Tom Nordquist och Göran Nisshagen
Maskin för fräsning och slipning
av möbelkomponenter
Förundersökning
TräteknikCentrum, Rapport serie P nr 22
TräteknikCentrum
I N S T U r T E T FÖR TRÄTEKNISK FORSKNING
Tom Nordquist och Göran Nisshagen
MASKIN FÖR FRÄSNING OCH SLIPNING AV MÖBELKOMPGNENTER Förundersökning TräteknikCentrum, Rapport s e r i e P nr 22 Nyckelord; Components F i n i s h e s F u r n i t u r e F u r n i t u r e Manufacture Machine Design Markets Stockholm F e b r u a r i 1983
I N N E H Å L L S F Ö R T E C K N I N G
Sid
0. SYFTE 3 1. METOD 3 2. PR0BLEMAVGRÄN5NINGAR 3
3. BESKRIVNING AV DETALJER SOM SKALL BEARBETAS 4
Ämnen 4 4. SPECIFIKA SVÅRIGHETER 4 5. PRINCIPLÖSNING 5 A Maskinuppbyggnad 5 B Styrsystem 8 6. KOSTNADSUPPSKATTNING 9
7. TILLGÄNGLIGA MASKINER PÄ MARKNADEN 9 8. MARKNADSBEHOV - AVSÄTTNINGSMÖJLIGHETER 10 9. SLUTSATSER. FÖRSLAG TILL FORTSATT ARBETE 11
0. SYFTE
På uppdrag av s t y r g r u p p Trämöbler har en förundersökning g j o r t s i s y f t e a t t bedöma möjligheterna a t t åstadkomma en r a t i o n a l i s e r i n g av k o m p o n e n t t i l l -verkningen inom möbelindustrin.
P r o f i l e r a d e d e t a l j e r framställs idag i s t o r utsträckning med s t o r i n s a t s av m a n u e l l t a r b e t e i k o n v e n t i o n e l l a bordfräsmaskiner. Den därpå följande s l i p -ningen/putsningen sker m a n u e l l t v i d enkla separata s l i p m a s k i n e r . A r b e t e t v i d dessa o p e r a t i o n e r innebär dessutom o f t a s t o r a påfrestningar på persona-l e n med avseende på b u persona-l persona-l e r , damm, arbetsstäpersona-lpersona-lningar och o persona-l y c k s f a persona-l persona-l s r i s k e r . Förundersökningen har i n r i k t a t s på a t t studera möjligheterna a t t bygga en maskin för a t t automatisera fräsningen och s l i p n i n g e n , och a t t utföra dessa arbetsmoment i en följd.
1. METOD
E f t e r studiebesök på e t t a n t a l r e p r e s e n t a t i v a möbelindustrier, där man a r -b e t a r med komplicerade k r o k i g a och p r o f i l e r a d e d e t a l j e r , kunde pro-blemen fastställas och g r o v t avgränsas.
Mot bakgrund av de krav på u t r u s t n i n g e n som p r o b l e m i n v e n t e r i n g e n gav, d i s -kuterades och skissades o l i k a v a r i a n t e r och uppbyggnadssätt för en maskin. Kontakter togs med leverantörer av s t y r s y s t e m för a t t få underlag för möj-l i g h e t e r och kostnader för s t y r n i n g e n av maskinen. Kostnaderna för maskin-v a r i a n t e r n a har g r o maskin-v t u p p s k a t t a t s i samråd med e r f a r n a m a s k i n t i l l maskin-v e r k a r e . Marknadsbehov och avsättningsmöjligheter är a t t b e t r a k t a som g i s s n i n g a r , baserade på egna e r f a r e n h e t e r av den svenska trämanufakturindustrin.
2. P R O B L E M A V G R S N S N I N G A R
Den i förundersökningen s k i s s e r a d e maskinvarianten är tänkt a t t användas för s a m t i d i g fräsning och s l i p n i n g av i första hand möbelkomponenter. En normal v a r i a n t av maskinen s k a l l betjänas av en operatör, som förser maskinen med ämnen samt t a r emot bearbetade d e t a l j e r för avsyning och even-t u e l l kompleeven-teven-terande p u even-t s n i n g m m.
