Metalo apdirbimo staklės

Naudojant modernias metalo apdirbimo stakles didinamas darbo našumas ir produkcijos kokybė, mažėja energijos sąnaudos ir nelaimingų atsitikimų darbe.

Lietuvoje  yra apie 300 įmonių, kurios naudodamos metalo apdirbimo stakles apdoroja metalą. Didelė dalis įmonių naudoją pasenusią, mažai našią ir net darbuotojų saugumui pavojingą įrangą. Pakeitus pasenusią įrangą, gerokai sumažėja darbo sąnaudos, pagaminama kokybiškesnė ir vienodesnės kokybės produkcija, mažėja energijos sąnaudos, sumažėja nelaimingų atsitikimų darbe.

Metalo staklių tipai

Metalo apdirbimo staklės skirstomos pagal valdymo tipą ir funkcines savybes. Praktiškai visos šiuolaikinės staklės yra programinio valdymo su keliomis išskirtomis klasėmis.

Seniausios ir dabar negaminamos yra skaitmeninio programinio valdymo SPV (NC Numerical Control) staklės bei didesnės atminties talpos SPV sistemos ( SNC - Stored Numerical Control). Pačios populiariausios šiuo metu yra kompiuterinės SPV sistemos ( SNC - Computer Numerical Control). Valdymo punkte instaliuotos programos valdo pagrindines ir papildomas kompiuterio funkcijas. Stakles taip pat galima valdyti tiesiogiai iš kito kompiuterio. Tai DNC - Direct Numerical Control klasės staklės. Jos dažniausiai taip pat valdomos ir su CNC sistema. Tokia sistema  turi didesnes galimybes valdant papildomai automatizuotą sandėlį, detalių transportavimą. Pačios naujausios ir dar mažai paplitusios yra balsu valdomos (VNC - Voice Numerical control ) staklės. Jų įrenginiai leidžia įvesti komandas balsu.

Pagal funkcinę paskirtį yra daugiau kaip dešimt staklių tipų. Šiame straipsnyje apžvelgsime frezavimo ir tekinimo stakles. Frezavimo staklių pagrindinis įrankis yra galinė freza, kuri gali vykdyti pjovimo judesius mažiausiai dviejų koordinatinių ašių kryptimis. Frezavimo staklės būna iki penkių valdomų koordinatinių ašių. Suklio padėtis erdvėje gali būti vertikali ir horizontali.

Vertikalusis apdirbimo centras su pasukamu - paverčiamu stalu.

Horizontalūs apdirbimo centrai turi savo privalumų. Suklys būna įtvirtinamas stacionariame ir standesniame suklio galvutės korpuse. Galimas paviršiaus apdirbimas padidintais pjovimo režimais. Detalę galima apdirbti iš visų pusių. Drožlės krenta ne ant apdirbamos detalės, o žemyn. Tokios staklės turi mažiausiai 4 valdomas ašis, sukamas stalas paduoda detalę pradžioje iš vieno spusės, vėliau - iš kitos.

Horizontalusis apdirbimo centras.

Klasikinėse tekinimo staklėse apdirbami ruošiniai turintys sukamo kūno formą. Ruošinys sukasi apie savo ašį, įrankiai tekina gremždami metalą. Tačiau šiuolaikinėse tekinimo staklėse ruošinys nebūtinai sukasi apie savo ašį, suteikiant jam apskritiminę pastūmą. Naudojami besisukantys įrankiai. Gręžiamos skylės, frezuojami grioveliai.

Pagrindinės staklių dalys

Bazinė staklių dalis susideda iš stovo, suklio (špindelio), įrankių dėtuvės, stalo, aušinimo sistemos ir valdymo pulto. Dar staklės komplektuojamos papildomomis funkcijomis, kurios stakles priderina prie reikiamų sąlygų. Tai gali būti įvairios suklio, įrankių dėtuvės, aušinimo sistemos modifikacijos bei atskira įranga, pavyzdžiui, drožlių šalinimo  konvejeris.

Staklių stovas turi būti gaminamas iš tvirto plieno, kadangi jį veikia didelės apkrovos ir vibracijos. Visos šiuolaikinės staklės turi dengtą korpusą. Metaliniame korpuse paliekami grūdinto stiklo langai metalo apdirbimo procesui stebėti. Neapsaugotose korpusu staklėse visada didesnis pavojus nelaimingam atsitikimui įvykti. Didžiausią grėsmę kelia nulūžtančios ir neprognozuojama kryptimi lekiančios staklių ar ruošinio dalys.

