Автоматизация очистки шпинделей на литейном производстве

Компания Pokkels разработала и внедрила автоматизированную систему лазерной очистки шпинделей на литейном производстве ООО «ЛМЗ СКАД». Команде удалось полностью исключить операционные расходы на ручную очистку и закупку шпинделей, встроить систему в производственный цикл. В статье мы подробно расскажем об этапах проектирования системы, её техническом составе и принципах работы.

О компании

ООО «ЛМЗ «СКАД» — подразделение АО «РУСАЛ», крупнейший в России производитель литых алюминиевых дисков для автомобилей. 

На предприятии используется непрерывный конвейерный цикл, включающий электростатическую покраску – частицы краски, имеющие положительный заряд, осаждаются на отрицательно заряженную алюминиевую поверхность. 

Заготовки для дисков устанавливаются на вертикальные шпиндели и проходят все этапы обработки в автоматическом режиме. 

В процессе часть краски оседает на самих шпинделях. Со временем это приводит к накоплению слоя краски значительной толщины, вследствие чего существенно ухудшается электрический контакт, а значит — снижается качество покраски. 

Один производственный цикл шпинделя длится 4 часа, а общее число шпинделей достигает нескольких сотен.

Проблема

Очистка шпинделей осуществлялась вручную. Для обеспечения непрерывности производственного процесса на предприятии закупались два комплекта шпинделей. Пока один комплект работал, другой проходил очистку.

Работник на движущемся конвейере вручную снимал тарелку со шпинделя и ставил новую. Каждый загрязненный шпиндель подвергался термической обработке для удаления слоя краски, вследствие чего шпиндели могли деформироваться (их «вело»).

Это приводило к:

• необходимости регулярных закупок новых шпинделей (после цикла из десяти отжигов они деформируются так, что становятся непригодны для дальнейшего использования);
• нарушению геометрии установки дисков и браку.

Очистка проводилась после нескольких циклов покраски, когда толщина слоя достигала критического уровня — и это уже влияло на результат.

Химические или абразивные методы очистки не подходили: необходимо было либо останавливать конвейер, либо выносить участок в отдельное помещение.

Решение

Перед нами стояла задача: создать систему, которая позволит полностью отказаться от замены шпинделей, исключив при этом ручной труд и сохранив производительность линии. И мы это сделали.

Мы провели 3D-сканирование участка, спроектировали установку и добились интеграции нашего оборудования без конструктивных изменений производственных площадей клиента.

Состав и работа системы

Контроллер нашей разработки

В центре системы —  контроллер. Он объединяет управление лазером, роботом, аспирацией и пневматикой через единый интерфейс, разработанный специально для этой задачи.

Лазерная система Pokkels

Очистка выполняется с помощью лазерной головы, разработанной нами.
Мы подобрали режим работы и траекторию лазера так, что удалось добиться полной очистки без перегрева и деформации — лазер удаляет только краску, не затрагивая металл, благодаря чему шпиндели не повреждаются и сохраняют свою геометрию надолго.

Роботизированная основа

Промышленный робот KUKA отвечает за позиционирование и движение лазерной головы во время очистки.

Обработка одного шпинделя занимает менее 7 секунд. Робот сопровождает шпиндель в закрытой камере. Скорость системы синхронизирована с конвейером, а оптические датчики отслеживают положение шпинделей.

Механизм вращения шпинделя

Лазерная обработка проводится поэтапно: сначала очищается плоскость шпинделя, затем бортики и, наконец, конус.

Так как пространства мало, чтобы робот мог добраться до всех трех поверхностей, мы добавили цепной привод, обеспечивающий вращение шпинделя со скоростью, синхронизированной с движениями робота.

Цикл обработки

Очистка шпинделя происходит после каждого цикла покраски. Это предотвращает накопление краски, обеспечивает стабильный электрический контакт и позволяет сохранить высокое качество окраски дисков.

Система безопасности

Все зоны защищены: при открытии камеры подаётся сигнал останова, и робот автоматически выключается, исключая любые риски для персонала.

Панель управления

На панели отображается вся необходимая информация: текущий статус, количество очищенных шпинделей, режим работы.

Результат

Система позволила:

• Исключить закупку новых шпинделей — теперь они не деформируются, служат дольше и не требуют замены;
• Поддерживать стабильное качество покраски диска;
• Устранить потребность в ручной замене и очистке шпинделей;
• Сохранить темп производственного цикла.

Вывод

Мы не просто внедрили лазерную установку — мы кардинально пересобрали производственный процесс, решив сразу несколько проблем Заказчика: от перерасхода бюджета до снижения качества продукции.

Интеграция лазерной очистки в конвейерную линию позволила перейти от затратной замены шпинделей к современному и экономически эффективному решению.