Maskinen s k a l l på e t t r e l a t i v t e n k e l t sätt kunna anpassas för e t t f l e r t a l o l i k a komponentvarianter. Omställningen s k a l l r i m l i g t snabbt kunna göras av den o r d i n a r i e operatören.
De för b e a r b e t n i n g avsedda ämnena s k a l l ha en e n h e t l i g geometrisk form med r e l a t i v t små måttvariationer. Ämnena och komponenterna bör ha väl d e f i -n i e r a d e r e f e r e -n s y t o r e l l e r r e f e r e -n s p u -n k t e r , så a t t de ka-n f i x e r a s i läge under bearbetningen.
4
3. BESKRIVNING AV DETALJER SOM SKALL BEARBETAS Ämnen
Ämnena kan i huvudsak i n d e l a s i två grupper:
• (grupp 1) Massivträ Böjträ Lamellimmat MDF Spånskivor m m Dimensioner: (grupp 2) Maximal längd " bredd höjd Maximal längd bredd ca 1000 mm, normalt 200-500 mm 600 " , 150 " , 50-200 " 50-100 " ca 2000 mm, normalt 500-800 mm " 1000 " , " 400-600 " 40 " , " 12-20 " , (1) (2) t j o c k l e k "
För ämnen i grupp ( 1 ) gäller:
Ämnena kan i n t e a l l t i d b e s k r i v a s g e o m e t r i s k t exakt. På grund av spän-ningar i träet m m kan ämnenas form v a r i e r a inom v i s s a gränser.
Ämnena har o f t a e t t r e l a t i v t konstant tvärsnitt, men kan vara krökta upp t i l l 360°. Krökningen är i allmänhet i e t t p l a n , men kan i v i s s a f a l l vara i f l e r a .
I en d e l f a l l har ämnena e t t varierande tvärsnitt. Normalt är det höjden som då v a r i e r a r , men även p r o f i l b r e d d e n kan v a r i e r a s a m t i d i g t .
Ämnena kan vara krökta med en i n n e r r a d i e ned t i l l r 40.
K a n t l i n j e n (höjdvariationen) kan ha krökningsradier ned t i l l r 25. Sidokanten kan vara lutande med k o n s t a n t , e l l e r i sällsynta f a l l , va-r i a b e l l u t n i n g s v i n k e l .
4. SPECIFIKA SVÅRIGHETER
Stora materialmängder s k a l l b i t v i s avverkas. I många f a l l försågas dessa ämnen på bandsåg.
Ämnena s k a l l o f t a förses med hörnradier. Dessa kan börja och s l u t a på f l e r a bestämda ställen u t e f t e r bearbetningssträckan. Vanligen används en s t o r l e k på hörnradie, men i v i s s a f a l l kan två o l i k a r a d i e r förekomma. Särskilt då ämnet består av massivträ måste problem med u r f l i s n i n g v i d motträ beaktas på d e l a r av p r o f i l e n .
I många f a l l s k a l l ämnena bearbetas på a l l a s i d o r u t e f t e r hela e l l e r de-l a r av p r o f i de-l e n . Detta försvårar uppspänningen av ämnena. Bearbetningen kan komma a t t behöva ske i två moment.
- K o r r e k t dokumentation av ämnenas och komponenternas form saknas i rånqn f a l l . Detta kan försvåra s t y r n i n g e n av maskinen.
Vissa komponenter kan ha dubbelkrökta y t o r med snäva r a d i e r - " s l i n c r i g form" - v i l k e t försvårar åtkomligheten för v e r k t y g e n .
5. PRINCIPLÖSNING A Maskinuppbyggnad
Maskinen måste för a t t k l a r a av de mest komplicerade komponenterna vara försedd med bearbetningsenheter som kan s t y r a s i f y r a a x l a r . I v i s s a f a l l kan t o m fem a x l a r behövas. För ämnen ur grupp 2 kan det dock räcka med två- e l l e r t r e a x l i g s t y r n i n g .
