Maszyna ma… pracować, a nie być obsługiwana

Maszyna ma… pracować, a nie być obsługiwana

Każdy program obróbczy może być inny, a maszyny SIGMA firmy FANUM mogą się przezbrajać automatycznie co jeden cykl obróbczy.

Współpraca trzech firm: FANUM z Wielopola Skrzyńskiego (woj. podkarpackie), DPS Software z Warszawy oraz DFM z Dobrego Miasta k. Olsztyna (woj. warmińsko-mazurskie) zaowocowała wdrożeniem innowacyjnej technologii, w której praktycznie każdy kolejny program obróbczy może być inny, a dwa centra obróbcze przezbrajają się automatycznie co jeden cykl obróbczy. Tego typu elastyczność jest w przypadku obrabiarek CNC rozwiązaniem innowacyjnym i doskonale wpisuje się w potrzeby producentów na przykład mebli, gdzie produkcja seryjna jest coraz częściej zastępowana przez krótkie serie czy nawet przez produkcję jednostkową. Czas przezbrajania maszyn ma w takim przypadku ogromny wpływ na koszt produkcji. A co więcej, powtarzalne automatyczne ustawianie się maszyny do kolejnych obróbek w praktyce eliminuje ryzyko błędu ludzkiego przy zmianie nastaw.

CNC do jednostkowych obróbek

Spółka DFM z Warmii, która jest producentem mebli tapicerowanych marki Livingroom w trzech zakładach produkcyjnych, zdecydowała się w swoim głównym zakładzie w Dobrym Mieście na zastąpienie prostych operacji obróbki graniaków na elementy meblowe, wykonywanych przez kilku pracowników obsługujących poszczególne maszyny, realizujące operacje cięcia, frezowania, wiercenia, szlifowania i inne, zautomatyzowanymi centrami obróbczymi. 

– Intencją było wyeliminowanie pracy ręcznej, zapewnienie idealnej powtarzalności elementów, przyspieszenie procesów obróbki oraz ograniczenie zatrudnienia – mówi Łukasz Rapcewicz, programista, kierujący działem centrów obróbczych w DFM. – To w pełni powiodło się po zainstalowaniu dwóch centrów obróbczych SIGMA, dostarczonych przez FANUM i wykorzystujących w programowaniu zaawansowanych maszyn CNC system AlphaCAM firmy DPS Software. Nasz program produkcyjny jest szeroki, a zmieniające się trendy powodują, że zamówienia są jednostkowe, więc poszczególne elementy mebli tapicerowanych są różne i wytwarzane do konkretnego zamówienia. Dlatego poszukiwaliśmy najlepszych CNC, spełniających nasze oczekiwania w tym zakresie. Bazujemy głównie na maszynach Biesse, ale tym razem wybraliśmy centra obróbcze SIGMA polskiego producenta. Prawie roczna eksploatacja potwierdza, że był to doskonały wybór, bo przynosi spodziewane efekty. A ponadto to wdrożenie stwarza możliwość realizacji naszego planu związanego z instalacją robota, który podawałby elementy do obróbki i odbierałby gotowe. Rozważamy także rozbudowę maszyn dostarczonych przez FANUM o kolejną oś, żeby zainstalować przystawkę tokarską z oprogramowaniem przygotowywanym przez DPS Software.

Zredukowana ilość wymian narzędzi

– Po długim etapie przygotowania i wyłonienia dostawcy, firma DFM w 2022 roku zdecydowała się na zakup dwóch naszych obrabiarek CNC, model SIGMA – mówi Szymon Skorupski, kierownik działu konstrukcyjno-sprzedażowego w FANUM. – Jak wszystkie nasze centra, zostały one skonfigurowane pod kątem oczekiwań, bardzo wyraźnie sformułowanych przez producenta mebli tapicerowanych. 

Centra mają wyjątkową konfigurację, bo są wyposażone w wielowrzecionową głowicę roboczą z możliwością automatycznej wymiany narzędzia z magazynka talerzowego. Posiadają także zintegrowany z głowicą roboczą agregat wiercący z siedmioma wiertłami.

– Taka konfiguracja pozwala na optymalizację pracy maszyny poprzez zredukowanie ilości wymian narzędzi w trakcie obróbki drewnianego elementu meblowego – tłumaczy Szymon Skorupski. – Wielowrzecionowa głowica pozwala na taki dobór kompletu narzędzi, żeby zredukować do minimum ilość ich wymian w trakcie cyklu obróbki.

