Riso. 3. Un utensile monoblocco a tazza con cambio rapido, riposto nell'armadietto di sinistra, controlla l'orientamento e la separazione delle apparecchiature (assicura il corretto allineamento e posizionamento delle apparecchiature). L'armadietto di destra contiene diverse incudini e navette.
Ron Boggs, responsabile vendite e assistenza di Haeger Nord America, continua a ricevere chiamate simili dai produttori durante la ripresa dalla pandemia del 2021.
"Continuavano a dirci: 'Ehi, ci mancano dei dispositivi di fissaggio'", ha detto Boggs. "Si è scoperto che il problema era dovuto alla carenza di personale". Quando le fabbriche assumevano nuovi dipendenti, spesso mettevano persone inesperte e non qualificate davanti ai macchinari per inserire i componenti. A volte si dimenticavano i dispositivi di fissaggio, a volte mettevano quelli sbagliati. Il cliente tornava e finalizzava le impostazioni.
A un livello generale, l'inserimento di componenti hardware sembra essere un'applicazione matura della robotica. In futuro, un impianto potrebbe disporre di un'automazione completa per la punzonatura e la formatura, inclusi sistemi a torretta, rimozione di pezzi e forse persino piegatura robotizzata. Tutte queste tecnologie andrebbero poi a supporto di una parte consistente del settore dell'installazione manuale. Considerando tutto ciò, perché non posizionare un robot davanti a una macchina per installare le apparecchiature?
Negli ultimi 20 anni, Boggs ha collaborato con numerose fabbriche che utilizzano apparecchiature di inserimento robotizzate. Più recentemente, lui e il suo team, tra cui l'ingegnere capo di Haeger Sander van de Bor, si sono dedicati a semplificare l'integrazione dei cobot nel processo di inserimento (vedi Figura 1).
Tuttavia, sia Boggs che VanderBose sottolineano che concentrarsi esclusivamente sulla robotica può talvolta far trascurare il problema più ampio dell'inserimento dell'hardware. Operazioni di installazione affidabili, automatizzate e flessibili richiedono molti elementi costitutivi, tra cui la coerenza e la flessibilità del processo.
Il vecchio morì in modo orribile. Molti applicano questo detto alle presse meccaniche, ma si applica anche alle presse con alimentazione manuale, principalmente per la sua semplicità. L'operatore posiziona elementi di fissaggio e pezzi sul supporto inferiore prima di inserirli manualmente nella pressa. Preme il pedale. Il punzone scende, entra in contatto con il pezzo e crea pressione per inserire l'elemento. È piuttosto semplice, finché qualcosa non va storto, ovviamente.
"Se l'operatore non presta attenzione, l'utensile cadrà e toccherà il pezzo senza effettivamente esercitare pressione", ha affermato van de Bor. Perché, esattamente? "Le vecchie attrezzature non avevano un sistema di feedback per errore e l'operatore non se ne accorgeva." L'operatore non poteva tenere il piede sui pedali per l'intero ciclo, il che, a sua volta, poteva portare all'attivazione del sistema di sicurezza della pressa. "L'utensile superiore è alimentato a sei volt, quello inferiore è messo a terra e la pressa deve rilevare la conduttività prima di poter generare pressione."
Le presse a inserti più vecchie non dispongono della cosiddetta "finestra di tonnellaggio", ovvero l'intervallo di pressione entro il quale l'attrezzatura può essere inserita correttamente. Le presse moderne possono rilevare una pressione troppo bassa o troppo alta. Poiché le presse più vecchie non hanno una finestra di tonnellaggio, ha spiegato Boggs, gli operatori a volte regolano la pressione intervenendo su una valvola per risolvere il problema. "Alcuni impostano una pressione troppo alta e altri troppo bassa", ha affermato Boggs. "La regolazione manuale offre molta più versatilità. Se la pressione è troppo bassa, significa che l'hardware è stato installato in modo errato". "Una pressione eccessiva può effettivamente deformare il pezzo o il fissaggio stesso".
"Inoltre, le macchine più vecchie non avevano contatori", aggiunge van de Boer, "il che poteva causare la perdita di elementi di fissaggio da parte degli operatori".