Den huvudsakliga bearbetningen av ämnets form bör ske med e t t s t a b i l t fräs-aggregat, v i l k e t är noggrant tvångsstyrt. Fräsning av k a n t r a d i e r m m kan utföras av fräsaggregat som följer ämnets k a n t y t o r .
S l i p n i n g e n kan ske med hjälp av s l i p a g g r e g a t som är f l y t a n d e upphängda med lämpligt anläggningstryck. Aggregaten s t y r s i huvudsak på samma sätt som "formfräsaggregaten".
I s i n e n k l a s t e form (se s k i s s 1) kan maskinen vara uppbyggd med 23 v e r t i -k a l a bearbetningsenheter v i l -k a -kan s t y r a s i Y- och e v e n t u e l l t oc-kså i Z-r i k t n i n g e n . Ämnena spänns upp på e t t boZ-rd, v i l k e t matas i X - Z-r i k t n i n g e n föZ-r- för-b i för-bearför-betningsenheterna. S t y r n i n g e n kan ske mekaniskt ( m a l l s t y r n i n g ) e l l e r med hjälp av e l e k t r o n i k . Med denna maskin kan många enkla komponenter bear-betas på e t t r a t i o n e l l t sätt, framför a l l t p r o f i l e r i n g av k u r v f o r m i g a
kan-t e r på plana ämnen.
I en mer u t v e c k l a d v a r i a n t ( s e s k i s s 2) kan maskinen vara uppbyggd av e t t uppspänningsbord, rörligt i två vinkelräta r i k t n i n g a r i h o r i s o n t a l p l a n e t , och dessutom r o t e r b a r t k r i n g en v e r t i k a l a x e l . Bearbetningsenheterna s k a l l vara rörliga i Y- och e v e n t u e l l t i Z - r i k t n i n g e n . S t y r n i n g e n av rörelserna kan ske med s e k v e n s s t y r n i n g e l l e r med hjälp av e l e k t r o n i k . En på d e t t a sätt uppbyggd maskin kan användas för e t t f l e r t a l komponenter, företrädesvis be-arbetade ur plana ämnen, t ex " s t o l s k n e k t a r " , b o r d s s k i v o r m m.
Den mest u n i v e r s e l l a v a r i a n t e n av maskinen (se s k i s s 3) kan vara uppbyggd av e t t a n t a l b e a r b e t n i n g s e n h e t e r v i l k a är rörliga i Y - r i k t n i n g e n u t e f t e r b a l k a r , som i s i n t u r är rörliga i X - r i k t n i n g e n längs e t t uppläggnings-p l a n . Bearbetningsenheterna är rörliga i Z - r i k t n i n g e n och kan dessutom vara v r i d b a r a k r i n g två a x l a r . Ämnena spänns upp på brätt, v i l k a sedan f i x e r a s i läge under de o l i k a b e a r b e t n i n g s s t a t i o n e r n a . S t y r n i n g e n av rörelserna bor ske på e l e k t r o n i s k väg. Denna m a s k i n v a r i a n t bör kunna användas för a t t be-arbeta de f l e s t a förekommande komponenterna i möbelindustrin.
i
SKISS \.
: '
! 1
S K I S S s
T-B Styrsystem
Styrsystemet bestäms d e l s av maskinuppbyggnaden, d e l s av önskad automatise-r i n g s g automatise-r a d .
Manuell s t y r n i n g . I s i n e n k l a s t e form kan operatören s t y r a fräs- e l l e r s l i p a g g r e g a t e t i önskat rörelsemönster. D e t t a kan knappast tillämpas v i d b e a r b e t n i n g t i l l bestämda mått e l l e r former, utan framför a l l t med k o p i e -rande v e r k t y g för t ex k a n t r u n d n i n g e l l e r y t s l i p n i n g .
