GépészPresszó

CNC, ipari automatizálás, karbantartás, gyártás.

A munkadarab megfogás hatása a produktivitásra

Oszd meg az ismerőseiddel!

Egy munkával töltött nap után késő este előfordul, hogy túlméretes rakomány szállítása miatt a hatóság az útpadkára tereli a forgalmat. Nincs ebben semmi különös, ámde az ember elborzad, ahogy a hatalmas méretű alkatrész vagy gépegység a sárgán villogó teherautóra rakva lassan elhalad mellette. És akad a szemlélődök között, akik kezén feláll a szőr mikor elképzeli, hogy vajon ezt meg hogy munkálták meg.
A feladatot még nehezebbé teszi, ha a munkadarab alakja nehezen megfogható, valami féle szabad forma, mint amilyen az energiaiparban használt turbinák lapátjai. De a feladat számos egyéb módon lehet cifra, trükkös, érdekes.

Munkadarabok megmunkáló gépbe való behelyezése számos olyan kihívást is jelent, amit csak az ismer, aki figyelt már következetesen közelről forgácsolást. A feladat sokszor különösen nehéz, ha például horizontális elrendezésű gépről van szó.
De a munkadarab megfogása nem csak a szerszámgépekben, a forgácsolás során történő rögzítést jelentheti, hanem a darab megmunkálások közti mozgatásának feladata is részben megfogási probléma, például egy robot, egy konvejor rendszer, vagy más emelő-horog megközelítésben.

cnc-horizont-keszülék

Mi számít problémásnak a munkadarab megfogás szempontjából

Kiegyensúlyozatlanság

Az egyik nehézséget jelentő tényező a kiegyensúlyozatlanság. Legalábbis azon alkatrészek esetében, melyek pörögnek megmunkálás közben. Itt természetesen esztergálásról van szó, ahol az is elképzelhető, hogy a darab mérettől függően 500 és 2000 RPM közötti, vagy még magasabb fordulatszámon forog. A kiegyensúlyozatlanság problémája komoly terhelést jelent a főorsó csapágyazásra, a gépágyra és a vezetékrendszerekre. Bizonytalanná teszi a megmunkálást és a kialakuló rezgések jelentősen csökkentik a forgácsoló szerszám éltartamát. Sok olyan bizonytalanságot vihetnek a képletbe, ami nehezen lokalizálható problémákat eredményez.
Éppen ezért, minden olyan esetben, amikor a kiegyensúlyozottság kérdésessé válik, olyan megfogással foglalkozó partner segítségét javasolt hívni, ahol mérnöki szinten képesek vizsgálni, elemezni a feladatot és kidolgozni a megoldást. 

A munkadarab alakja

A következő kihívás a munkadarab alakja. Esztergagépek esetében minden, ami nem tökéletesen forgásszimmetrikus, jelenthet problémát.  Ha pedig ennél is bonyolultabb a helyzet, tehát nem csak megszakított felületek tarkítják az egyébként tengely vagy tárcsa jellegű alkatrész palástját, a kihívás szintje emelkedik.
Megmunkáló központon, mivel a darab nem végez forgó főmozgást, a helyzet egyszerűbb, ámde a 3D-s felületek itt is jelenthetnek problémát. Vagy a szabálytalan, jelentős felületi, méret vagy geometriai szórással bíró előgyártmányok is a nehézkes kategóriába kerülnek.

SMW Centco4

Az alkatrész mérete

Az alakon túl, a méret is probléma lehet, ahol a gépi adottságok, vagy a hozzáférhetőség jelenti a kihívást. A nagyobb alkatrészek mozgatása és rögzítése is összetettebb feladat. Jellemző, hogy a megmunkálás során nagyobb erők ébrednek, és a magasabb költségek miatt a hibázásra kevés lehetőség nyílik.

