Наблюдается очевидная тенденция к минимизации процесса ручной отделки, а также к замене старых традиционных полировально-шлифовальных станков на более новые. Проблемы с длительной поставкой и непредвиденными задержками в производстве, чрезмерным набором деталей, проблемами с качеством и его контролем уходят в прошлое.
Основные обрабатываемые детали в разных отраслях промышленности можно разделить на две категории - «декоративные» и «функциональные».
Декоративные детали
Рынок требует обновления внешнего вида и параметров продукции предприятий, а также снижения стоимости производства для повышения локальной и мировой конкуренции. Что касается декоративных потребительских товаров (лакированных, окрашенных или хромированных), здесь значительная стоимость производства напрямую связана с полировочными и шлифовальными работами. Предварительная обработка поверхности механической отделкой – важный элемент для таких вещей, как декоративный замок и оборудование для водопроводно-канализационных работ, ручные инструменты, кухонная утварь и бытовые приборы, осветительные приборы, музыкальные инструменты, мотоциклы, легкое огнестрельное оружие и ружья, полученная выдавливанием алюминия строительная продукция, автомобильные бамперы и выхлопные трубы, колеса с отливкой из алюминия.
Функциональные детали
Для функциональных внутренних деталей, которые оказывают значительное влияние на производительность и скорость, такие операции, как галтовка и отделка высокого класса, стали важными вторичными операциями. Благодаря расширенной гарантии на детали, используемые в автомобильной промышленности, контроль качества становится ключевым фактором надежного обслуживания деталей.
Параметры поверхностной обработки опорных и нагрузочных поверхностей для трансмиссионных валов, шестерен, крестовин, барабанов, осей, распределительных и коленчатых валов, шатунов, поршней и блоков цилиндров постоянно совершенствуются.
Другие области применения, требующие улучшенного контроля качества обработки поверхности и контроля ошибок, относятся к изготовлению грузовых автомобилей и землеройных транспортных средств, протезов или имплантатов, винтов насосов и клапанов, компонентов компрессора и кондиционера, компонентов ротора двигателя, дисков и лопаток компрессора авиационного двигателя, рам летательных аппаратов и телескопических гидроцилиндров. Эти примеры представляют собой неполный перечень применений процесса отделки поверхности, на которые влияет современный рынок. Рыночные факторы ответственны за многие изменения в процессе управления нашими заводами.
Рыночные факторы
Выделим факторы, влияющие на принятие решений в отношении механической чистовой обработки поверхности и соответствующего оборудования.
В настоящее время существует потребность в более высокой гибкости станков для отделки широкого спектра изделий с акцентом на быструю переделку станка, упрощенной механической обработке и возможности совмещения отделочных работ в рамках одной и той же системы. Уровень качества продолжает расти. Геометрия деталей, однородность и однородность отделки поверхности, а также визуальные характеристики изделия становятся обязательным условием долгосрочного улучшения качества про граммами в автомобильной промышленности и других отраслях промышленности. Мировые стандарты и стандарты ISO 9001:2008 являются примером того, как мы будем руководить нашим бизнесом сегодня и в будущем, чтобы поддерживать имидж надежных поставщиков с доступными ценами.
Конкуренция на рынке является обязательным фактором. Цены на отделку традиционно высоки, особенно в случае с декоративными изделиями. Существенна не только стоимость труда, но и стоимость отделочного абразивного материала (сюда входят шлифовальные круги, абразивные смеси, абразивные ленты, круги и щетки), что является основным фактором формирования полной стоимости конечного продукта. Это стало обязательным условием для развития экономически более выгодных способов отделки изделий.
Разработка таких изделий, как шлифовальные круги, смеси, абразивные ленты и круги, нейлоновые ленты, щетки и круги, а также микро-полировальные ролики, стала реальной проблемой для производителей абразивных материалов. В настоящее время существует широкий ассортимент продукции для поддержания стандартов качества отделки поверхности по регулируемой цене. Недавний пример в производстве абразивных лент с покрытием демонстрирует степень развития «структурированных абразивов». Абразивные ленты, основанные на технологии, известной как «mikro replikatsia», имеют точные формы сложного зерна, прикрепленного к опорному слою ленты. Равномерная поверхность ленты уменьшает количество проходов, увеличивает срок ее службы и в конечном итоге улучшает качество отделки и снижает эксплуатационные расходы.
Многие агрегатные цеха и мелкие заводы не могут справиться со стоимостью обеспечения безопасности работающего персонала, условиями эксплуатации и правилами утилизации опасных отходов. Федеральные органы продолжают контролировать соблюдение экологических норм и общих условий эксплуатации. Специально разработанные защитные ограждения и кожухи становятся частью стандартной практики повышения безопасности на отделочных системах, в частности для снижения шума, загрязнения воздуха пылью и грязью и потенциального риска при производстве работ.