M a l l s t y r n i n g . Med l i n j a l e r e l l e r k u r v m a l l a r kan aggregaten s t y r a s i nog-granna rörelser både för formning och kopierande b e a r b e t n i n g . Det är
möj-l i g t , s p e c i e möj-l möj-l t v i d s t o r a s e r i e r och få v a r i a n t e r , a t t använda m a möj-l möj-l s t y r n i n g för en e l l e r f l e r a f r i h e t s g r a d e r . Man kan med fördel kombinera m a l l s t y r n i n g i 2-3 f r i h e t s g r a d e r med manuell s t y r n i n g i 1 e l l e r 2. Även v i d k o r t a s e r i e r kan man använda m a l l s t y r n i n g , om a n t a l e t v a r i a n t e r är begränsat. M a l l s t y r n i n g har en hög i n i t i a l k o s t n a d , men är sedan r o b u s t , lättfattlig och t i l l -förlitlig. Den kan användas för formning e l l e r för a t t e t t kopierande agg-r e g a t s k a l l kunna följa en kompliceagg-rad foagg-rm.
Optisk s t y r n i n g . Optisk avläsning av m a l l e l l e r r i t n i n g har u t v e c k l a t s t i l l en enkel och bra s t y r m e t o d . Jämfört med m a l l s t y r n i n g är det lätt a t t ändra rörelsen genom påritning med penna. Den är lätt a t t kombinera med impuls-g i v n i n impuls-g för t ex b o r r n i n impuls-g , höjninimpuls-g, sänkninimpuls-g.
T e a c h - i n - s t y r n i n g . Vid r o b o t s t y r n i n g och i NC-maskiner används v a n l i g e n punkt t i l l p u n k t - s t y r n i n g . D e t t a fungerar bra i o p e r a t i o n e r där man a r b e t a r med enkla geometriska f i g u r e r och kombinationer av dessa. Fräsning av
i n n e r - och y t t e r p r o f i l på köksluckor är exempel på d e t t a . Rektangel med runda e l l e r vassa hörn är lätt a t t ändra måtten på, men v i d svårare former b l i r programmeringen tidsödande och svår, t r o t s möjlighet a t t köra med j o y -s t i c k .
Sprutmålningsrobotens t e a c h - i n - t e k n i k , där en d u k t i g operatör, som sprutmå-l a r manuesprutmå-lsprutmå-lt i kompsprutmå-licerade röresprutmå-lsemönster medan minnet kommer ihåg hur han g j o r d e och kan upprepa rörelserna, är en mer passande t e k n i k . Problemet är a t t datamängden b l i r mycket s t o r v i d många f r i h e t s g r a d e r och tätt mellan punkterna. En kombination av m a l l s t y r n i n g och t e a c h - i n - s t y r n i n g kan vara en lösning. Kostnaden för e t t teach-in-system l i g g e r på 50-100.000 kronor v i d 3 f r i h e t s g r a d e r . Möjligen kan två 3 - a x l i g a system kombineras.
Numerisk s t y r n i n g . NC-styrning används i ökad o m f a t t n i n g inom många branscher för framför a l l t s v a r v a r , fräsar, borrmaskiner och p r e c i s i o n s -s l i p m a -s k i n e r . När man använder CAD/CAM är NC-programmeringen e n k e l , men v a n l i g e n är programmeringsarbetet d y r t och kräver datorhjälp. Väl program-merad f u n g e r a r NC-tekniken bra. NC-styrda överfräsar används mycket för fräsning av t ex f y l l n i n g s l u c k o r ur en MDF-skiva.
6. KOSTNADSUPPSKATTNING
Det är mycket svårt a t t uppskatta kostnadsnivån, då både maskinuppbyggnad, a u t o m a t i s e r i n g s g r a d och a n t a l aggregat kan v a r i e r a mycket, önskemålet är a t t m a s k i n p r i s e t l i g g e r k r i n g 200.000 kronor, så a t t även små företag kan s k a f f a u t r u s t n i n g e n . Då den nuvarande manuella bearbetningen går snabbt och b i l l i g t , är d e t svårt a t t räkna hem dyra maskiner, som förbättrar a r b e t s -miljön väsentligt, men har lägre k a p a c i t e t . En maskin e n l i g t s k i s s 1 kan gå a t t hålla inom den ramen med m a l l s t y r n i n g . Med någon e l e k t r o n i k b a s e r a d s t y r n i n g ökar p r i s e t med y t t e r l i g a r e 50.000 - 100.000 k r o n o r .