Każda obrabiarka SIGMA została wyposażona także w dwa zautomatyzowane stoły załadowcze, więc można realizować pracę naprzemienną. Podczas obróbki na jednym stole, na drugim zdejmowany jest obrobiony element meblowy i podawany następny graniak do obróbki. Proces przeładunku odbywa się równolegle do procesu obróbczego na drugim stole, więc oszczędność czasu przerw jest znacząca. Każdy ze stołów ma zestaw trzech chwytaków, ustawianych automatycznie przez układ napędowy serwo, dostosowujących się do kolejnego zadania, wynikającego z przekazanego programu pracy maszyny.

Zdecydowano się na zastosowanie konsol sterowanych, które mają możliwość automatycznego pozycjonowania w zależności od wczytanego programu na maszynę. W ten sposób operator nie musi ręcznie przezbrajać maszyny pomiędzy programami obróbczymi. Proces ten realizowany jest automatycznie.

– W DFM, poprzez odpowiednią integrację maszyn ze środowiskiem programistycznym, praktycznie każdy program obróbczy może być inny, a maszyny mogą się przezbrajać automatycznie co jeden cykl obróbczy – mówi kierownik działu konstrukcyjno-sprzedażowego. – Tego typu elastyczność jest w przypadku obrabiarek CNC rozwiązaniem absolutnie innowacyjnym. I można rzec, „na czasie”, ponieważ w produkcji wielu produktów dominuje w coraz większym stopniu produkcja jednostkowa. Dlatego dostosowanie obrabiarki CNC i stworzenie oprogramowania do takiej funkcjonalności jest umiejętnością cechującą niewielu producentów CNC.

Obrabiarki FANUM mają wiele systemów mających na celu maksymalne skrócenie czasu obsługi samej obrabiarki, takich jak zintegrowany system odpylania stołów roboczych, czujnik długości i średnicy narzędzi do automatycznej korekcji tych parametrów, a także innowacyjny system autokalibracji głowicy roboczej, pozwalający na automatyczne ustawianie maszyny w razie potrzeby. Dla bezpieczeństwa i komfortu pracy maszyny zostały dostarczone w bezpiecznych kabinach z dachem oraz z bezpiecznymi podwójnymi drzwiami załadowczymi.

Elastyczny AlphaCAM

Sukces bardzo ciekawej realizacji firmy FANUM, wykonanej u producenta mebli tapicerowanych, jest też w dużej mierze zasługą specjalistów z firmy DPS Software z Warszawy, która była dostawcą oprogramowania AlphaCAM. Wdrożyła ona to zintegrowane rozwiązanie CAD/CAM w wielu przedsiębiorstwach, także wcześniej w DFM. Oprogramowanie charakteryzuje elastyczność, dzięki której spełnia ono potrzeby wszystkich użytkowników, niezależnie od ich wymagań. Uważa się, że AlphaCAM jest liderem na rynku w zakresie oprogramowania wspierającego wytwarzanie na obrabiarkach sterowanych numerycznie.

– Pierwsze wdrożenie oprogramowania AlphaCAM w firmie DFM miało miejsce w 2015 roku i dotyczyło maszyn CNC do wycinania elementów konstrukcyjnych mebli tapicerowanych z płyty drewnopochodnej – mówi dr inż. Józef Skoworodko, dyrektor działu rozwiązań CAM w DPS Software. – Oczekiwanie względem oprogramowania było takie, aby jak najlepiej wykorzystać płytę, rozmieszczając na niej jak najwięcej elementów, minimalizując odpad. Z pomocą przyszła funkcjonalność nestingu w oprogramowaniu AlphaCAM. Program AlphaCAM automatycznie układał zadaną ilość elementów, wyznaczając niezbędną ilość arkuszy do ich wyprodukowania. Szczególnie przydatne było przetwarzanie wsadowe na podstawie danych z systemu ERP, gdzie podana była od razu informacja o ilości elementów do wytworzenia. AlphaCAM umożliwia obserwację wskazanego folderu, gdzie mogą się pojawiać zarówno pojedyncze rysunki, jak i zlecenia w postaci tabelarycznej. Rysunki do AlphaCAM mogą trafiać w różnych formatach – od geometrii 2D w postaci DWG lub DXF, ale też w postaci brył 3D, pochodzących z popularnych oprogramowań, takich jak SolidWorks lub Inventor, jak i z formatów neutralnych, takich jak STEP czy IGES. Bryły 3D, które są tworzone w firmie DFM, zostają za pomocą automatycznej funkcji w AlphaCAM uzupełnione o obróbkę, następnie przygotowywany jest nesting i zapisywane są kody sterujące maszynami CNC.