Per stiklą staklių operatorius stebi apdirbimo procesą ir, baigus darbus arba apdirbimo ciklą, pakelia dangtį. Staklės automatiškai reaguoja į dangčio pakėlimą blokuodamos darbinius procesus.
Sunkių staklių korpusas tvirtinamas ant betoninių grindų. Betoninių grindų storį ir naudojamo betono markę turėtų paskaičiuoti projektuotojas. Yra ir mažų staklių (office mill arba lathe klasės), kurių korpusas ant ratukų ir jos gali būti stumdomos patalpoje.

Offiso klasės stakles nesunku perkelti iš vienos patalpos į kitą.

Suklys ( špindelis) yra pagrindinė darbinė metalo apdirbimo staklių dalis. Suklys montuojams į suklio galvutę, korpusinę staklių dalį. Suklio greitis parenkamas dažniausiai priklausomai nuo apdirbamo metalo tipo. Aliuminio apdirbimui suklys turėtų turėti ne mažiau 10 000 apsisukimų per minutę, nerūdijančiam plienui - 8000 apsisukimų per minutę. Kaip papildoma funkcija gali būti komplektuojama papildoma suklio galvutė.

2 suklių suklio galvutė.

Sukliui įrankius paduoda automatinis įrankių keitiklis, kuris ima įrankius iš įrankių dėtuvės. Įrankių dėtuvės  būna šoninės vertikalios ir horizontalios (skėčio tipo). Su skėčio tipo dėtuvėmis sukomplektuotose staklėse nereikia keitimo manipuliatoriaus, nes įrankis įstatomas sukant dėtuvę ir suderinant suklio lizdą su įrankiu. Tačiau keitimas vyksta ilgiau, nes pradžioje reikia atlaisvinti suklio lizdą. Tokiuos dėtuvėse telpa mažiau įrankių nei šoninio tipo dėtuvėse.  Įrankių dėtuvės yra mažiausiai iš 10 griebtuvų, standartiškai gaminamos 20 - 24 - 48 griebtuvų įrankių dėtuvės. Papildomai galima užsakyti dėtuves su įrankio pririšimu pagal ilgį, įrankio parametrus.

Pasukamas stalas padidina staklių galimybes.

Dvigubas pasukamas stalas. Sukamieji stalai turėtų pasižymėti didesne galia ir sukimo momentu, ir greitesniu lėtėjimo pagreičiu.

Aušinimo sistema į įkaitusias vietas purškia specialią emulsiją vandens pagrindu. Panaudotas vanduo surenkamas, filtruojamas ir vėl nukreipiamas į aušinimo procesą. Papildomai gali būti komplektuojami reguliuojami purkštukai itin tiksliai nukreipiantys aušinimo emulsiją į darbinę zoną. Dar efektyvesnis yra aušinimas per specialią suklio galvutę. Emulsija patenka tiksliau, įrankis geriau aušinamas ir galima greičiau dirbti.

CNC valdymo įrenginys yra staklių smegenys. Tai yra kompiuteris, kuris skaito pateiktas programas, jas konvertuoja į konkrečias komandas ir jas perduoda staklių mechanizmams. Daugiausia naudojamos specializuotos dalys ir vidinės programos, kurias sudaro gamintojas. Tokia sistema labiau pritaikyta konkrečioms staklėms ir yra patikimesnė. Dalyje staklių naudojami standartiniai kompiuterių komponentai ir programinė įranga. Tai pigiau, tačiau tuo pačiu mažiau patikima nei specializuota sistema. Daugumos gamintojų valdymo pultai yra labai panašūs, dažnai būna itin panašus net mygtukų išdėstymas ir žymėjimas skydelyje. Taip sudaromo sąlygos lengvesniam perėjimui nuo vienų staklių prie kitų bei didesniam  darbo saugumui.

Metalo staklių valdymo pultas.

Valdymo pulte informacija pateikiama ekrane, funkcijos valdomos mygtukais. Modernios metalo apdirbimo staklės pritaikytos dirbti viena ranka, todėl galima įdarbinti ir neįgalius žmones.

