Automatizované řezání závitů ve výrobě přepravních řešení pro automotive

Úvod

Český výrobce přepravních řešení pro komponenty v automobilovém průmyslu potřeboval automatizovat opakované řezání závitů do ocelových částí vyráběných konstrukcí. Každý díl obsahuje několik desítek laserem připravených průchozích otvorů, do kterých bylo nutné vytvořit závity M8. Vzhledem k tisícům vyráběných kusů šlo o pravidelně se opakující ergonomicky náročnou operaci.

KINALI pro tuto úlohu propojilo kolaborativní robot AUBO i20 se závitovacím modulem ToolDrives. Robot zajišťuje přesun a polohování nástroje mezi jednotlivými otvory, zatímco ToolDrives provádí vlastní obráběcí operaci. Součástí dodávky KINALI byl také řídicí skript, základní program závitování a zprovoznění komunikace mezi oběma technologiemi.

Zadání projektu

Před automatizací prováděl závitování operátor ručně pomocí akumulátorového nářadí osazeného závitníkem. Na jednom výrobku bylo potřeba vytvořit přibližně 44 závitů. Při výrobě tisíců kusů tak operace představovala významný objem opakované manuální práce.

Cílem zákazníka bylo zrychlit zpracování a omezit potřebu pracovní kapacity u operace, jejíž průběh je možné přesně popsat a opakovat. Nové řešení mělo postupně obsloužit všechny definované pracovní pozice, koordinovat pohyb robotu s otáčením závitníku a umožnit obsluze připravovat další díl během probíhajícího cyklu.

Princip fungování pracoviště

Obsluha položí ocelovou část přepravního řešení na pracovní stůl. Díl se ustaví pomocí vystřeďovacích prvků, které zapadnou do připravených otvorů a vymezí jeho polohu. Každý otvor určený k závitování byl při programování samostatně zaměřen, aby robot vedl pracovní nástroj po definované trajektorii.

Po spuštění cyklu přejede AUBO i20 k prvnímu laserem připravenému průchozímu otvoru a nastaví závitník do jeho osy. Robot prostřednictvím digitálních signálů spustí modul ToolDrives. Následně synchronizuje pracovní posuv s nastavenými otáčkami a provede závitování. Po dokončení jedné pozice se přesune k dalšímu otvoru a postup opakuje.

Závitovací jednotka umožňuje omezený axiální pohyb nástroje, který pomáhá vyrovnat menší odchylky při zavádění závitníku do otvoru. Po předem nastaveném počtu operací robot zajede se závitníkem do nádoby s olejem. Mazání je tak začleněno přímo do robotického programu.

Pracoviště využívá dvě pracovní pozice. Zatímco robot závituje díl na jedné pozici, obsluha může připravovat další díl na opačné straně. Po dokončení cyklu se robot vrátí do výchozí polohy a čeká na potvrzení obsluhy, že je připraven další výrobek. Teprve poté program pokračuje.

Hlavní komponenty řešení

Technologie ToolDrives v robotické aplikaci

V této aplikaci kobot nenese pasivní uchopovač, ale aktivní obráběcí nástroj. AUBO i20 poskytuje flexibilní pohyb a přesné vedení mezi pracovními pozicemi. ToolDrives zajišťuje otáčení závitníku a přímé působení nástroje na materiál. KINALI obě technologie propojilo do jednoho koordinovaného cyklu.

Funkční rozdělení je důležité zejména u opakovaného závitování více otvorů na jednom rozměrném dílu. Robot nemusí manipulovat s celým výrobkem. Místo toho přesouvá lehčí pracovní nástroj mezi jednotlivými pozicemi. Podobný princip může být po technickém posouzení relevantní také pro další vhodné obráběcí nebo dokončovací úlohy, vždy však s ohledem na materiál, procesní síly, požadovanou přesnost a bezpečnost celé aplikace.

Realizace a zprovoznění

Těžiště realizace KINALI spočívalo v integraci a programování. Po připojení závitovacího modulu k přírubě robotu bylo potřeba zprovoznit digitální komunikaci s jeho řídicí jednotkou, vytvořit skript pro koordinaci otáček a posuvu a zaměřit jednotlivé pracovní pozice.