L'inserimento manuale dei componenti può sembrare semplice, ma il processo è difficile da correggere. A peggiorare le cose, le operazioni sui componenti spesso avvengono in una fase successiva della catena del valore, dopo che lo spazio vuoto è stato riempito e formato. I problemi alle attrezzature possono causare gravi danni alla verniciatura a polvere e all'assemblaggio, spesso perché un operatore coscienzioso e diligente commette piccoli errori che si trasformano in grattacapi.
Figura 1. Il cobot mostra il pezzo inserendo l'attrezzatura nella pressa, che ha quattro contenitori e quattro navette indipendenti che alimentano l'attrezzatura nella pressa. Immagine: Hagrid
Nel corso degli anni, la tecnologia di inserimento hardware ha risolto questi problemi individuando ed eliminando queste fonti di variabilità. Gli installatori di apparecchiature non dovrebbero essere la causa di così tanti problemi solo perché perdono un po' la concentrazione alla fine del turno.
Il primo passo nell'automazione dell'installazione dei raccordi, l'alimentazione a tazza (vedi figura 2), elimina la parte più noiosa del processo: afferrare e posizionare manualmente i raccordi sul pezzo. In una configurazione tradizionale con alimentazione dall'alto, una pressa con alimentazione a tazza invia i dispositivi di fissaggio a una navetta che li alimenta all'utensile superiore. L'operatore posiziona il pezzo sull'utensile inferiore (incudine) e preme il pedale. Il punzone viene abbassato tramite pressione di aspirazione per sollevare i dispositivi di fissaggio dalla navetta, avvicinandoli al pezzo. La pressa applica pressione e il ciclo è completato.
Sembra semplice, ma se si approfondisce, si possono scoprire alcune sottili complessità. Innanzitutto, le attrezzature devono essere introdotte nell'area di lavoro in modo controllato. È qui che entra in gioco lo strumento bootstrap. Lo strumento è composto da due componenti. Uno dedicato al posizionamento garantisce che le attrezzature in uscita dalla vasca siano posizionate correttamente. L'altro assicura la corretta segmentazione, l'allineamento e il posizionamento delle attrezzature. Da lì, le attrezzature viaggiano attraverso un tubo fino a una navetta che le alimenta allo strumento superiore.
Ecco la complicazione: gli utensili di alimentazione automatica, come quelli di orientamento e divisione e le navette, devono essere sostituiti e mantenuti in perfetto stato di funzionamento ogni volta che si cambia l'attrezzatura. Le diverse tipologie di hardware influenzano il modo in cui alimentano l'area di lavoro, quindi gli utensili specifici per ciascun hardware sono una realtà inevitabile e non possono essere esclusi dalla fase di progettazione.
Poiché l'operatore davanti alla pressa a tazza non deve più perdere tempo a sollevare (e eventualmente abbassare) e posizionare l'attrezzatura, il tempo tra gli inserimenti si riduce drasticamente. Ma con tutti questi utensili specifici per l'hardware, la tramoggia di alimentazione aggiunge anche capacità di conversione. Gli utensili per dadi autoserranti 832 non sono adatti per i dadi 632.
Per sostituire il vecchio alimentatore a due pezzi, l'operatore deve assicurarsi che l'utensile di orientamento sia correttamente allineato con l'utensile di separazione. "Hanno anche dovuto controllare le vibrazioni della ciotola, la fasatura dell'aria e il posizionamento del tubo flessibile", ha detto Boggs. "Devono controllare l'allineamento della navetta e dell'aspirazione. In breve, l'operatore deve controllare molti allineamenti per assicurarsi che l'utensile funzioni come dovrebbe."
Gli operatori di lavorazione della lamiera spesso hanno esigenze specifiche in termini di attrezzature, che possono essere dovute a problemi di accesso (inserimento di attrezzature in spazi ristretti), attrezzature insolite o entrambi. Questo tipo di installazione richiede un utensile monoblocco appositamente progettato. Sulla base di ciò, afferma Boggs, è stato infine sviluppato un utensile tutto in uno per una pressa a tazza standard. L'utensile contiene elementi di orientamento e selezione (vedere Fig. 3).
"È progettato per cambi di formato rapidi", afferma van de Boer. "Tutti i parametri di controllo, inclusi aria e vibrazioni, tempo e tutto il resto, sono gestiti dal computer, quindi l'operatore non deve effettuare alcuna commutazione o regolazione."
Grazie all'utilizzo di perni di centraggio, tutto rimane allineato (vedi figura 4). "L'operatore non deve preoccuparsi dell'allineamento durante la conversione. Tutto si livella automaticamente perché ogni elemento si blocca in posizione", ha affermato Boggs. "Gli utensili vengono semplicemente avvitati."