Metalo cecho modernizavimas

Neabejotinai metalo cecho modernizavimas padidins gaminamos produkcijos kiekį bei sumažins jos savikainą. Pasikeitusios sąlygos reikalaus ryžtingų žingsnių iš cecho valdytojų. Padidėjusiam produkcijos kiekiui prireiks naujų realizavimo partnerių ar net rinkų. Skaičiuojant modernizavimo kaštus, reikia tai įvertinti ir priskaičiuoti atsirandančius rinkodaros kaštus.
Nauja kokybiška produkcija taip pat suteikia galimybę gaminti serijinius gaminius naudojant nuosavą prekės ženklą. Kartu su staklių modernizavimu dažniausiai įsisuka ir kompanijos įvaizdžio modernizavimo procesas.
Pagrindiniai modernizavimo tikslai:

• Gamybos  našumo padidėjimas. Šiuolaikinės CNC staklės atlieka dešimtis kartų daugiau operacijų nei rankinio ar pusiau automatinio valdymo staklės.
• Darbo našumo padidėjimas ir darbo kaštų sumažėjimas. Kelias CNC stakles gali prižiūrėti vienas žmogus. Darbininkų poreikį sumažina automatizuoto pakrovimo ir iškrovimo sistemos. Smarkiai sumažėja staklių operatoriaus laikas susipažįstant su užduotimi. Mažiau užtrunka staklių aplinkos sutvarkymas.
• Produkcijos kokybės išaugimas sąlygojamas itin tikslaus kompiuterizuoto staklių valdymo. Aukštesnės kokybės produkcija tampa konkurentabili ir tinkama aukšto tikslumo reikalaujančioje gamyboje.
• Energijos taupymas. Šiuolaikinės staklės sumažina energijos suvartojimą.
• Išauga emocinis pasitenkinimas darbu dirbant su automatinėmis staklėmis, tai taip pat sąlygoja darbingumo augimą.
• Šiuolaikinių  staklių darbo erdvė uždara ir gali būti naudojama ištraukiamoji ventiliacija, o tai užtikrina švaresnį orą ceche. Taip pat uždara erdvė leidžia naudoti tepimo aušinimo skysčius, kurie padidina disko atsparumą dilimui, bet taip pat yra kenksmingesni staklininko sveikatai nei įprasti aušinimo skysčiai.
• Mažėja techninės priežiūros laikas, nes naujos staklės mažiau genda. Įrankio matmenys kinta dėl susidėvėjimo, derinimas taip pat užima papildomą darbuotojo laiką. Kaip papildoma funkcija staklėse gali būti komplektuojamas automatinis įrankio matmens tikrinimas ir jo paderinimas.

Metalo staklių pirkimas

Metalo apdirbimo staklės yra gana brangus pirkinys. Neturint savo lėšų, dalį lėšų galima gauti pasinaudojus ES paramos projektais arba pirkti pasinaudoju lizingo sutartimi. Anksčiau lizingo bendrovės gana įtariai žiūrėjo į staklių finansavimą. Gana dažnai metalo staklių pardavėjai siūlo įtraukti į kontraktą staklių atpirkimą įmonės nesėkmės atveju sąlygą,  lizingo bendrovės daug paprasčiau ėmė finansuoti naujų staklių pirkimą.

Ką galima pagaminti su metalo staklėmis

Frezavimo staklėmis galima frezuoti plokštumas, griovelius, jomis gręžiama, tekinama, plečiamos ir sriegiamos skylės, sriegiami išoriniai sriegiai, graviruojami tekstai, sudėtingi 3D paviršiai  Sudėtingiausia laikoma  press formų gamyba. Gaminamos detalės medicinos, auto pramonei, maisto pramonei.