Při odladění aplikace bylo nutné sladit rychlost posuvu robotu s otáčením nástroje a s geometrií závitu M8. Součástí programu se stala také sekvence pravidelného mazání. Praktickou výzvou bylo přesné zaměření několika desítek otvorů a současně zachování tolerance, která umožní spolehlivé zavedení závitníku do průchozího otvoru.

Bezpečnost a obsluha

Robot přijímá stavové a bezpečnostní signály závitovacího modulu. Pokud nástroj není v chodu nebo jednotka hlásí chybný stav, robot nezahájí pracovní posuv. Aktivována je také kolizní ochrana robotu.

Obsluha zajišťuje založení a odebrání dílu, potvrzení pokračování programu, vizuální kontrolu opotřebení závitníku a jeho manuální výměnu. Pracoviště neprovádí automatickou kontrolu kvality hotového závitu. Pracovní hloubka je pevně nastavena programem.

Použití kolaborativního robotu samo o sobě neurčuje bezpečnost celé aplikace. Finální bezpečnostní koncepce musí vycházet z posouzení pohybu robotu, rotujícího nástroje, obráběného materiálu, způsobu zakládání dílů a fyzického uspořádání pracoviště.

Výsledek řešení

Nasazením AUBO i20 se podařilo automatizovat opakované řezání několika desítek závitů na každém dílu. Obsluha již nemusí ručně provádět celou sérii závitovacích operací a může během práce robotu připravovat další výrobek na druhé pracovní pozici.

Podle zpětné vazby zákazníka pracovala kombinace kobota a závitovací jednotky několik týdnů bez provozních problémů. Během této doby pracoviště vytvořilo tisíce závitů bez zaznamenaného zalomení závitníku nebo nedokončeného závitu. Zákazník zároveň pozitivně hodnotil ekonomický přínos a návratnost investice. Toto hodnocení představuje provozní zkušenost zákazníka, nikoliv samostatně doložený finanční výpočet.

Zajímavosti z realizace

Dvě souběžně využívané pracovní pozice: Rozdělení pracoviště na dvě pozice omezuje čekání mezi cykly. Zatímco robot zpracovává jeden díl, obsluha může na protější straně odebrat hotový výrobek a připravit další. Výměna dílu tak probíhá paralelně s robotickou operací, nikoliv až po jejím dokončení.

Automatizované mazání nástroje: Mazání závitníku je součástí programu robotu. Po nastaveném počtu závitů AUBO zajede s nástrojem do nádoby s olejem a následně pokračuje v pracovním cyklu. Tím se omezuje potřeba ručního přerušování programu kvůli pravidelnému mazání.

Kobot jako nosič aktivního nástroje: Projekt ukazuje využití kobota mimo běžnou manipulaci. Robot zde nepřenáší výrobek, ale přesně vede obráběcí modul mezi jednotlivými otvory. ToolDrives provádí vlastní závitování a řídicí logika KINALI koordinuje oba prvky.

Získané zkušenosti

Projekt rozšířil zkušenosti KINALI s integrací aktivní obráběcí technologie na kolaborativní robot. Zásadní bylo propojení pohybu robotu s řízením otáček závitovacího modulu, výpočet vhodného pracovního posuvu a přesné zaměření velkého počtu pracovních míst.

Praktickou zkušeností bylo také využití omezeného axiálního pohybu nástroje pro tolerování menších odchylek při zavádění závitníku a začlenění pravidelného mazání přímo do robotického programu. Výsledná aplikace potvrzuje, že při správném nastavení lze kobot využít také pro vybrané aktivní obráběcí operace.

Závěr

Automatizované řezání závitů nahradilo opakovanou manuální operaci při výrobě ocelových přepravních řešení pro komponenty v automobilovém průmyslu. AUBO i20 zajišťuje vedení nástroje mezi jednotlivými otvory, ToolDrives provádí závitování a integrační skript KINALI koordinuje jejich společnou činnost.

Projekt je příkladem cílené automatizace konkrétního výrobního kroku bez nutnosti dodávky celé nové linky. Přínos spočívá především v převzetí pravidelně se opakující práce, využití dvou pracovních pozic a rozšíření možností kobota z manipulace také na aktivní obrábění materiálu.

Reference zákazníka

„Kobot se závitovací jednotkou pracuje několik týdnů bez provozních problémů. Za tuto dobu vyřezal tisíce závitů bez zalomení závitníku či jediného nedokončeného závitu. Ekonomický přínos řešení hodnotíme velice pozitivně.“

Zástupce zákazníka