Nov� stroj GX900 od KraussMaffei

Získáno 1160 hodin pro výrobu

Vytvo�ení flexibilního pracovišt� vst�ikování plast� je výzvou pro projektanty a zárove� i velkou p�íle�itostí pro výrobce díl�. Zvlášt�, kdy� jim získaná flexibilita umo��uje i p�es relativn� �asté vým�ny nástroj� hospodárnou výrobu. Stále menší výrobní série tak p�estávájí být zlým snem a mo�nost rychle a za rozumné ceny realizovat sp�šné zakázky v rychlém sledu za sebou odkrývá potenciál k dosa�ení dalších výnos�. Za p�edpokladu, �e je flexibilní výrobní systém uspo�ádán tak, �e zvládne n�kolikrát za sm�nu vym�nit nástroj, a to v�dy jen za pár minut.

Vytvo�ení flexibilního automatizovaného pracovišt� pro vst�ikování plast� však vy�aduje vysokou míru systémových kompetencí – od procesu vst�ikování p�es vým�nu nástroje a� po vyjímání a ukládání hotových díl�. Speciáln� pro veletrh K 2013 realizovala spole�nost KraussMaffei Technologies GmbH z n�meckého Mnichova, spole�n� se svou automatiza�ní divizí a špan�lským výrobcem nástroj� Mundimold výrobní bu�ku se dv�ma r�znými nástroji (p�epravky s �asem cyklu 6,7 resp. 9,5 s) (obr. 1). Aby byla zajišt�na bezproblémová zm�na výroby, vyvinula spole�nost EAS Europe – p�edstavující mezi partnery podílejícími se na projektu (tabulka 1) specialistu na takovéto úlohy – pln� automatickou vým�nu nástroj� pro takovouto aplikaci. Celá zm�na výroby trvá mén� ne� t�i minuty a je ji dokonce mo�né zvládnout do jedné minuty, pokud by pro to byly v provozu vytvo�eny odpovídající podmínky.

Obr. 1.: Dva výkonné nástroje produkují v pln� automatizované výrobní bu�ce skládací p�epravky s cyklem 6,7 s a bedny na zeleninu s cyklem 9,5 s

P�i práci na projektu se velice rychle ukázalo, �e izolované �ešení jednotlivých díl�ích úkol� a �azení funk�ních blok� za sebe nevede k cíli. Namísto toho bylo nutné nalézt integrální �ešení, u kterého je soub�n� provád�no více funkcí, a veškeré dráhy jsou optimalizované. Tato idea byla potvrzena na n�kolika reprezentativních p�íkladech.

P�ehled všech komponent� systému poskytuje dobrou p�edstavu o komplexnosti za�ízení.
 

Tabulka 1.: Interdisciplinární spolupráce mezinárodních partner� na projektu: prodlevy v pr�b�hu procesu byly eliminovány technickými finesami systému

Jedno �ízení pro všechna za�ízení

St�edobodem je v sou�asnosti nejrychlejší (údaj výrobce, pozn. red.) dvoudeskový vst�ikovací stroj GX 900 (uzavírací síla: 9000 kN) s hydro- mechanickou uzavírací jednotkou, zamykací jednotkou GearX a inovativními vodicími boti�kami GuideX, zaru�ujícími vynikající paralelitu desek. V cyklu s �asem 6,7 s jsou vst�ikovány skládací p�epravky z polypropylenu (typ: PP Bormod BRF970MO) na ovoce a zeleninu s hmotností vst�iku 395 g. Elektricky pohán�nou plastifika�ní jednotkou (pr�m�r šneku: 105 mm) a výkonným šnekem optimalizovaným na pr�tok materiálu je v paralelním provozu dosa�eno pot�ebného pr�toku taveniny. �ízení stroje MC 6 poskytuje obsluze rychlý p�ehled o všech funkcích stroje a periferních za�ízení, nap�íklad robota a systému pro vým�nu nástroj�. Posledn� jmenovaný systém komunikuje s nad�azenou �ídicí jednotkou za�ízení p�es rozhraní Euromap 71. Integrací všech �ídicích funkcí do MC6 je zajišt�n bezpe�ný management dat – s identickou strukturou datových v�t, v�etn� kódování nástroj� a uchopova�� pro zajišt�ní vyšší spolehlivosti procesu. Krom� toho je na velkém displeji �ízení MC6 zobrazován záznam z Live-Cam o d�ní na odvrácené stran� stroje, co� obsluze ušet�í mnoho kontrolních obch�zek. �ízení ale p�edevším nabízí snadno nau�itelnou, jednotnou pracovní plochu, umo��ující intuitivní ovládání.