Az alkatrész súlya 

A súly is egy olyan tényező, amit komolyan számításba kell venni. A nagyobb tömegű darabok megmunkálás közben könnyebben szabadulnak el például eszterga gépen. A főorsónak is van egy limitájiója, de alapvetően a tokmánypofák mérete is nagyon meghatározó.
Megmunkáló központon a súly kevésbé jelent közvetlen veszélyt, de ez közel sem jelenti azt, hogy ne kellene számolni vele. Az alkatrész tömege önmagában is jelenthet stabilitást, ami például a nem kívánt remegések elkerülésében segítség, azonban ha mégis elszabadul, komoly kárt vagy sérülést tud okozni. Jellemző továbbá, hogy nagyobb darabok több lemunkálandó anyagot jelentenek. És a hatékonyság növelésének háborújában a ciklusidő csökkentés olyan csata, melyet gyakran ismételnek a technológusok. A feladat nem veszélytelen, és minél nehezebb egy darab, annál hangosabb a hiba.

Az olaj, gáz- és repülőgépiparon kívül vannak egyéb területek, ahol a munkadarabmegfogás nagyobb súlyú szerepben tetszeleg, mint máshol.

Az űripar, a harckocsigyártás, a mezőgazdasági járművek hajtásainak egyes alkatrészei, vagy a szerszámgyártás számos esete is ide tartozik, hasonlóan a szélerőművek fogaskerekeihez.

hegesztett-szerkezet-gyártás

Az automatizálás csodafegyvere

A hadiipar, repülőgépipar, szerszám- és formagyártás, szállítóipar néha olyan alkatrészt igényelnek, aminek a súlya, mérete vagy alakja speciális megfogást igényel. A megfogás szempontból speciális alkatrészek rögzítése a standard megoldásokhoz képest költségesebb készülékeket igényelnek.

A nagyméretű alkatrészek gyártására az a jellemző, hogy ritkán készülnek nagy sorozatokban. Ebből adódik, hogy az ezeket gyártó embereknek a megmunkálás sokoldalú mindentudóinak kell lenni, mert minden elkészített alkatrészt egy újabb és újabb típus követ. De csak ritkán egyformák. Általánosságban az is elmondható, hogy a nagy alkatrészek esetén a hidraulikus rögzítési megoldások, illetve a mágneses lefogatás a két leggyorsabb, leghatékonyabb módszerek.

A mellékidők a forgácsolásban, vagy megmunkálásban sosem mint pozitív tényező szerepelnek. Nagy méretű alkatrészek esetén a munkadarab kiállítása órákat vehet igénybe. Ez természetesen jelentősen csökkenthető, például megfelelő készülékezéssel, de az optimális megoldás egy vékony mezsgye, és nem könnyű a legjobb műszaki megoldás mellett érvelni akkor, ha mellette az anyagi oldal is szerepel.
A képlet egyszerű. Nagyméretű alkatrészek esetén is lehet minimálisra csökkenteni a mellékidőt szinte minden esetben, de egy-egy alkatrész elkészítéséhez anyagilag nem kifizetődő teljesen speciális készüléket tervezni és gyártani.
Így maradnak a középutak, és a néhány órás munkadarab kiállítás.
Jó megoldás lehet, ha megoldható, gépen belüli bemérő, ami pontosan meghatározza a darab helyzetét. Hosszú távon vizsgálva azonban még a nagy alkatrészeknél is igazolást nyer az az évek óta a köztudatban keringő állítás, hogy az automatizálás a legköltséghatékonyabb megoldás. 

Ugyanakkor érdemes tudni, hogy az automatizálás nem az első lépés, sőt közelebb van az utolsókhoz.
A hatékony megmunkáláshoz vezető úton tett egyik első lépés a használt szerszámgép felülvizsgálata, vagy a feladatra megfelelő szerszámgép kiválasztása.
A cél mindenek előtt az, hogy a szerszámgép főorsója az elérhető legtöbb időt töltse forgással, azaz a gépi főidőt maximalizálni kell. A gép ehhez úgy tud hozzátenni,  hogy például egy négytengelyes, horizont gépen egyszerre több alkatrészt képes gyártani anélkül, hogy a munkadarab csere idejére meg kellene állítani a gyártást. De az is növelheti a gépkihasználtságot, ha öttengelyes szerszámgépen egy felfogásban az alkatrész több oldalról történő megmunkálása megtörténik. Ebben az esetben is a munkadarabok cseréjének száma csökken.