Staklių cecho darbuotojai

Šiuolaikinėse CNC staklėse tekintojas tapo staklių valdytoju ir programuotoju artimu inžinieriui technologui. Anksčiau, gaminant rankinėmis staklėmis, gaminio kokybė daugiausia priklausė nuo staklininko kvalifikacijos ir būsenos. Dabar staklių operatorius gali vienu metu aptarnauti 2 ir daugiau staklių, jo funkcijos apsiriboja staklių užkrovimu, programos paleidimu ir tekinimo / frezavimo proceso priežiūra. Gaminio kokybė visiškai priklauso nuo valdomų staklių, kas užtikrina gaminio kokybinį tolygumą.
Pasak staklių gamintojų atstovų, išmokyti dirbti su naujomis staklėmis neužima daug laiko. Visiškai su staklių aptarnavimu nesusijęs žmogus išmoksta programuoti per  2-3 savaites, susipažinusiam užtenka ir 1 savaitės. Staklių gamintojų atstovų organizuojamuose kursuose gaunamas tarptautinis staklių programuotojo sertifikatas.
VGTU CNC įrengimų programavimas dėstomas nuo 2007 metų. Studentai praktiškai susipažįsta su CNC staklėmis  įrengtoje klasėje.

Detalių programavimas

Mažinant programavimo išlaidas, gamintojai paprastai stakles komplektuoja ir su programų bibliotekomis, kur galima surasti detalių apdirbimo programas. Programuotojas atrenka panašią detalę ir ją pakeičia padarydamas nedidelius pakeitimus. Konstruktoriai ar inžinieriai technologai detalės erdvinį modelį ruošia naudodami AutoCad, Solidworks, AgaCam, JunicGrafic, CadCam programas. Laikui einant įmonė sukuria ir savo ruoštų detalių katalogus, tas taip pat prisideda prie programavimo sąnaudų mažinimo. Programuoti galima paprastu asmeniniu kompiuteriu. Gaunamas failas perkeliama į staklių programinio valdymo įrenginį  per išorinį duomenų kaupiklį ar tiesiogiai persiunčiant sujungus kompiuterį ir stakles į tinklą.  Valdymo pultas tampriai susijęs su visa programavimo sistema CAM (Computer Aided Manufacturing).  Įkėlus sukurtą programą per postprocesorių, valdymo sistema pritaiko gautą programą staklėms numatydama, kiek ir kokių operacijų reikės atlikti norint gauti sumodeliuotą gaminį. Staklių gamintojai programas rašo dažniausiai naudodamiesi G&M programiniu kodu, kuris leidžia pereiti nuo vienų staklių programavimo prie kitų pakankamai lengvai. Populiariausios valdymo sistemos yra Fanuk, Haas, Mazak.

Metalo cecho rentabilumo skaičiavimas ir verslo plano ruošimas

Skaičiuojant metalo cecho atsiperkamumą, reikėtų įvertinti daug rodiklių. Pagrindines išlaidas sudarys:

1. Staklių amortizacija, kuri vidutiniškai skaičiuojama apie 10 procentų per metus nuo staklių kainos;
2. Staklių priežiūros išlaidos, kurios vidutiniškai sudaro apie 2 procentus nuo staklių kainos;
3. Paskolos palūkanos - tokios, kokiu procentu paimta paskola ar lizinguojamos staklės;
4. Elektros energija staklių darbui ir apšvietimui;
5. Patalpų nuoma;
6. Staklių operatoriaus darbo užmokestis;
7. Cecho ir bendrosios gamybinės išlaidos, kurios vidutiniškai sudarys tiek pat, kiek išlaidos staklių operatoriui;
8. Išlaidos rinkodarai;
9. Programavimo išlaidos;

Dalis šių išlaidų pastovios, dalis priklauso nuo darbo režimo. Augant darbo intensyvumui, daugiau mokama darbuotojams, daugiau išlaidų atsiranda dėl įrankių dėvėjimosi, energijos sąnaudų. Tačiau padaugėjus pagamintų detalių, sumažėja pastovių išlaidų dalis savikainoje - amortizacija, patalpų nuoma, paskolos palūkanos. Mažai auga staklių aptarnavimas, cecho ir bendrosios gamybinės išlaidos, išlaidos rinkodarai. Jei gaminama ta pati detalė, mažėja programavimo išlaidos detalei.

Ruošiant staklių cecho verslo planą reikėtų paruošti 3-4 skirtingų darbo režimų variantus. Visada reikėtų įvertinti, kad abejotina, ar staklės bus 100 procentų apkrautos, siektinas apkrovimas apie 90 procentų. Dalį darbo laiko (2- 3 proc) užims staklių remonto darbai. Prastesnės kokybės staklių prastovos gali dar pailgėti.