En maskin e n l i g t s k i s s 2 b l i r g i v e t v i s väsentligt d y r a r e . Mellan 400.000 och 800.000 kronor i n k l u s i v e s t y r n i n g är s a n n o l i k t .
En 3 - s t a t i o n s m a s k i n e n l i g t s k i s s 3 k o s t a r t r o l i g e n över m i l j o n e n .
En väg a t t få fram en maskin är a t t v i d a r e u t v e c k l a Jomac's 2 - a x l i g t s t y r d a överfräs med o p t i s k avläsning. Med två b e a r b e t n i n g a r s a m t i d i g t k o s t a r den 225.000 k r o n o r . I e t t k r a f t i g a r e utförande och med t e a c h - i n - s t y r n i n g för 4-6 a x l a r beräknas kostnaden b l i 500.000 - 550.000 kronor.
7. TILLGÄNGLIGA MASKINER PÄ MARKNADEN
Det börjar komma fram a l l t f l e r maskiner för s a m t i d i g fräsning och s l i p n i n g av k a n t e r . De är dock begränsade t i l l r e l a t i v t enkla p r o f i l e r .
Det f i n n s t r e t y p e r av maskiner:
a) Maskiner för raka kanter med matarverk/band.
b) Maskiner för k r o k i g a k a n t e r med s c h a b l o n f i x t u r e r i rätlinjig rörelse. c) Maskiner för k r o k i g a k a n t e r med roterande bord med schablon.
De f i n n s i prislägen från ca 80.000 - 400.000 kronor. De f i n n s i n t e med v e r t i k a l s t y r n i n g för dubbelkrökta k a n t e r . Arminius har en ny maskin, som kan köras på a l l a t r e sätten i prisläget ca 200.000 kronor.
Går man upp i prisläget 1 - 1 , 5 m i l j o n e r kronor kan man få en NC-styrd överfräs med s l i p a g g r e g a t ( P l u r i t e c ) e l l e r en f l e r o p e r a t i o n s m a s k i n med kar-danupphängt bord och 5 - a x l i g t system (Zuckermann ZUMA).
För de mer komplicerade p r o f i l e r som MDF-skivans i n t r o d u k t i o n medfört sak-nas i s t o r t s e t t lämpliga s l i p m a s k i n e r på marknaden, även om s l i p t e k n i k e n f i n n s .
10
8. MARKNADSBEHOV - AVSÄTTNINGSMÖJLIGHETER
De fräs- och s l i p o p e r a t i o n e r , som idag används för a r b e t s s t y c k e n av
grupp 1 , är t i l l mycket s t o r d e l manuella. Arbetsmiljön är v a n l i g e n mycket dålig och personalen utsätts för många av följande r i s k f a k t o r e r :
Trä- och lackdamm.
- Monotona och e n s i d i g a rörelser.
- Dåliga ergonomiska v i l l k o r , b e l a s t n i n g a r . - V i b r a t i o n e r . - B u l l e r . - O l y c k s f a l l s r i s k e r . - Dålig b e l y s n i n g . - S t a t i s k e l e k t r i c i t e t . S o c i a l i s o l e r i n g .
En mekanisering v i d produktionen av dessa d e t a l j e r s k u l l e kunna förbättra arbetsmiljön r a d i k a l t och ge en jämnare k v a l i t e t . Det är svårt a t t bedöma, hur t i l l v e r k n i n g s k o s t n a d e n s k u l l e förändras.
Det f i n n s e n l i g t Compass 1983 i Sverige: 16 s t företag för formpressning. - 47 s t företag för s t o l t i l l v e r k n i n q . - 18 s t företag för stilmöbeltillverkning. - 27 s t företag för trätoffeltillverkning. Detta b l i r 108 tänkbara användare.
För grupp 2 har man redan en h e l d e l genomgångsbearbetning, men o f t a s t i separata o p e r a t i o n e r . För dessa s k u l l e den föreslagna t e k n i k e n innebära
framför a l l t e t t snabbare flöde. Det f i n n s e n l i g t Compass 1983 155 tänkbara användare i Sverige, fördelade på:
59 s t företag för b o r d t i l l v e r k n i n g .
31 s t företag för väggbokhylletillverkning. - 65 s t företag för köksinredningstillverkning.
Det f i n n s idag åtskilliga träindustrier, som själva byggt s p e c i a l u t r u t n i n g -a r , och med dess-a h-ar e t t b r -a flöde i s i n p r o d u k t i o n . V-ad e t t ens-amt före-tag kan k l a r a av på egen hand är dock begränsat. V i har stött på en h e l d e l företag inom småföretagsservice och den uppsökande verksamheten, som har dessa problem. Det verkar i n t e , som om maskinfirmorna i n t r e s s e r a r s i g för en lösning, t r o t s a t t behovet är s t o r t . Den u p p f a t t n i n g v i fått i k o n t a k t e n med både små och s t o r a träindustriföretag är, a t t de är mycket i n t r e s s e r a d e av a t t få fram u t r u s t n i n g av den föreslagna typen.
Avsättningsmöjligheter borde f i n n a s för fungerande lösningar och är g i v e t -v i s i n t e begränsade t i l l den s-venska marknaden.
11
9. SLUTSATSER. FÖRSLAG TILL FORTSATT ARBETE
Vi har i vår förstudie kommit fram t i l l s l u t s a t s e n , a t t d e t f i n n s e t t behov av en ny kombinerad fräs/slipmaskin för a r b e t s s t y c k e n med komplicerade f o r -mer e n l i g t grupp 1 och 2 i a v s n i t t 3. V i t r o r också a t t man kan t i l l v e r k a både maskiner och e r f o r d e r l i g a s t y r s y s t e m med dagens t e k n i k . Det behövs en u t v e c k l i n g av e t t maskinsystem med s t y r n i n g a r ifrån v i s s a kända och beprövade komponenter samt en omfattande u t p r o v n i n g i samarbete med några i n -t r e s s e r a d e före-tag.
Det är önskvärt a t t h i t t a en svensk m a s k i n t i l l v e r k a r e a t t samarbeta med. Det f i n n s i n t e så många a t t välja på.
Tänkbara är:
Jomac, SA30, Värnamo Maskin, Grönskåra Mekaniska Verkstad, Lamek, Bjärnums Mekaniska Verkstad.
Vi har d i s k u t e r a t frågan med Jomac Maskin AB. De har t i l l v e r k a t en p o r t a l -maskin i form av en o p t i s k t s t y r d överfräs med dubbla fräshuvuden för sam-t i d i g bearbesam-tning av sam-två a r b e sam-t s s sam-t y c k e n . Den förssam-ta f i n n s hos Swedewood i Älmhult och Jomac är i n t r e s s e r a d e av a t t v i d a r e u t v e c k l a den i e t t gemensamt p r o j e k t . Det är möjligt a t t d e t f i n n s f l e r tänkbara t i l l v e r k a r e .
Vi föreslår som nästa s t e g a t t en lämplig m a s k i n t i l l v e r k a r e kontaktas för gemensamt utarbetande av e t t mer d e t a l j e r a t designkoncept, säkrare mark-nadsundersökning och bättre k o s t n a d s u p p s k a t t n i n g .
Trätel<n i kCentru m
i N M 1 1 r r i - I l O K I K A ri-:KNlSK F O R S K M N C i s ,/;•// Insiiluic foi \X'ooJ Tixhni'loiiV RcsciJn h
Detta digitala dokument skapades med anslag från Stiftelsen Nils och Dorthi Troédssons forskningsfond P O S T A D R E S S Postal address S T O C K H O L M Box 5609, S-n4 86 S t o c k h o l m , Sweden S K E L L E F T E Å Box 354, S-931 24 Skellefteå l Ö N K Ö P I N G Å s e n v ä g e n 9,8-55258 J ö n k ö p i n g B E S Ö K S - O C H G O D S A D R E S S T E L E F O N T E L E X
Office address Telephone No. Telex
D r o t t n i n g K r i s t i n a s v ä g 67 08-14 53 00 14445 t r a t e k s B o c k h o l m s v ä g e n 18 0910-88140 65031 e x p o l a r s Asenvägen9 036-12 60 41 P O S T G I R O 519 29-8 B A N K G I R O 220-5110 B A N K Svenska Handelsbanken