Высокий уровень скрытых транспортных расходов на основе традиционных технологических операций заставил большинство производителей обратиться к поиску новых способов погрузки и составлению технологического маршрута движения продукции через завод.
Кроме того, экономичное производство продолжает расширяться для достижения новых уровней эффективности процесса. Производство «точно в срок» является примером улучшенного типа контроля запасов, используемого на многих заводах. Специализированные гибкие производственные ячейки (GPU) могут выполнять несколько операций механической и вторичной обработки под управлением небольшой группы операторов. Они способны управлять несколькими операциями в одной гибкой производственной ячейке. В этом случае семейство унифицированных деталей может быть удобно распределено внутри каждой линии.
Нехватка высококвалифицированных кадров продолжает негативно сказываться на многих производителях. Национальные программы профессиональной подготовки находятся в процессе постоянного совершенствования, но этого недостаточно. Следует найти и другие решения проблемы нехватки высококвалифицированных кадров. В этом могут помочь программируемые и гибкие производственные системы.
Автоматизированные и программируемые отделочные системы
К текущим условиям призывает электронное и компьютерное оборудование, а также технология программирования, используемая в процессе шлифования, полировки, буферизации, галтовки и матирования. Примеры иллюстрируют разнообразные автоматизированные и запрограммированные электронные системы, которые встраиваются в классическое механическое отделочное оборудование. Эти системы направлены на достижение таких факторов, как гибкость станка и быстрая реконфигурация, высокое качество деталей и однородность отделки, снижение затрат на изготовление и транспортировку деталей, а также процедуры планирования, направленные на снижение затрат на запасы и технологию производства и удовлетворение спроса на высококвалифицированных сотрудников.
Новые технологии компьютерного программирования PLC, автоматизированные системы управления программным обеспечением, устройства на базе ПК, работающие совместно с системами механической обработки с отделочными функциями, могут быть интегрированы во многие роботизированные и программно-управляемые производственные системы. Автономное моделирование производственного процесса становится еще одним экономически эффективным инструментом, позволяющим производителям деталей расширить использование своих систем для обработки новых продуктов без изменения существующих роботизированных графических процессоров для внедрения новых технологий.
Следующие роботизированные и программируемые системы отделки демонстрируют разнообразные области применения для процессов отделки металлических изделий.
Бамперы из хромированной стали и выхлопные трубы
Роботизированные операции предварительной полировки в отличие от ручных операций дают производителям комплексного оборудования и запчастей преимущества в сфере производства и качества. На рис. 1 показано семейство выхлопных труб, двойное автоматическое абразивное колесо с покрытием и нейлоновая полировочная головка абразивной ленты. Выхлопные трубы предварительно натянуты на пункте очередизации, что дает приблизительно 30-40 минут для автоматической работы производственной ячейки. На данном этапе трубы полируются по внешнему диаметру и со стороны криволинейного конца перед хромированием. Качество обрабатываемой поверхности и производительность намного выше, чем при ручных операциях.
На рис. 2 показана автоматизированная работа производственной ячейки с использованием абразивной ленты с покрытием, абразивного лепесткового круга и сизального диска для полировки, которые подготавливают поверхность стальных бамперов к полировке перед хромированием. При автоматизированной отделке улучшается не только качество продукции, сложные, ранее проделываемые вручную операции выполняет надежная запрограммированная система. Отделочные головки с управлением по усилию обеспечивают полировочное и шлифовальное усилие для предания нужных форм. Это придает больше гибкости работам, выполняемыми элементарными отделочными системами.
Литые алюминиевые и кованые колесные диски
Автомобильная промышленность инициировала растущий спрос на декоративные колеса – литые колесные диски. На рис. 3 показаны образцы колес, отполированные автоматизированной системой до зеркального блеска.
На рис. 4 представлена роботизированная система многоцелевого назначения, выполняющая «детальную обработку поверхности». Детальная отделка ассоциируется с процессом обработки труднодоступных зон, что не под силу традиционным полировочным и абразивным кругам. Традиционно данные зоны обрабатывались вручную при помощи миниатюрных пневматических инструментов с абразивным кругом.
Помимо внедрения захватных устройств, на конце рабочего органа также применяются высокоскоростные шпиндели с постоянным усилием, что дает возможность совмещать несколько функций. Залог успеха внедрения технологии детальной обработки - не только в процессе обработки самой детали. Следует осуществлять строгий контроль за реконфигурацией применяемого оборудования в соответствии с калибром деталей, процентом износа материала и динамикой инструмента/автоматизированного устройства с целью обеспечения постоянной силы отделочных процессов.
