Przemysłowa produkcja narzędzi skrawających wymaga rozwiązań do znakowania, które łączą w sobie szybkość, precyzję i elastyczność operacyjną. Gdy wielkość produkcji jest wysoka, a różnorodność wymiarowa narzędzi jest znaczna, tradycyjne systemy znakowania wykazują swoje ograniczenia pod względem wydajności i możliwości zarządzania złożonością.
Odpowiedzią na te potrzeby jest zintegrowane rozwiązanie, które łączy w sobie technologię lasera światłowodowego, zrobotyzowaną automatyzację i dostosowane oprogramowanie w systemie zaprojektowanym specjalnie dla branży narzędzi skrawających. TowerTool to w pełni zautomatyzowana stacja znakowania laserowego, opracowana do obsługi narzędzi o długości od 40 do 370 mm i średnicy od 4 do 25 mm, przy jednoczesnym zachowaniu wysokich standardów jakości i identyfikowalności.
Serce systemu: integracja lasera i robotyki
System opiera się na architekturze, która integruje laser światłowodowy o konfigurowalnej mocy od 20 do 200 W z przemysłowym ramieniem robotycznym umieszczonym centralnie w kabinie roboczej. Wybór mocy lasera zależy od konkretnego zastosowania: najczęstsze konfiguracje wykorzystują źródła o mocy od 30 do 50 W, które stanowią najlepszy kompromis między szybkością znakowania, jakością wyników i kosztami operacyjnymi dla większości narzędzi z węglików spiekanych i stali szybkotnącej.
Centralne pozycjonowanie robota gwarantuje maksymalną elastyczność ruchu i optymalne dotarcie do wszystkich punktów załadunku na paletach. Laserowa głowica skanująca zamontowana pod kątem 90° umożliwia znakowanie wzdłuż trzpienia narzędzia lub na podstawie narzędzia, ale prawdziwa wszechstronność systemu polega na zdolności robota do ustawiania narzędzia pod zmiennym kątem od 0° do 90°, umożliwiając znakowanie na dowolnej powierzchni narzędzia przy jednoczesnym utrzymaniu wiązki lasera prostopadle do powierzchni roboczej.
Zdolność produkcyjna: do 1000 sztuk w trybie autonomicznym
Wydajność systemu TowerTool stanowi milowy krok w porównaniu do ręcznych systemów znakowania. System został zaprojektowany tak, aby pomieścić do 4 palet jednocześnie: dwie palety załadowane narzędziami do znakowania i dwie puste palety do rozładunku obrobionych części. Taka konfiguracja umożliwia znakowanie do 1000 części na cykl, przy czym rzeczywista wydajność różni się w zależności od rozmiaru narzędzia i gęstości obciążenia palety.
W pełni zautomatyzowany cykl eliminuje przestoje między częściami: podczas gdy laser znakuje jedno narzędzie, system jest już gotowy do odbioru następnego. Połączenie szybkiej obsługi i laserów o dużej mocy pozwala na obróbkę setek narzędzi na zmianę, przy jednoczesnym zachowaniu jakości każdego indywidualnego znakowania.
Po załadowaniu palet operator może poświęcić się innym czynnościom, podczas gdy maszyna pracuje całkowicie autonomicznie przez wiele godzin. Taka konfiguracja utrzymuje produkcję przez dłuższy czas, maksymalizując wykorzystanie zakładu i uwalniając zasoby ludzkie do działań o wyższej wartości dodanej.
Konstrukcja mechaniczna: spawana, rozciągana i frezowana konstrukcja stalowa
Wytrzymałość mechaniczna TowerTool jest tym, co naprawdę wyróżnia ten system. W pełni spawana stalowa konstrukcja jest sercem inżynieryjnym systemu, zaprojektowanym i zbudowanym we własnym zakresie, aby zagwarantować sztywność, precyzję i niezawodność w czasie.
Proces budowy przebiega według ściśle określonej, trzystopniowej metodologii. W pierwszej fazie elementy stalowe są spawane ze sobą w celu utworzenia ramy nośnej. Spawanie, jeśli nie zostanie poddane obróbce, wprowadza wewnętrzne naprężenia do materiału, które z czasem mogą powodować odkształcenia. Z tego powodu w drugiej fazie spawana rama poddawana jest obróbce termicznej, która całkowicie uwalnia wewnętrzne naprężenia poprzez kontrolowane cykle ogrzewania i chłodzenia.
Dopiero po usunięciu naprężeń, w trzecim etapie, konstrukcja jest poddawana obróbce mechanicznej poprzez frezowanie CNC powierzchni referencyjnych. Proces ten zapewnia wąskie tolerancje wymiarowe i płaskość powierzchni montażowych, które są niezbędne do utrzymania precyzji ruchu i powtarzalności operacji znakowania.