Az automatizálás és a speciális készülékek megvásárlása is akkor lehet kifizetődő, ha a forgácsolási folyamat stabil, a szerszámok megfelelő pontossággal és éltartóssággal dolgoznak. 

És az összefüggés erősebb, mint elsőre gondolhatnánk.
Ugyanis a megfelelő készülék kulcsa lehet a jobb ciklusidőnek, mivel általa több művelet végezhető el, akár magasabb forgácsolási technológia alkalmazásával. 

Jobb minőségű alkatrész készíthető, mivel a darab pozíciója és stabilitása magasabb jobb. 

És a mellékidők is csökkennek, mert a valóban jól megtervezett készülékbe gyorsan és egyszerűen lehet rögzíteni a munkadarabot.

Ezek által a gyártási folyamat automatizálása is elérhető távolságba kerül, mert csaknem minden feltétel adott lesz a kivitelezéshez.

forgóasztal-készülék

A készülék a munkadarabhoz igazodik

Amikor egy üzem a gyártási problémáinak vagy nehézségeinek megoldásához speciális készülék megvásárlása mellett dönt, tudnia kell, hogy melyik partner foglalkozik a legmagasabb műszaki színvonalon ilyesféle megoldásokkal, illetve fel kell állítania egy szempontrendszert a végső döntés meghozatalára. Ez természetesen nem csak műszaki, hanem gazdasági elvárásoknak való megfelelést is jelent. 

A legkézenfekvőbb, és a legbonyolultabb megoldások alkalmazásában is megtalálható megoldás a nullapont rendszer alkalmazása.
A nullapont rendszer alkalmazásának legegyszerűbb módja, ha a megmunkálni kívánt alkatrész azon oldalán, ahol a legkevesebb műveletet kell elvégezni, elkészülnek a nullpont gombák menetes furatai. A nullpont gombák aztán a nullpont rendszerben megfoghatók, és mehet is a megmunkálás.
De a nullpont rendszerek használata ennél jóval színesebb. Gyakori például a készülékeket ilyenen rögzíteni.
Ha az üzemnek sikerül a gép asztalán állandó pozíciókba nullpont rendszert telepíteni, akkor nem csak a munkadarabok, de a készülékek is felhelyezhetők az asztalra.
A nullpontrendszer a szerszámgép lineáris tengelyeivel párhuzamosan rögzíti a darabot vagy készüléket, ráadásul nagyon merev megfogást biztosít. Így a szokásos órázás és “lehúzogatás” feladatai azonnal kiesnek. Nagyméretű alkatrészek esetén ez darabonként több órás idő megtakarítást eredményez.
Olyan nullpont rendszert érdemes választani, ahol a gyártó a lehető legrugalmasabb és legsokszínűbb megoldást kínálja. Ugyanis van néhány olyan munkadarab megfogás specialista, akik a tokmányaik, satuik stb megfogását mind lehetővé teszik nullpont rendszeren, ráadásul különböző méretben, magasságban stb. A modularitás óriási előny, mert rugalmasságot és sokoldalúságot biztosít.

A nullpont rendszerek alkalmazásának egyik előnye, hogy az úgynevezett előkészítés, tehát a gombák furatainak elhelyezése történhet teljesen másik gépen, mint maga a megmunkálás. 

A nullpont rendszerek alkalmazásával szemben a mágnesek jelentős eltérést mutatnak a felfekvő felület méretében. Mivel a mágneses megfogás esetén jóval nagyobb felület fekszik fel, a megmunkálás merevsége növekszik, főleg nagyméretű lemez jellegű munkadaraboknál. A remegés kerülendő tényező, mert a gyártott felület minőségére, a szerszámok élettartamára és a szerszámgép főorsójára is kedvezőtlen hatást gyakorol. 

Jogosan merülhet fel a kérdés, hogy mi helyettesítheti a mágnest nem magnetizálható anyagok, például alumínium megmunkálása esetén. A válasz lehet a vákum asztal. 