Wdrożenie AlphaCAM z przygotowaniem stosownych postprocesorów przez firmę DPS Software początkowo objęło cztery nowe maszyny CNC, przy których dodatkowo zainstalowano moduł do etykiet.

– Wraz z rozwojem firmy DFM – mówi Józef Skoworodko – pojawiło się zapotrzebowanie na dostosowanie oprogramowania do nowych, pięcioosiowych centrów obróbczych firmy FANUM. System AlphaCAM umożliwia rozbudowę swojej funkcjonalności tak, aby klient mógł kupować moduły, które są niezbędne w jego bieżącej działalności, co jest bardzo korzystne ze względu na elastyczność podczas rozwoju firmy.

W firmie DFM została więc rozbudowana posiadana licencja AlphaCAM, przeprowadzono niezbędne szkolenia, jak też przygotowany został przez firmę DPS

Software stosowny postprocesor. Ze względu na dosyć skomplikowane warunki pracy wykorzystano symulację maszynową w postaci tzw. cyfrowego bliźniaka, aby możliwe było wykrywanie kolizji.

– Należy zaznaczyć, iż AlphaCAM już w podstawowej wersji umożliwia wykrywanie potencjalnych kolizji, co pozwala zweryfikować poprawność obróbki jeszcze przed uruchomieniem na maszynie – podkreśla dyrektor. – Oczywiście do takiej symulacji niezbędna jest kompletna symulacja bryły 3D maszyny. Firma FANUM zapewnia do swoich maszyn adekwatne modele 3D, co miało miejsce również w przypadku maszyn dostarczonych producentowi z Dobrego Miasta. Obrabiarki FANUM charakteryzują się oryginalnym umiejscowieniem agregatów scalonych z wrzecionem głównym, co również zostało uwzględnione we wdrożonym postprocesorze i symulacji maszynowej. Użytkownik jest bardzo zadowolony z rozwiązania, czego dowodem jest rozważanie rozbudowy maszyn dostarczonych przez FANUM o przystawkę tokarską. Nasze oprogramowanie AlphaCAM również wspiera ten typ obróbki, więc jedynie niezbędne będzie przygotowanie stosownego postprocesora przez specjalistów z naszej firmy oraz przeszkolenie pracowników DFM z obsługi AlphaCAM w tym zakresie.

FANUM spełnia oczekiwania

FANUM dowiodło, że może spełnić tego typu oczekiwania na potrzeby różnych branż, a meblarstwa w szczególności. Wykonana realizacja jest doskonałym przykładem prawidłowo wdrożonej innowacyjnej technologii, synergii narzędzia programistycznego CAD/CAM, stworzonego przez polskiego integratora na podstawie konkretnych oczekiwań użytkownika końcowego, a także rozwiązania w postaci innowacyjnej obrabiarki CNC, zaprojektowanej i wyprodukowanej także przez polskiego producenta do zoptymalizowanej pracy w cyklach jednostkowych. Doświadczenie i wiedza wszystkich trzech stron projektu pozwoliły na udane wdrożenie, które spełnia oczekiwania użytkownika, a – co więcej – posiada potencjał dalszej rozbudowy o kolejne komponenty automatyki w celu dalszego usprawnienia procesu.  

– Nasz udział w tym projekcie polegał na zaprojektowaniu i wykonaniu dwóch obrabiarek pięcioosiowych SIGMA, których innowacyjność polega na możliwości pracy w cyklu w pełni zautomatyzowanym – opisuje Szymon Skorupski. – Firma DFM jest producentem mebli wykonywanych jednostkowo, więc praktycznie każdy obrabiany element drewniany jest inny. W związku z tym umówiliśmy się na rozwiązanie pozwalające na obróbkę elementów graniakowych, z których każdy następny może różnić się od poprzedniego. Żeby agregaty obróbcze maszyny samodzielnie ustawiły się do wykonania kolejnej, zaprogramowanej operacji technologicznej. Żeby automatycznie przestawił się stół i agregat z narzędziem.