Horizontální systém pro vým�nu nástroj� firmy EAS Europe je tvo�en novou, vylepšenou generací magnetických upínacích desek, stanicí pro p�edeh�ev nástroj�, dvojitým stolem, elektricky pohán�ným vále�kovým systémem jak na stole, tak i na stroji pro zakládání a vyjímání nástroj� a multispojkami flat-face s optimali-zovanou t�sností pro všechna média, jejich� prost�ednictvím jsou v �ádu sekund pln� automaticky propojena všechna elektrická vedení i vedení ostatních médií (obr. 2).

Obr. 2.: Dvojitý st�l pro vým�nu nástroje stojí v p�edávací poloze pro autom. vyjmutí nástroje. V p�edeh�ívací stanici 2 je ji� další nástroj temperován na provozní teplotu

Krátký cyklus vy�aduje „Handshake“ dvou robot�

Ji� na za�átku plánování výrobní bu�ky se ukázalo, jaké úkoly je nutno automatizovat a optimalizovat pomocí vhodných opat�ení. Velice krátký �as cyklu pod 7 s nap�íklad neposkytuje vyjímacímu robotu dostatek �asu na to, aby hotové bedny skládal na paletu. Po ka�dém vst�iku by tak docházelo k prodlev�, kdy by se �ekalo na robot vracející se z polohy pro stohování. To by u�inilo ostatní opat�ení pro dosa�ení vysokého výkonu absurdními.

Proto se projektový tým rozhodl pro nasazení dvou robot� s d�lbou práce. Za mén� ne� 1 s je hotová bedna vyjmuta vyjímacím robotem z nástroje; rychleji by díly nedokázaly snad ani padat. Lineární robot vybavený ve všech osách pohony Ultra-High-Speed (typ: LRX 350 UHS) pracuje s ohledem na svou lehkou konstrukci tém�� bez kmitání. Tím odpadají �asy pot�ebné na ustálení, které jinak sni�ují výkon. Jeho konstrukce pro nosnost 350 kN posta�uje pro zajišt�ní vysokého výkonu systému i p�i p�ípadné pozd�jší p�estavb� pracovišt� na výrobky s vyšší hmotností vst�iku.

Následn� p�edává vyjímací robot bedny druhému robotu – jde o fintu, kterou si tv�rci projektu museli pomoci: odkládací robot p�ebírá bedny z uchopova�e vyjímacího robota „letmo“. Tento tzv. Handshake-proces (podání rukou) vy�aduje od obou manipulátor� vysokou p�esnost polohování a opakovanou p�esnost. Proto je paletovací robot (typ: LRX 350) vybaven výkonnými pohony pro zajišt�ní rychlého pohybu a p�esnou p�evodovkou.

Robot odkládá bedny v�dy ve výšce vrchní vrstvy na palet�, která je na desce zdvíhacího stolu pohán�ného servo-motorem. Po dokon�ení vrstvy je tento st�l spušt�n o výšku bedny dol�. Vertikální pohyb tak vykoná namísto odkládacího robota st�l, �ím� je krácena dráha a ušet�en �as na její projetí. Pouze díky tomu je odkládací robot schopen se dostate�n� rychle vracet k „podání rukou“ s vyjímacím robotem. Tím, �e jsou bedny automaticky ukládány na p�epravní paletu, je ješt� více zvýšen výkon za�ízení. Pro oba roboty je navíc k dispozici stanice pro automatickou vým�nu uchopova�� – „rukou“ – p�i zm�n� výrobku.
 

Enormní úspora �asu p�i vým�n� nástroje

T�ikrát za pracovní den – jak uvádí specifikace pro zm�nu výroby, tedy jednou za sm�nu – je na stroji nutno vym�nit nástroj. P�i konven�ní koncepci výroby by díky tomu klesla produktivita za�ízení v t�ísm�nném provozu na 80% – i kdyby bylo na ka�dou vým�nu uva�ováno „pouze“ 90 min (tabulka 2). Stroj by tedy ztratil celou p�tinu své výrobní kapacity, v praxi by to však �asto bylo ješt� více, nap�íklad pokud by pracovníci ji� provád�li v daném �ase vým�nu nástroje na jiném stroji.
 

Tabulka 2.: P�i automatické vým�n� nástroje namísto ru�ní roste velice výrazn� výrobní kapacita. P�i automatické vým�n� s vyu�itím dvojitého stolu je mo�no dosáhnout efektivity výroby 99 %, proto�e �as produkce (p�i t�ech zm�nách za den) vzroste ze 4800 na více ne� 5960 h/rok. Zkrácení �asu na vým�nu z 3 na 1 minutu pou�itím tzv. „Shuttle-principu“ naproti tomu p�inese ji� jen mírné zlepšení (Zdroj: KraussMaffei)

Odborníci firmy KraussMaffei na vst�ikování a automatizaci vypracovali spole�n� se specialisty na vým�nu nástroj� – firmou EAS Europe – a výrobcem nástroj�, firmou Mundimold, koncepci vysoce flexibilní výroby, díky které se produktivita výroby i p�i t�ech vým�nách nástroje za pracovní den pohybuje okolo 99 %. Díky krátkému �asu na zm�nu výroby – mén� jak t�i minuty - dojde k rychlé amortizaci vícenáklad�, proto�e bude takto získáno dalších 1160 hodin produkce za rok. P�i vyu�ití tzv. „Shuttle-principu“ by mohl být zkrácen �as na zm�nu výroby ze 3 na 1 minutu, �ím� by bylo dosa�eno dalšího mírného zvýšení efektivity produkce.

