Wymiana narzędzi (i chwytaków w przypadku robotów przemysłowych) jest nieodzownym elementem pracy różnych typów maszyn obróbczych i robotów. W zależności od konkretnego procesu technologicznego liczba takich wymian może się znacząco różnić. Każda jednak wiąże się z koniecznością przerwy w pracy, co przekłada się na mniejszą efektywność całego procesu produkcyjnego.

Nie tylko narzędzia zużyte
Centra frezarskie i tokarskie to maszyny bardzo często wykorzystywane przez zakłady produkcyjne działające w branżach, w których obróbka skrawaniem jest niezbędna do uzyskania potrzebnego elementu. Duże prędkości skrawania i frezowania, a często też długotrwała praca maszyny przekładają się na stosunkowo niską trwałość ostrza skrawającego lub frezów, które w związku z tym po wykonaniu określonej liczby cykli pracy muszą zostać wymienione, aby obrabiany detal nadal spełniał wymagane parametry.

Nie tylko jednak naturalne zużycie narzędzia skrawającego lub kształtującego wymusza na operatorze zatrzymanie maszyny i dokonanie jego wymiany. Inną sytuacją są tzw. zużycia awaryjne na skutek np. pęknięcia bądź wykruszenia narzędzia obróbczego, których nie da się przewidzieć, a które skutecznie mogą zatrzymać proces produkcyjny.

Coraz częściej przedsiębiorstwa stają przed koniecznością odejścia od produkcji masowej w kierunku mocno zindywidualizowanego wytwarzania krótkich partii, a nierzadko nawet produkcji jednostkowej. Ponieważ następujące po sobie zadania obróbcze mogą się mocno różnić, konieczne jest w takich sytuacjach szybkie przezbrojenie maszyny, czasem wielokrotnie w ciągu jednego dnia lub jednej zmiany.

Także w przypadku robotów przemysłowych, które biorą udział w procesach produkcyjnych, może wystąpić konieczność częstej wymianą narzędzi. Ponieważ zrobotyzowane stanowiska produkcyjne stają się coraz bardziej zaawansowane technologicznie i są w stanie wykonywać coraz więcej skomplikowanych prac w ramach jednego gniazda technologicznego, ich oprzyrządowanie nierzadko musi być zmieniane w trakcie trwania procesu produkcyjnego.

Systemy szybkiej wymiany narzędzi
Czas obróbki jest dziś jednym z kluczowych czynników wpływających na produktywność firmy, dlatego też w każdej z wymienionych sytuacji skutecznym rozwiązaniem mogą się okazać systemy szybkiej wymiany narzędzi, do niedawna jeszcze dostępne tylko w przypadku droższych maszyn z górnej półki. Dziś stają się one standardem w wielozadaniowych centrach obróbczych, w których trudno byłoby wyobrazić sobie ręczną wymianę narzędzi. W centrach tokarskich jednak, gdzie sytuacja wygląda nieco inaczej, rozwiązania manualne wciąż dominują.

Zautomatyzowane systemy szybkiej wymiany narzędzi czy chwytaków robotów pozwalają maksymalnie zredukować czas niezbędnych prac wykonywanych ręcznie, a nawet całkowicie je zastąpić. W przypadku manualnej wymiany narzędzi operacja taka trwać może 10 minut, ale też może zająć nawet pół godziny, co wynika z różnego stopnia skomplikowania technicznego istniejących na rynku maszyn. Zastąpienie takich procesów systemem automatycznej wymiany narzędzi może skrócić ten czas do kilku, maksymalnie kilkudziesięciu sekund. Samo zaś łączenie i rozłączanie nowego narzędzia zajmuje ułamki sekund. Jak widać, korzyści czasowe z zastosowania szybkich systemów wymiany narzędzi są ogromne.

Wymiana narzędzi przy użyciu tego typu rozwiązania jest także dużo łatwiejsza dla operatora, dzięki czemu nie musi on posiadać szczególnie wysokich kwalifikacji. Kolejna korzyść to mniejsze ryzyko niewłaściwego zamontowania nowego narzędzia, które mogłoby narazić przedsiębiorstwo na dodatkowe koszty, np. na skutek uszkodzenia źle zamocowanego wiertła lub noża skrawającego.

Producenci obrabiarek starają się jak w największym stopniu ułatwić pracę operatorom, dlatego coraz częściej oferują różnego rodzaju magazynki we wnętrzu obrabiarek, gdzie składowane są narzędzia do wymiany. Na przykład w obrabiarce MMC 1500 firmy Kovosvit MAS mechanizm szybkiej wymiany narzędzi posiada zasobnik narzędzi z mechaniczną ręką i nawet 30 pozycjami. Dzięki temu przy każdorazowej wymianie narzędzi nie jest konieczna wizyta w prawdziwym magazynie. Kolejne coraz częściej stosowane rozwiązanie to wykorzystanie robota do obsługi obrabiarki. Dostarcza on nie tylko niezbędne detale do obróbki, ale też konieczne w danym momencie narzędzia – i dokonuje ich wymiany.

Inwestycje w systemy szybkiej wymiany maszyn zapewniają dużo krótszy czas amortyzacji nowej maszyny i lepszą jej wydajność. Niezbędne nakłady na optymalizację możliwości obrabiarki wynoszą średnio ok. 10% ceny takiej maszyny.

Dla każdego według potrzeb
Producenci obrabiarek, robotów i osprzętu do tego typu maszyn rozumieją doskonale zapotrzebowanie rynku i oferują liczne rozwiązania zapewniające szybką i precyzyjną wymianę narzędzi. Na przykład uniwersalne tokarki serii CTX firmy DMG Mori z opcjonalnie dostępną głowicą rewolwerową Direct Drive mają w standardzie precyzyjny system szybkiej wymiany narzędzi Trifix. Dzięki temu rozwiązaniu przezbrajanie narzędzi trwa poniżej 30 sekund, ale już w obrabiarkach DMC 60H linear wymiana narzędzia „od wióra do wióra“ trwa zaledwie 2,5 sekundy.

Firma SCHUNK natomiast oferuje zintegrowany system szybkiej wymiany narzędzia/chwytaka SWS dla robota. SWS jest systemem dwuczęściowym, składającym się z głowicy po stronie robota i adaptera umożliwiającego zamontowanie narzędzia. Adapter mocowany jest w głowicy za pomocą opatentowanych mechanicznych elementów kulowych i zasilany sprężonym powietrzem przez zintegrowane zawory.

Wyposażanie maszyn w systemy szybkiej wymiany narzędzi to zagadnienie obszerne, w wielu przypadkach wymagające od producenta maszyny indywidualnego podejścia do tematu. Wydaje się jednak, że rozwiązania takie staną się niebawem standardem we wszystkich typach obrabiarek, wpływając na przyspieszenie procesów automatyzacji w przedsiębiorstwach produkcyjnych.