По характеру изготовления небольшие ручные инструменты для отделки деталей имеют очень ограниченный срок службы. Захватные устройства компенсируют этот недостаток; их преимущество заключается в удобной системе управления и быстрой системе замены компонентов этого устройства. На рисунке 5 показано, как регулируется захват в конце инструмента. Оператор обрабатывает материал вне производственной ячейки. Этот процесс позволяет автоматически заменять абразивные инструменты без прерывания самого процесса обработки или снижения уровня производительности.
Альтернативная система буферовки состоит из автоматизированной руки с шестью осями, объединенной с запатентованной двухшпиндельной подвешенной системой, и закрепленного привода (рис. 6, 7). Автоматизированная рука высокой грузоподъемности оснащена пультом управления производственной ячейки. Роботизированная установка обеспечивает максимальную гибкость обработки деталей и быструю перенастройку станка. Универсальная технологическая оснастка позволяет двухшпиндельной установке выполнять более затратоэффективные операции по обработке колес. Стандартные настройки двухшпиндельного станка позволяют использовать функции легкой и тяжелой полировки, а также функцию «мягкой» полировки для колес.
Конструкция с двумя шпинделями обеспечивает вдвое больший объем производства по сравнению с традиционным автоматизированным процессом производства деталей. Модели многошпиндельных систем также встраиваются в линейки продукции производителя. В частности, предлагаются четырехшпиндельные конструкции и другие многошпиндельные системы. Четырехшпиндельные установки позволяют одной роботизированной руке обрабатывать в 4 раза больше деталей, чем на одной автоматизированной установке. В результате мы получаем меньше машинного пространства, низкие затраты на оборудование и повышенную производительность.
На рис. 7 показано, как несколько производственных ячеек могут быть объединены вместе для создания одной мощной гибкой производственной ячейки. Настройки позволяют различным производителям эффективно управлять ростом производства, внедряя новые возможности автоматизации в процесс управления экономическим циклом. Одного оператора будет достаточно для поставки деталей в обе автоматизированные производственные ячейки.
Шестиголовочная бесцентровая система с абразивной лентой для шлифовки труб и прута
Шесть полностью программируемых и контролируемых сервоприводом бесцентровых шлифовальных и полировочных систем с абразивной лентой обеспечивает высокую скорость проката материала по телескопическим трубкам гидроцилиндров за «один проход». Программируемая система с 16 осями показана на рис. 8.
Система обеспечивает съем материала 0,020'' - 0,040'' до состояния контрольной отделки и позволяет выполнять контроль соответствия стандартам допустимой погрешности цельнотянутых тонкостенных труб с внешним диаметром 2,0'' – 8,0''. Интерфейс ручного управления Smart Screen позволяет провести полную перенастройку станка в течение 1 - 5 минут, активирует функцию операции «в один прокат», а также обеспечивает высокий объем производства при производстве множества деталей различного размера.
Шлифовка абразивной лентой и система автоматической транспортировки труб предоставляют собой более экономически эффективные и производительные интегрируемые системы для шлифовки крупногабаритных труб и пластин в сравнении с бесцентровой шлифовкой колесом, обработкой на токарном станке с ЧПУ и обдирочными операциями.
Новые технологии шлифовки абразивной лентой с покрытием с применением лент из оксида алюминия с керамической тормозной поверхностью для черновой обработки и структурированных абразивных лент для финишной отделки представляют гибкие решения для соответствия требованиям, предъявляемым к процессам высокопроизводительной шлифовки гидравлических цилиндров, холоднотянутого сортового проката и автомобильным деталям.
Медное и цинковое запирающее оборудование
Высокопроизводительные, поточные, линейные и ротационные системы матирования и шлифования с программируемой системой управления для быстрой перенастройки станка обеспечивают максимальную гибкость в процессе шлифовки медных и цинковых дверных ручек, фиксирующих кнопок и розеток для различных видов запирающего оборудования. Объемы выпуска в 2000-6000 деталей в час – стандартный показатель линейных отделочных систем.
На рис. 9 показан станок конвейерного типа с головками, использующими три колеса, а также с 5-дюймовыми головками для шлифовки литых ручек из цинка с производительностью 2000-3000 деталей в час. Головки контролируются с помощью интерфейса ручного управления Smart Screen с программным обеспечением на базе меню. Данное оборудование изображено на рис. 10. Шлифовальные головки оснащены системой автоматической установки заданного положения и управляются с помощью ПЛК.
Данная технология позволяет производителям выпускать продукцию с высокой скоростью, предоставляя при этом возможность перенастройки оборудования для обработки деталей совершенно другого типа. Система быстросменных инструментов – один из ключевых факторов для быстрой перенастройки станка. Та же самая технология может позволить шлифовать и полировать медные слесарные ручки, придавая им различную форму и внешний вид. При этом остается доступной функция быстрой перенастройки оборудования.