W przeciwieństwie do skręcanych konstrukcji z profili aluminiowych, spawana rama stalowa oferuje znacznie większą sztywność skrętną i zginaną. Sztywność ta jest niezbędna do pochłaniania naprężeń dynamicznych generowanych przez szybkie ruchy robota i utrzymania warunków pracy nawet po tysiącach godzin pracy.
Masa stalowej konstrukcji przyczynia się również do pochłaniania drgań, zapewniając stabilność podczas przyspieszania i zwalniania ramienia robota. Skutkuje to większą dokładnością pozycjonowania, a w konsekwencji wyższą jakością znakowania.
Precyzja w szczegółach mechanicznych
Oprócz ramy głównej, wszystkie komponenty manipulacyjne zostały dobrane pod kątem wysokiej wydajności przemysłowej. Prowadnice liniowe Bosch Rexroth i precyzyjne śruby kulowe zapewniają płynne i powtarzalne ruchy dla zmotoryzowanej osi Z, jeśli taka istnieje.
Śruby kulowe są pozbawione luzu osiowego i zamontowane z podwójnymi łożyskami po stronie przekładni, aby zapewnić większą prędkość obrotową i wysoką sztywność promieniową. Taki montaż umożliwia uzyskanie dwukrotnie większej prędkości w porównaniu do standardowych konfiguracji, zwiększając współczynnik sztywności promieniowej z 12,1 do 18,9.
Wszystkie silniki są wyposażone w zintegrowane enkodery 2048 impulsów na obrót, które umożliwiają precyzyjną kontrolę pozycji w czasie rzeczywistym. Znakowanie rozpoczyna się dopiero wtedy, gdy wszystkie osie osiągną prawidłową pozycję, co pozwala uniknąć błędów wynikających z niedokładnego pozycjonowania. Wszystkie elementy mocujące są wykonane ze stali nierdzewnej, zapewniając trwałość i odporność na korozję nawet w wymagających środowiskach produkcyjnych.
Zintegrowana robotyka przemysłowa
System integruje ramiona robotyczne producentów przemysłowych, takich jak ABB, wybrane pod kątem niezawodności, precyzji i szybkości wykonania. Robot jednocześnie obsługuje pobieranie, pozycjonowanie przed laserem i manipulowanie narzędziem w celu znakowania na różnych powierzchniach, a wszystko to za pomocą płynnych, skoordynowanych ruchów, które minimalizują czas cyklu.
Wybór robotyki przemysłowej zapewnia powtarzalność ruchów niezbędną podczas pracy z wąskimi tolerancjami znakowania, umożliwiając precyzyjne ustawienie narzędzia do znakowania pod kątem od 0° do 90°.
Zarządzanie zmiennością wymiarów
Jednym z głównych wyzwań w zautomatyzowanym znakowaniu narzędzi skrawających jest znaczna zmienność wymiarów różnych produktów. TowerTool rozwiązuje ten problem za pomocą systemu chwytaków z automatycznie wymiennymi palcami, co pozwala robotowi dostosować się do narzędzi o różnych średnicach bez konieczności ręcznej interwencji.
Chwytak chwyta narzędzia za trzon, zapobiegając jakiemukolwiek kontaktowi z krawędzią tnącą i uszkodzeniu aktywnej części narzędzia. Automatyczna wymiana palców umożliwia obsługę mieszanych partii bez przerywania pracy, utrzymując wysoką wydajność nawet przy częstych zmianach produktu.
Elastyczność znakowania w wielu pozycjach
Zdolność robota do ustawiania narzędzia pod różnymi kątami od 0° do 90° zapewnia pełną wszechstronność w znakowaniu. System może znakować pionowo wzdłuż trzpienia, poziomo na podstawie lub pod dowolnym kątem pośrednim wymaganym przez aplikację. Zrobotyzowana obsługa zapewnia, że narzędzie jest zawsze ustawione w prawidłowej odległości ogniskowej od lasera, niezależnie od geometrii lub rozmiaru.
W przypadku zastosowań wymagających znakowania na różnych wysokościach, system może być wyposażony w zmotoryzowaną oś Z, która jest w pełni programowalna z poziomu oprogramowania, co koordynuje jej ruchy z ramieniem robota w celu wielopoziomowego znakowania bez konieczności ręcznego przestawiania. Oś Z jest zbudowana z podwójnego profilu, aby zmaksymalizować sztywność i wykorzystuje śrubę trapezową, która zapobiega jej upadkowi w przypadku utraty momentu obrotowego silnika.
Zintegrowane zapewnienie jakości
Obecność oznaczenia jest automatycznie weryfikowana za pomocą systemu wizyjnego TTL (Through The Lens) zintegrowanego bezpośrednio z laserową głowicą skanującą. Rozwiązanie to eliminuje potrzebę dodatkowych ruchów robota lub głowicy laserowej w celu przeprowadzenia kontroli, skracając całkowity czas cyklu.