Quando un operatore posiziona una lamiera su una pressa per ferramenta, allinea i fori con un'incudine progettata per funzionare con elementi di fissaggio di un determinato diametro. Il fatto che i nuovi diametri richiedano nuovi utensili per l'incudine ha comportato, nel corso degli anni, alcune difficoltà nella produzione di massa.
Immaginate una fabbrica dotata delle più moderne tecnologie di taglio e piegatura, con cambio utensile automatico rapido, in grado di gestire piccoli lotti o persino la produzione in serie. Il pezzo viene quindi inserito in un inserto per componenti e, se richiede un tipo di componente diverso, l'operatore passa alla produzione di massa. Ad esempio, può inserire un lotto di 50 pezzi, cambiare gli incudini e quindi inserire i nuovi componenti nei fori corretti.
Una pressa per componenti con torretta cambia completamente lo scenario. Gli operatori possono ora inserire un tipo di attrezzatura, ruotare la torretta e aprire un contenitore con codice colore per alloggiare un altro tipo di attrezzatura, il tutto in un'unica configurazione (vedere Figura 5).
"A seconda del numero di componenti, è meno probabile che si perda un collegamento hardware", ha affermato van de Bor. "Si esegue l'intera sezione in un'unica passata, in modo da non saltare alcun passaggio alla fine."
La combinazione di alimentazione a tazza e torretta su una pressa a inserti può rendere possibile la gestione dei kit nel reparto di ferramenta. In un'installazione tipica, il produttore si assicura che l'alimentazione a tazza sia riservata esclusivamente alle attrezzature di grandi dimensioni di uso comune, e poi colloca le attrezzature meno utilizzate in contenitori con codice colore vicino all'area di lavoro. Quando gli operatori prelevano un pezzo che richiede più componenti, iniziano a inserirli ascoltando il segnale acustico della macchina (che indica che è il momento di inserire nuovi componenti), ruotando la tavola rotante dell'incudine, visualizzando un'immagine 3D del pezzo sul controller e quindi inserendo il componente successivo.
Immaginate uno scenario in cui un operatore inserisce un componente alla volta, utilizzando l'alimentazione automatica e ruotando la piattaforma girevole dell'incudine secondo necessità. Il processo si arresta quando l'utensile superiore preleva il fissaggio autoalimentato dalla navetta e lo deposita sul pezzo in lavorazione sull'incudine. Il controller avviserà l'operatore che i fissaggi non sono della lunghezza corretta.
Come spiega Boggs, "In modalità di impostazione, la pressa abbassa lentamente il cursore e ne registra la posizione. Quindi, quando è in funzione a piena velocità e il dispositivo tocca l'utensile, il sistema garantisce che la lunghezza del dispositivo corrisponda alla tolleranza specificata. Misure fuori intervallo, troppo lunghe o troppo corte, causeranno un errore nella lunghezza del fissaggio. Ciò è dovuto al rilevamento del fissaggio (nessun vuoto nell'utensile superiore, solitamente causato da errori di alimentazione dell'hardware) e al monitoraggio e alla manutenzione della finestra di tonnellaggio (invece che l'operatore regoli manualmente una valvola), creando un sistema di automazione affidabile e collaudato.
"Le macchine da stampa con funzionalità di autodiagnosi possono rappresentare un enorme vantaggio per i moduli robotici", ha affermato Boggs. "In un sistema automatizzato, il robot sposta la carta nella posizione corretta e invia un segnale alla macchina da stampa, dicendo in sostanza: 'Sono nella posizione giusta, puoi procedere con l'avvio della stampa'."
La pressa per ferramenta mantiene puliti i perni dell'incudine (installati nei fori del pezzo di lamiera). Il vuoto nel punzone superiore è normale, il che significa che ci sono elementi di fissaggio. Sapendo tutto ciò, la pressa ha inviato un segnale al robot.
Come spiega Boggs, "La pressa in pratica controlla tutto e dice al robot: 'OK, va tutto bene'. Avvia il ciclo di stampaggio, verificando la presenza dei dispositivi di fissaggio e la loro lunghezza corretta. Se il ciclo è completo, si assicura che la pressione utilizzata per inserire i componenti sia corretta, quindi invia un segnale al robot per indicare che il ciclo di pressatura è terminato. Il robot riceve il segnale, sa che tutto è a posto e può spostare il pezzo al foro successivo."