Автоматизированное шлифование, полировка и буферовка ортопедических имплантантов
Другие классические автоматизированные операции шлифования, которые становятся возможными при внедрении новых технологий, – шлифовка, полировка и буферовка компонентов коленного и набедренного протеза. Для этих работ вручную раньше требовалось 10-15 человек (рис. 11). Сейчас подобную работу выполняет 1 роботизированная производственная ячейка, которая изображена на рис. 12.
Технология шлифования компонентов коленного имплантанта модернизировалась до такого уровня, при котором процесс автоматизированной шлифовки и полировки может комбинироваться с процессом удаления щелей, контурной и безпогрешной полировки, а также зеркальной отделки компонентов коленных и бедренных имлантантов из качественной отливки из хрома и циркония. Данная технология прогрессирует вследствие использования уникального программного и технического обеспечения. Производители деталей, использующие многоцелевые автоматизированные ячейки, также находят ряд экономически эффективных решений, получаемых в результате использования новейших технологий для автономного моделирования процесса производства деталей для того, чтобы позволить производственным ячейкам максимально увеличить дневную норму продукции. Что касается материала для шлифовальных лент, срок годности структурированных абразивных лент, обрабатывающих хромированные компоненты коленных имплантантов значительно увеличился. Он в 2-3 раза выше, чем срок годности традиционных лент.
Автоматизированная шлифовка, полировка и буферовка алюминиевых деталей мотоцикла
Различные детали мотоцикла традиционно шлифовались и полировались вручную (рис. 13). Операции, выполняемые вручную, дорогостоящи и занимают много времени. Они также являются достаточно опасными для тех, кто их выполняет. Необходимость декоративной и функциональной отделки перечисленных ниже деталей мотоциклов дала толчок развитию множества успешных автоматизированных отделочных производственных ячеек.
- Бензобаки
- Педали тормоза
- Крыло
- Рычаги переключения передач
- Поручни
- Колесные диски, кронштейны запасного колеса и съемники колес
- Ручки для заднего седока
- Корпуса зеркал
- Декоративные литые кожухи
- Тормозные скобы
- Крышки клапанного механизма
- Скользящий регулятор вилки
На рис. 14 показана двухсторонняя автоматизированная производственная ячейка для полирования лентой, полирования абразивным лепестковым кругом и буферовки колесом, покрытым волокном сизали, литых алюминиевых крышек клапана после процесса хромирования. Автоматизированные установки предварительно помещаются на общей базе в полностью закрытом помещении для того, чтобы обеспечить контроль над загрязнением окружающей среды пылью, шумом или системы безопасности оператора.
Две автоматизированные установки работают в паре с переправляющей детали стойкой. Первая установка выполняет операции по полировке абразивной лентой и абразивным лепестковым кругом, после чего деталь передается во вторую автоматизированную установку для буферовки кругом с покрытием из волокна сизали. Здесь используется круг радиусом 1 метр для затратоэффективного использования капельножидкой смеси и продления срока годности круга.
Литые крышки загружаются на 2 линии для автоматизированной обработки, которая длится приблизительно 2 часа. К тому времени оператор загрузит новые заготовки на первый выдвижной поддон, пока автоматизированные системы будут продолжать выполнять операцию. Обработанные детали затем снимаются со второго выдвижного поддона.
Простое в управлении программное обеспечение облегчило процесс контроля работ, а также процесс подготовки операторов станков. Экраны управления абразивной лентой с покрытием, абразивного лепесткового круга и колеса, функция диагностики станка, настройка модема вне устройства, удаленное выявление неисправностей и упрощенная технология целевого программирования – все это удобства использования программного обеспечения. Эти функции помогают оператору в повышении качества, объема выработки и эффективности работы автоматизированной производственной ячейки.
Автоматизированная галтовка и полировка автомобильных деталей и деталей для аэрокосмической промышленности
Примеры обработки приведены на рис. 15- 17.
Факторы мирового рынка и в дальнейшем будут способствовать улучшению качества технологий изготовления и отделки. Прогресс в области механической отделки декоративных и функциональный деталей был в значительной степени вызван развитием систем автоматизированной и компьютеризированной обработки. Передовые компании продолжают поддерживать развитие новых технологий. Это поможет им в конкурентной борьбе на арене будущего мирового рынка. Постоянные технологические изменения продолжат увеличиваться с развитием мировой экономики.
Джо Саад
Директор по продажам
Производственная компания Acme
Оберн Хиллс, Мичиган, США
Влад Глен
Директор по развитию бизнеса
Предприятия России, СНГ и Восточной Европы
Производственная компания Acme
Москва, Россия тел. +7 962 915-3225