System wykorzystuje technologię OCR do rozpoznawania części oznaczenia i potwierdzania obecności kodu. Specjalne oświetlenie zaprojektowane w celu zapobiegania odbiciom na metalowej powierzchni narzędzi zapewnia optymalne warunki do rozpoznawania, zwiększając niezawodność kontroli jakości i przyczyniając się do ogólnej wydajności poprzez wyeliminowanie czasu kontroli ręcznej.
Oprogramowanie dostosowane do potrzeb Przemysłu 4.0
Cały system jest sterowany za pomocą interfejsu oprogramowania, który można dostosować do konkretnych wymagań klienta. Oprogramowanie zarządza jednocześnie 4 paletami załadowanymi do maszyny, wyświetlając dla każdej z nich podstawowe informacje: rodzaj produktu, identyfikator palety, całkowitą liczbę sztuk do oznakowania, możliwość wyboru określonych wierszy i kolumn w przypadku znakowania częściowego.
Aplikacja może odbierać dane znaczników z różnych typów konektorów (SQL, Oracle, XML, CSV, pliki tekstowe) i wykorzystywać je do automatycznego wypełniania układów zawierających dynamiczne pola. Lokalna baza danych SQL Express rejestruje kompletny dziennik operacji, dostępny dla klienta za pośrednictwem połączenia ODBC lub prostych arkuszy kalkulacyjnych Excel.
System jest gotowy dowspółpracy z systemami informatycznymi przedsiębiorstwa, takimi jak ERP lub MES, za pośrednictwem standardowych protokołów komunikacyjnych (w tym OPC-UA), umożliwiając pełną integrację ze środowiskiem Przemysłu 4.0. Pełne monitorowanie wejść/wyjść i funkcji maszyny umożliwia personelowi konserwacyjnemu dostęp do wszystkich krytycznych informacji w przypadku usterek, skracając czas przestojów i utrzymując wysoką produktywność.
Automatyzacja przepływu produkcji
Cykl operacyjny został zaprojektowany tak, aby zminimalizować przestoje i zmaksymalizować autonomię systemu. Operator ładuje do czterech palet na ręczny stół przesuwny, który wysuwa się całkowicie z kabiny, aby ułatwić operacje załadunku i rozładunku: dwie kompletne palety narzędzi do znakowania i dwie puste palety do odbioru obrobionych narzędzi.
Po rozpoczęciu cyklu drzwi pneumatyczne zamykają się automatycznie, a system zaczyna działać całkowicie autonomicznie. Ramię robota podnosi każde narzędzie z palety załadunkowej, ustawia je przed głowicą lasera pod wymaganym kątem, zachowując prawidłową odległość ogniskowania, wykonuje znakowanie w zaprogramowanych pozycjach, weryfikuje jakość za pomocą systemu wizyjnego, a na koniec umieszcza oznakowane narzędzie na palecie rozładunkowej zgodnie z wcześniej zdefiniowanymi trajektoriami.
Każda pozycja pobrania na palecie załadunkowej odpowiada konkretnej pozycji składowania na palecie rozładunkowej, zapewniając pełną identyfikowalność procesu. System został zaprojektowany z myślą o wykorzystaniu istniejących palet klienta, co upraszcza integrację z istniejącą linią produkcyjną bez konieczności dodatkowych inwestycji w dedykowany sprzęt.
Integracja z istniejącą produkcją
Możliwość wykorzystania istniejących palet klienta jest znaczącą zaletą przy integracji systemu TowerTool z istniejącymi liniami produkcyjnymi. Stół roboczy jest dostosowany do różnych rozmiarów palet, co pozwala uniknąć dodatkowych inwestycji w dedykowany sprzęt i upraszcza logistykę materiałów.
Preinstalowany system zdalnej pomocy (TeamViewer lub inne oprogramowanie zgodnie z preferencjami klienta) umożliwia szybkie interwencje wsparcia technicznego, skracając czas przestojów i zapewniając ciągłość działania.
Aspiracje i zarządzanie środowiskiem pracy
System ssący z trzystopniowym filtrem zintegrowanym w podstawie urządzenia zapewnia czyste środowisko pracy. Pompa bocznokanałowa o konstrukcji z odlewanego ciśnieniowo aluminium zapewnia wysoki przepływ powietrza, a system filtracji łączy elementy HEPA H14 i węgiel aktywny w celu usuwania mikrocząstek i zapachów. Całkowita integracja systemu próżniowego z podstawą maszyny eliminuje potrzebę stosowania nieporęcznego sprzętu zewnętrznego, optymalizując przestrzeń produkcyjną.
Bezpieczeństwo i zgodność z przepisami TowerTool to system laserowy klasy I, zaprojektowany zgodnie z kategorią bezpieczeństwa PL. Przednie drzwi pneumatyczne są wyposażone w czułą krawędź, która wykrywa przeszkody podczas zamykania, a podświetlane bariery bezpieczeństwa zapewniają ochronę operatora. Sterownik Siemens S1200 obsługuje wszystkie funkcje bezpieczeństwa, ze specjalnymi przekaźnikami i podwójnymi obwodami styczników.