Dostarczony przez DPS Software program powoduje, że jedyne, co musi czynić programista, to zatwierdzić bryły kolejnych obrabianych elementów, a program dzięki różnym funkcjom automatycznie generuje programy obróbcze. Są one przekazywane do naszych maszyn, które na tej podstawie same się przestawiają. Operator obrabiarki CNC w tym zakresie nie musi nic robić. Jego zadaniem jest tylko dostarczenie drewnianego graniaka do kolejnej obróbki.

Co ciekawe, zestaw narzędzi jest ograniczony, ale maszyna może nimi wykonać szeroki zakres operacji. Tymi samymi narzędziami może wykonywać różnego typu obróbki. Frezem o średnicy 8 mm może wykonać otwór o średnicy np. 20 czy 25 mm, lub np. fasolkę. Obie nasze maszyny mają głowice wielowrzecionowe, więc w zależności od tego, jaki typ operacji jest do wykonania, wykorzystywana jest określona głowica z narzędziem. Wszystko jest wykonywane automatycznie, przy minimalnym upływie czasu.

Zminimalizowana liczba operacji

Wdrożenie działa od kilku miesięcy i potwierdza założenia konstruktorów oraz wykonawców, a także informatyków producenta mebli, którzy – jak podkreśla się w FANUM – aktywnie uczestniczyli w realizacji projektu, formułując określone oczekiwania wynikające z profilu i technologii produkcji w fabryce w Dobrym Mieście.

Użytkownik jest bardzo zadowolony, bo w CNC zastosowano oryginalny system odpylania oraz w maksymalny sposób zredukowano liczbę operacji wykonywanych przez operatora, przez służbę utrzymania ruchu czy przez ekipę porządkową. Dlatego, jak się potocznie określa: te maszyny pracują, a nie są… obsługiwane.

Oba centra są ustawione obok siebie i jeden pracownik mógłby nadążyć z podawaniem materiału i odbiorem wykonanych elementów, ale obecnie jest ich dwóch. Chyba niedługo, gdyż następnym etapem ma być automatyzacja tych stanowisk, czyli wyeliminowanie ręcznego załadunku. Manipulator ma zastąpić pracownika w podawaniu graniaków wprost do chwytaków.

Precyzja CNC w jednostkowej produkcji

Projekt zrealizowany w Dobrym Mieście to najlepszy przykład zastosowania pięcioosiowych CNC do obróbki pojedynczych elementów, różniących się między sobą. Dotychczas uważano, że CNC są efektywne przy obróbce wielkoseryjnej.

– Wykazaliśmy, wspólnie z DPS Software i DFM, że możliwe jest osiąganie precyzji i szybkiej pracy przez CNC w warunkach produkcji jednostkowej – podkreśla Szymon Skorupski. – Produkcja obu maszyn trwała u nas około 7 miesięcy, a w tym czasie DPS Software realizowało swoją część projektu. Wykonało doskonały program dla naszych maszyn, w pełni zaspokajający oczekiwania klienta. Z jego strony też mieliśmy pomoc, ponieważ dysponuje doskonałą kadrą, która precyzyjnie określiła oczekiwania i miała duży wkład w ułożenie systemu, dzięki czemu my i programiści mogliśmy znaleźć odpowiednie rozwiązanie. Warszawska firma od pewnego czasu oferuje program AlphaCAM, ale do tej realizacji wprowadzili wiele nowych narzędzi, ponieważ nowością dla nich były nasze centra obróbcze. Dzisiaj wspólnie możemy stwierdzić, że możliwe jest powielanie tego typu projektów nie tylko w fabrykach mebli, ale wszędzie, gdzie prowadzona jest obróbka drewnianych produktów na CNC. Firma FANUM ma zdolności dostarczania maszyn do produkcji małoseryjnej, a wręcz jednostkowej, z automatycznym przestawianiem maszyny dla optymalizacji produkcji, a DPS Software – odpowiednie oprogramowanie. – Współpracowaliśmy już wcześniej z firmą DPS Software, do której mamy pełne zaufanie, korzystając z ich systemów informatycznych, natomiast szybko przekonaliśmy się o wysokich kwalifikacjach zespołu FANUM – podsumowuje Łukasz Rapcewicz. – Więc wspólnie dopracowywaliśmy szczegóły dla możliwie najlepszego efektu, wkomponowanego w posiadany przez nas system informatyczny. Obecnie każde z dwóch CNC obsługuje jeden pracownik, od których nie wymagamy znajomości rysunków technicznych czy zasad programowania. Wystarczy, że zeskanuje kod zadania i wciśnie klawisz, uruchamiając proces.  

~Janusz Bekas