Nevyu�ívaný nástroj s hmotností okolo 10 t je ulo�en na horizontálním dvojitém stolu pro vým�nu nástroj� s integrovanou p�edeh�ívací stanicí. V p�ípad�, kdy by byly m�n�ny více jak dva nástroje, by bylo mo�né integrovat do za�ízení systém pro skladování nástroj�, ze kterého by byl nástroj pot�ebný pro následující výrobu v�as vyjmut a ulo�en do p�edeh�ívací stanice tak, aby jej bylo mo�no vym�nit bez �asových ztrát za „vyslou�ilý“ nástroj.
 

Automatické rozpojování a spojování vedení všech médií

Dvojitý st�l automaticky najede po vále�cích ve sm�ru rovnob�ném se strojem tak, aby neobsazené místo le�elo p�ed oblastí uzavírání nástroje. �ízení vst�ikovacího stroje provede obsluhu pomocí dialogu vým�nou nástroje. P�es nové rozhraní pro integraci periferních modul� komunikuje jednotka MC6 s �ídicí jednotkou magnetického upínacího systému. Magnetické upínací desky jsou p�epólovány, tím dojde k uvoln�ní nástroje, který je pak mo�no z nich sejmout. Prakticky sou�asn� aktivuje �ídicí jednotka MC6 automatické a bezpe�né rozpojení spojek vyhazova�� a vedení všech médií (obr. 3).
 

Obr. 3.: Média výrobního nástroje mají na pevné a pohyblivé stran� definované polohy a p�i�azení – tím je zajišt�no bezchybné automatické propojení všech médií

Následn� se uzavírací jednotka rozev�e o n�kolik milimetr�, tím dojde k uvoln�ní nástroje. Elektricky pohán�ná vále�ková konzole vynese nástroj s adapta�ními deskami z uzavírací jednotky. Aby byl �as na vým�nu nástroje co nejkratší, je sou�asn� do stroje a automatiza�ních jednotek nahrána z MC6 nový datový soubor.

Po p�evzetí p�vodního nástroje st�l popojede o cca 2 m dál a nastaví do p�edávací polohy p�ipravený nový nástroj (obr. 4). Vále�ky na dvojitém stole a konzoli je nástroj spolehliv� ustaven mezi magnetické upínací desky uzavírací jednotky. Po bezpe�nostní kontrole polohy povolí �ízení MC6 uzav�ení uzavírací jednotky.
 

Obr. 4.: Systém horkých kanál� a nástroj je temperován v p�edeh�ívací stanici na provozní teplotu (Obrázky: KraussMaffei / EAS)

Jsou automaticky aktivovány magnetické upínací desky a všechna vedení médií jsou bezpe�n� spojena pomocí nov� vyvinutých rychlospojek Flat-Face. Dvojitý st�l je v obou pozicích vybaven p�edeh�evem, tak�e m��e být vyjmutý nástroj �ízen� ochlazen nebo nový nástroj zah�át na provozní teplotu.

Pr�lom ve sm�ru k velikosti dávky 1

Modelový p�ípad „bedna na ovoce“ ukazuje, �e plánování automatických vst�ikovacích bun�k musí vycházet z podrobné analýzy všech jednotlivých funkcí. A ješt� více: u ka�dé funkce musí být stanovena pot�eba �asu u ka�dého jednotlivého díl�ího kroku. Pokud vede se�azení díl�ích krok� do série za sebe k prodlevám u p�ed�azených nebo navazujících funkcí, musí být tyto eliminovány technickými finesami. Vedoucí partner v projektu musí disponovat pot�ebnými systémovými kompetencemi a zapojit do n�j i své dodavatele.

Pln� automatická vým�na nástroje zvýšila v popsaném p�íkladu efektivitu výroby na 99 % – bylo získáno dalších 1160 hodin výroby za rok. Pouze takovýmto zp�sobem je mo�no realizovat výrobní systémy, které budou disponovat vedle vysokého stupn� automatizace i vysokou flexibilitou a produktivitou a umo�ní pr�lom ve sm�ru k velikosti dávky 1.

Pro získání podrobn�jších informací kontaktujte firmu KUBOUŠEK – www.kubousek.cz

Výhradní zastoupení spole�ností KraussMaffei a EAS pro �eskou a Slovenskou republiku: