AUTOMAZIONE INDUSTRIALE

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1 AUTOMAZIONE INDUSTRIALE Lo schema seguente descrive l evoluzione dei sistemi di produzione industriale con l avvento dell automazione. Vengono presi in considerazione la lavorazione alle macchine utensili, il caricamento della macchina ed il trasposto dei pezzi lavorati, il controllo/collaudo dei pezzi ed il loro immagazzinamento. Vediamolo più nel dettaglio. - Dalla Macchina tradizionale alla Macchina a Controllo Numerico (CN) Mentre nelle macchine utensili tradizionali le varie operazioni, lette dal disegno e dai cicli di lavorazione, vengono di volta in volta fornite ai diversi organi manualmente dall operatore, col controllo numerico è possibile programmare tutta la lavorazione e farla eseguire in continuo dalla macchina. La parte della MU/CN destinata ad organizzare la lavorazione è l Unità di governo. Rispetto a quella tradizionale, la lavorazione su CN ha due fasi in più: la programmazione e l immissione del programma nella macchina: 1) La PROGRAMMAZIONE consiste, partendo dal disegno di un pezzo, nel tradurre i dati in forma tale da poter essere usati dal Controllo Numerico. 2) L IMMISSIONE DEL PROGRAMMA consiste nella digitazione dei blocchi (o sequenze) secondo un codice standardizzato direttamente a bordo macchina o nella registrazione del programma stesso su una memoria permanente costituita un tempo dal nastro di carta, successivamente dal nastro magnetico e poi da un disco. Appunti dalle lezioni di STA del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 1

2 Per Controllo Numerico si intendono le tecniche ed i metodi grazie ai quali si può governare una macchina utensile tramite informazioni di tipo alfanumerico, che vengono fornite da un sistema elettronico collegato alla macchina. Tali informazioni sono di tipo: - geometrico (corse di lavoro lungo gli assi X, Y, Z) - tecnologico (numero di giri, velocità di avanzamento ) - ausiliario (rotazione del mandrino oraria o antioraria, uso o meno del refrigerante ) Per potere impartire alla macchina le informazioni numeriche relative alle posizioni che devono assumere sia il pezzo che l utensile, si stabilisce sulla macchina un sistema di assi ortogonali di riferimento. Sul tornio l asse orizzontale Z coincide con l asse del mandrino e l asse orizzontale X con la direzione perpendicolare all asse Z, coincidente con quella del moto trasversale della torretta portautensile. Sulla fresatrice, l asse orizzontale X coincide con lo spostamento longitudinale della tavola portapezzo e l asse orizzontale Y con lo spostamento trasversale. L asse Z verticale coincide con quello del mandrino. Nella MU/CN, rispetto alla macchina tradizionale, è differente il sistema di posizionamento dell utensile, in quanto carro, vite e motori non sono quelli tradizionali: ogni asse comprende una vite a ricircolazione di sfere (che sostituisce la vite-madre vite e la barra scanalate), un motore che trasmette il moto direttamente alla vite a ricircolazione di sfere ed un sistema di controllo dello spostamento dell utensile costituito da un trasduttore di posizione. Predetto che l acquisto di una MU/CN in un azienda dipende dai suoi programmi di lavorazioni e di sviluppo, dalla sua consistenza economica e dal suo collocamento sul mercato, i vantaggi che ne derivano sono: - Riduzione dei costi diretti di manodopera e delle attrezzature. - Aumento della produzione (soprattutto per effetto della riduzione dei tempi morti). - Miglioramento della qualità del prodotto. - Riduzione degli scarti (le macchine utensili producono i pezzi con la precisione voluta, il controllo finale praticamente non esiste). - Aumento della flessibilità della struttura produttiva. - Riduzione delle aree occupate in officina (una MU/CN può sostituire più macchine tradizionali). - Sicurezza di realizzare sempre i tempi di lavorazione preventivati (immesso il programma ed eseguito il primo pezzo, tutti gli altri saranno uguali al primo e fatti nello stesso tempo). Rallentamenti o scarti per stanchezza e distrazione dell operaio non entrano più nel processo produttivo. - Possibilità di affidare ad una sola persona il compito di seguire più macchine contemporaneamente. Appunti dalle lezioni di STA del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 2

