek czy stępianiu ostrych krawędzi.

Wyposażenie maszyny w ramię montażowe (połączenie obrotowe, zawór elektromagnetyczny czy dowolną pompę próżniową) pozwala na zautomatyzowanie montażu różnego rodzaju elementów i detali. Z kolei dzięki umieszczeniu na „nadgarstku” robota specjalnej nakładki z sondą można go wykorzystywać do wykonywania szczegółowych pomiarów lub wykrywania krawędzi elementów, nad którymi prowadzone są prace. Roboty, na których ostatnim członie zamontowano głowicę drukującą E3D, pozwalają na wytwarzanie przyrostowe z takich materiałów jak np. PLA, ABS, HIPS, nylon i poliwęglan z minimalną wysokością drukowanej warstwy wynoszącą 100 mikronów.

Więcej przestrzeni

Co niezwykle ważne w warunkach przemysłowych – robot wyposażony w stację frezującą zajmuje dużo mniej miejsca w hali niż konwencjonalne obrabiarki CNC. Opływowe konstrukcje robotów gwarantują minimalne krawędzie kolizyjne i zapewniają dużo większą przestrzeń roboczą. Urządzenia takie można też podwiesić na szynie lub podjechać nimi na odległy koniec stanowiska pracy. Co więcej, kompaktowe stelaże robotów z identycznym układem otworów pozwalają na rozsądne planowanie i wykorzystanie maszyn w niemal każdej pozycji montażowej, niezależnie od ich rozmiarów. Stanowisko z robotem jest też bardziej otwarte – dużo łatwiej załadować na nie drobne elementy, wymienić narzędzia, uchwyt lub dokonać przeglądu maszyny. Wszystko to ma niebagatelny wpływ na efektywne wykorzystanie stanowiska pracy, a co za tym idzie – zwiększenie wydajności i efektywność produkcji. W prosty sposób przekłada się również na ekonomię procesów wytwórczych.

Są ograniczenia

Zdolność zrobotyzowanych maszyn frezujących do realizacji tak różnorodnych i zmiennych zadań jest możliwa dzięki specjalnemu oprogramowaniu – ono stanowi centrum pracy systemu obróbczego. To element newralgiczny, ponieważ różnorodność konstrukcji i konfiguracji robotów przemysłowych, wszechstronność zadań oraz dodatkowe, zewnętrzne osie do sterowania (np. podsystemy transportowe) stawiają przed oprogramowaniem CAM i układami sterowania CNC szczególnie duże wymagania.

Choć lista korzyści wynikających ze zrobotyzowania stanowisk frezarskich jest długa, to rozwiązanie to ma jedną istotną wadę, która eliminuje możliwość wykorzystania robotów z frezami w dowolnym procesie obróbczym. Chodzi tu o znacznie mniejszą sztywność tych maszyn niż w przypadku klasycznych obrabiarek oraz małe moce wrzecion. Czynniki te sprawiają, że roboty frezujące niezbyt dobrze radzą sobie z obróbką materiałów twardych, takich jak kamień czy metal, przez co efekty ich pracy nie są tak precyzyjne. Na rynku są jednak dostępne ciekawe rozwiązania, które pozwalają radzić sobie z tymi ograniczeniami i w pełni wykorzystać możliwości robotów frezujących. W przypadku obróbki kamienia można zastosować naprzemiennie dwa typy robotów lub po prostu zmienić końcówkę jednego – piłę do cięcia zastąpić specjalną głowicą frezującą. Tworzone są również specjalne stanowiska robocze, w których wrzeciono dużej mocy jest nieruchomo zabudowane w korpusie, natomiast przemieszczaniem obrabianego przedmiotu zajmuje się robot.

Roboty w roli głównej

Rozwojowi współczesnego przemysłu towarzyszy dziś konieczność ciągłego poszukiwania rozwiązań umożliwiających elastyczną i wydajną produkcję. Nie dziwi więc, że robotyzacja, umożliwiająca osiąganie tego stanu, jest jedną z najszybciej rozwijających się dziedzin w przemyśle.

W sposób nieodwracalny zmieniła ona podejście do kwestii wytwarzania i sterowania produkcją, na co istotny wpływ miał bez wątpienia dynamiczny wzrost możliwości technologicznych współczesnych urządzeń. Jak pokazują doświadczenia wielu przedsiębiorstw, roboty nie tylko wspierają procesy wytwórcze, ale w wielu przypadkach stają się ich głównym narzędziem. Coraz bardziej powszechne wykorzystanie robotów frezujących – jako ekonomicznej i elastycznej alternatywy dla klasycznych obrabiarek – pokazuje, jak bardzo aktualny jest to trend.