Tutti questi controlli della macchina, originariamente pensati per operatori manuali, forniscono di fatto una buona base per un'ulteriore automazione. Boggs e van de Boor descrivono ulteriori miglioramenti, come alcune soluzioni progettuali che impediscono alle lamiere di aderire all'incudine. "A volte i dispositivi di fissaggio si incastrano dopo un ciclo di stampaggio", ha affermato Boggs. "È un problema intrinseco quando si comprime il materiale. Quando si incastrano nell'utensile inferiore, l'operatore di solito può ruotare leggermente il pezzo per liberarli."
Figura 4. Perno di aggancio con perno di centraggio. Una volta impostato, il perno di aggancio alimenta l'attrezzatura all'utensile superiore, che utilizza la pressione del vuoto per fissare l'attrezzatura e trasportarla al pezzo in lavorazione. L'incudine (in basso a sinistra) è posizionata su una delle quattro torrette.
Purtroppo, i robot non possiedono le competenze di un operatore umano. "Per questo motivo, ora esistono presse progettate per facilitare la rimozione dei pezzi, spingere fuori i dispositivi di fissaggio dall'utensile ed evitare che si incastrino dopo il ciclo di pressatura."
Alcune macchine hanno diverse profondità di gola per aiutare il robot a manovrare il pezzo in entrata e in uscita dall'area di lavoro. Le presse possono anche includere supporti che aiutano i robot (e, del resto, anche gli operatori manuali) a posizionare in modo sicuro i pezzi da lavorare.
In definitiva, l'affidabilità è fondamentale. Robot e cobot possono essere parte della soluzione, facilitandone l'integrazione. "Nel campo dei robot collaborativi, i fornitori hanno fatto grandi passi avanti per rendere la loro integrazione con le macchine il più semplice possibile", ha affermato Boggs, "e i produttori di macchine da stampa hanno investito molto nello sviluppo per garantire che sia implementato il protocollo di comunicazione corretto".
Ma anche le tecniche di stampaggio e le tecniche di officina, tra cui il supporto del pezzo, istruzioni di lavoro chiare (e documentate) e una formazione adeguata, giocano un ruolo importante. Boggs ha aggiunto di ricevere ancora chiamate relative a elementi di fissaggio mancanti e altri problemi nel reparto ferramenta, molti dei quali riguardano macchinari affidabili ma molto vecchi.
Queste macchine possono essere affidabili, ma l'installazione delle apparecchiature non è adatta a personale inesperto e non qualificato. Richiamate la macchina che ha rilevato la lunghezza errata. Questo semplice controllo impedisce che un piccolo errore si trasformi in un grosso problema.
Figura 5. Questa pressa per ferramenta è dotata di una tavola girevole con fermo e quattro stazioni. Il sistema include anche uno speciale utensile a incudine che aiuta l'operatore a raggiungere punti difficili da raggiungere. In questo caso, i raccordi vengono inseriti appena sotto la flangia posteriore.
Tim Heston, redattore capo di The FABRICATOR, lavora nel settore della lavorazione dei metalli dal 1998, avendo iniziato la sua carriera presso la rivista Welding Magazine dell'American Welding Society. Da allora, si è occupato di tutti i processi di lavorazione dei metalli, dallo stampaggio, piegatura e taglio alla molatura e lucidatura. È entrato a far parte di The FABRICATOR nell'ottobre del 2007.
FABRICATOR è la rivista leader in Nord America nel settore della lavorazione e formatura dell'acciaio. La rivista pubblica notizie, articoli tecnici e storie di successo che consentono ai produttori di svolgere il proprio lavoro in modo più efficiente. FABRICATOR è presente nel settore dal 1970.
Ora, con l'accesso completo all'edizione digitale di The FABRICATOR, è possibile accedere facilmente a preziose risorse del settore.
L'edizione digitale di The Tube & Pipe Journal è ora completamente accessibile, offrendo un facile accesso a preziose risorse del settore.
Ottieni l'accesso digitale completo alla rivista STAMPING Journal, che presenta le ultime tecnologie, le migliori pratiche e le notizie di settore per il mercato dello stampaggio dei metalli.
Ora, grazie all'accesso digitale completo a The Fabricator en Español, hai facile accesso a preziose risorse del settore.