Az esztergagépeken történő munkadarab megfogás sokszor csak látszatra egyszerűbb kérdés, a megmunkáló központokhoz képest. Ugyanis a feladat rég nem csak annyi, hogy előre darabolt vagy kovácsolt forgásszimmetrikus előgyártmányt kell megfogni.
A pérmium gyártók kínálatában megjelentek olyan megoldások, amik lehetővé teszik egy adapteren történő tokmányok gyors cseréjét. A bajonett záras megoldás és a kúpos felületeken történő illesztés rendkívüli merevséget és pontosságot garantál, miközben a készülék csere korábban elképzelhetetlenül rövid idő alatt megy végbe. Hárompofásról 2+2 rendszerű négypofásra, vagy patronos megfogásra átállni percek kérdése.
Volt, hogy ehhez napokig tartó szerelés volt szükséges, vagy ha ez nem volt megoldható, akkor külön gépek biztosították az üzem gyártásának rugalmasságát. 

Az önközpontozó tokmányok lehetővé teszik azt, hogy az alkatrész középpontba mogatását ne a szakember hosszú és drága percek alatt, hanem a tokmány végezze. Pontos és gyors megoldás, ami ráadásul nem igényel magas szakmai hozzáértést. Ilyen megoldás létezik egy hidraulika körre tervezve, azaz bármely már beüzemelt CNC eszterga gépen alkalmazható.

Az esztergagépeken való munkadarab rögzítésekkel szemben egyre gyakoribb elvárás, hogy információval szolgáljon a munkadarab pozíciójáról. Ez a megmunkálás biztonságának szempontjából rendkívül fontos. 

A gépen kívüli munkadarab kiállítás előnyei

Az a tény, hogy a gépeket folyamatosan termelésbe kell tartani, nem szorul magyarázatra. Az egyik módszer, a fenti elvárás teljesítéséhez az, hogy a munkadarabot a készülékbe a gépen kívül kell bele tenni. Ez palettaváltós gép esetén egyszerűen megérthető, de nem kell sokat gondolkodni nem palettás gépeken való kivitelezésen sem. Elképzelhető például olyan készülék használata, amire 5-10-20 alkatrész is felkerül. A vertikális megmunkáló központ asztalán egy ilyen készülék rögzítésének az időszükséglete néhány másodperc. Összehasonlítva a módszert a satus megoldással nem nehéz kitalálni, hogy sokkal termelékenyebb. A gyártás ideje kevesebb, a megtérülés pedig gyorsabb. 

Spórolni a tervezésnél lehet

A régi mondás a készülékezés esetén is igaz. A leghatékonyabb a készülék, ideértve a biztonság, a költségek és a termelékenység szempontjait akkor lesz, ha minden fontos tényező már a tervezésnél számításba kerül.
A gyár logisztikai, anyagmozgatással és tárolással kapcsolatos rendszerei, a gépeken már meglévő rögzítési módszerek, a cam szoftverbe való integrálás, a készülék figyelembe vétele hozzáférés és beállítás valamint karbantartás szempontból mind nélkülözhetetlen a hatékonyság maximalizálásához.
Esztergagépeken fontos továbbá a kiegyensúlyozottság, a helyes súlyelosztás is. A megmunkálandó felületek forgácsolási technológiához szükséges fordulat és az ébredők erőkkel való kalkuláció.
A leírtak jól mutatják, hogy a készülék bizony egy rendkívül fontos eleme a megmunkálásnak. Csakúgy, mint szerszámgépek esetén igaz az, hogy a legkisebb bekerülési értékű megoldás hosszútávon könnyen a legdrágábbá válhat. Amennyiben az üzem nem dokumentálja és elemzi a gyártás folyamatait, akkor ezek a helytelen, oda nem való, vagy rosszul teljesítő készülékezési megoldások örökre a rendszerbe maradhatnak, súlyos veszteség milliókat okozva az évek alatt. A készülék speciális terület, ami sok esetben specialista bevonását igényli. A jó megoldás ugyan jó eséllyel magasabb költségeket jelentet meg a könyvelésben, de az eredmény oldalon a beruházás többszörösen megtérül. És vannak mellette egyéb érvek, mint a dolgozók biztonsága, egészsége, motivációja, ami rendkívül fontos tényező a munkaerő hiányos rendszerben. 

Szerző: Sipos Ádám