3 Di seguito è l esempio di un programma di lavorazione su fresatrice a CN per l esecuzione di un operazione di foratura. Con la lettera N è indicato il numero di blocco (o sequenza); la lettera T identifica l utensile (tool); la lettera M contraddistingue delle funzioni ausiliarie (o miscellanea) di supporto alle lavorazioni; la lettera G contraddistingue delle funzioni preparatorie necessarie a specificare alla macchina il genere di lavoro da compiere; le lettere X, Y e Z identificano gli assi della macchina lungo i quali avviene il movimento; la lettera S (da spindle) indica la velocità do rotazione del mandrino; la lettera F (da feed) indica la velocità di avanzamento. T 16 M 06 G 00 X - 30 Y 0 G 43 Z 5 H 15 S 1400 F 210 M 03 G 81 Z - 20 R 3 M 08 G 80 G 00 Z 200 M 09 M 05 Cambio utensile Posizionamento rapido sul punto di foratura Applica correttore lunghezza utensile e Posizionamento con velocità di lavoro alla quota Z = 5 mm Ciclo fisso di foratura (distanza di sicurezza R = 3 mm) Annulla ciclo fisso, allontanamento rapido e refrigerante OFF Stop mandrino - Programmazione assistita da computer (CAD/CAM) Con la programmazione manuale, il programmatore descrive un ciclo di lavoro nella sequenza voluta ed in un linguaggio comprensibile all unità di governo. Con la programmazione automatica, dopo una prima fase relativa alla descrizione del profilo da realizzare (disegno del pezzo) ed una seconda fase di programmazione tecnologica (scelta degli utensili e dei parametri di taglio), è il programma stesso installato sul computer che si occupa della generazione del programma di lavorazione adatto alla specifica macchina utensile. L attività di programmazione con l ausilio del computer è indicata con la sigla CAD/CAM, dove: - CAD sta per Computer Aided Design (progettazione assistita dal computer) - CAM sta per Computer Aided Manufacturing (fabbricazione assistita dal computer) Appunti dalle lezioni di STA del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 3

4 In sintesi: - si esegue il disegno e si introducono i parametri tecnologici - il part program trasforma gli elementi geometrici e tecnologici in un linguaggio simbolico - il processor elabora il part program e genera il cl-file - il cl-file visualizza le traiettorie diagnosticando eventuali errori - il post processor elabora il cl-file e fornisce il programma di lavorazione per la specifica macchina Per la manipolazione ed il caricamento dei materiali, per la movimentazione dei materiali, degli attrezzi ed altri mezzi, ma anche per il controllo/collaudo dei pezzi in lavorazione ed il successivo immagazzinamento, si possono utilizzare in un ciclo produttivo automatizzato i robot. Appunti dalle lezioni di STA del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 4

5 ROBOT Un robot è una struttura meccanica multifunzionale e riprogrammabile progettato per spostare materiali, arti, utensili o dispositivi specializzati secondo movimenti variabili programmati per l esecuzione di una varietà di compiti diversi (Robot Institute of America, 1980). Il campo industriale è sicuramente quello in cui i robot hanno trovato maggiore diffusione. Il loro impiego nelle catene di montaggio ha permesso alle aziende di abbattere i costi accelerando e migliorando la produzione. Il robot (pron. ròbot o robòt, dalla parola cecoslovacca robota che significa lavoro pesante, a sua volta presente anche in alcune lingue slave sempre col medesimo significato, è una macchina (di forma più o meno antropomorfa), in grado di svolgere, in base ai comandi che gli vengono dati, un lavoro al posto dell uomo, sia con la supervisione diretta dell uomo sia autonomamente in base a delle linee guida fornitegli. Questi compiti dovrebbero essere eseguiti dal robot al fine di sostituire o coadiuvare l'uomo, come ad esempio nella fabbricazione, costruzione, manipolazione di materiali pesanti e pericolosi, o in ambienti proibitivi o non compatibili con la condizione umana o semplicemente per liberare l uomo da impegni. L'introduzione della parola robot si deve allo scrittore ceco Karel Čapek, il quale usò per la prima volta il termine nel 1920 nel suo dramma teatrale I robot universali di Rossum. Robot per caricamento della pressa Appunti dalle lezioni di STA del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 5

6 Robot per saldatura a punti Aree di applicazione Le principali aree di applicazione dei robot sono: - lavorazioni ad alte temperature (fusione, stampaggio, forgiatura) - trattamenti termici - saldatura (ad arco, laser, a gas) - trattamenti con materiali tossici (vernici, collanti, sigillanti) - taglio, pulitura, carico, scarico - taglio laser, waterjet - assemblaggio, imballaggio - misura, ispezione (rilevamento di profili, collaudo dimensionale, ispezione per le valutazioni di qualità dei prodotti) Tipi di robot industriali - Robot di saldatura: hanno precisione, ripetibilità, robustezza (la pinza di saldatura può essere pesante), agilità di articolazione (i punti di saldatura possono essere difficili da raggiungere); - Robot di montaggio (tipo di movimento, volume di lavoro, precisione e ripetibilità, capacità di afferrare, spostare e rilasciare il pezzo; - Robot di manipolazione (carico sollevabile, afferraggio dei pezzi, velocità e accelerazione, precisione, assenza di vibrazioni); - Robot di trasporto (attuatori di movimento, autonomia di operabilità e di movimednto). Appunti dalle lezioni di STA del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 6

7 Strutture di robot I robot possono essere classificati in base alla loro struttura: - robot seriali (cartesiani, cilindrici, sferici (o polari), articolati, SCARA) - robot paralleli. Robot cartesiano Robot antropomorfo Appunti dalle lezioni di STA del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 7

8 Robot cilindrico Robot SCARA (o a braccio girevole) Appunti dalle lezioni di STA del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano Pag. 8