MC4_Camozzi

Gruppo intestatore pneumatico
Tra le varie lavorazioni che si effettuano lungo una macchina per la lavorazione dei pannelli di legno c’è la
rifilatura del bordo. Il bordo solitamente viene incollato al pannello con diverse tecnologie, lasciandone una
parte in eccesso in testa e in coda che dovrà poi essere tagliata. Il taglio deve essere netto e preciso, così da
rendere il bordo lungo il perimetro del pannello uniforme e senza sbavature. L’applicazione descritta di
seguito mostra un sistema di automazione pneumatico, compatto ed economico, che permette di muovere il
gruppo intestatore in modo dinamico, a seconda che si prediliga qualità o produttività.
Bicelli Sebastian
Le bordatrici sono macchine usate nel settore del legno per applicare un bordo in legno, plastico o metallico
ai pannelli utilizzati nei mobili. Le operazioni generalmente svolte sul pannello di legno (figura 1) riguardano
la rettifica per uniformare il lato in cui verrà incollato il bordo, l’incollatura, la rifilatura del bordo superiore
e inferiore in eccesso, il taglio del bordo in testa ed in coda al pannello ed altre operazione di rifinitura così
da avere un pannello che sia esteticamente il più uniforme possibile. In particolare, Il gruppo intestatore
regola l’eccedenza del bordo in testa e in coda al pannello (figura 1b): è fondamentale garantire un’ottima
precisione e finitura del taglio, in modo da mantenere la qualità e la finitura complessiva.
(a)
(b)
Figura 1. a) Lavorazione del bordo di pannelli di legno. b) Taglio del bordo (End cutting).
Il gruppo intestatore è solitamente composto da una lama per il taglio di precisione posizionata a 90° del
bordo in eccesso. L’alimentazione dei pannelli all’interno della macchina è continua (fino a 30m/min),
cosicché il taglio deve avvenire mentre il pannello scorre lungo la macchina, così da non ridurre la
produttività complessiva. L’obiettivo della nuova soluzione è quello di avere un sistema che possa essere
regolato per ottenere maggiore produttività o migliore qualità: la velocità del gruppo intestatore, che corre
lungo il pannello e ne taglia i bordi fronte e retro, deve essere regolabile, in base alla velocità di
scorrimento del pannello. Generalmente maggiore produttività si vuole, maggiore è la velocità con cui la
macchina deve lavorare i pannelli, a discapito della qualità.
Mentre in passato la regolazione poteva avvenire per passi discreti, l’esigenza attuale è quella di avere un
controllo continuo: è l’utilizzatore finale che può decidere i parametri di produttività e qualità della
macchina.
Il gruppo intestatore implementato è composto da una valvola proporzionale ad alte prestazioni che
comanda il profilo di moto di un cilindro pneumatico a cui è collegato il sistema di taglio. Il sistema
implementato si regola in base alla velocità del nastro che trasporta i pannelli, così da ridurre regolazioni
complesse da parte dell’operatore. Il sistema di controllo della valvola regola automaticamente il profilo di
pressione generato in modo da variare il profilo di moto e la forza applicata dal gruppo di taglio sul
pannello di legno.
Il gruppo intestatore effettua il seguente ciclo (Figura 2):
1. Durante lo scorrimento del pannello, la valvola proporzionale comanda il cilindro pneumatico in
modo tale da avvicinare lentamente il gruppo intestatore al bordo da tagliare (sia sul retro che sul
davanti)
2. Una volta che il gruppo si è accostato al bordo, esso si muove alla medesima velocità di
avanzamento del pannello, pur mantenendo una forza di contatto costante sul pannello (tale da
permettere un taglio netto e preciso), regolabile attraverso la variazione di pressione della valvola
proporzionale. In seguito viene attivato un altro cilindro pneumatico che comanda la lama ed
effettua il taglio del bordo in eccesso. La velocità di accostamento deve evitare rimbalzi e urti (che
andrebbero a discapito della qualità del taglio), mentre la forza generata dal gruppo intestatore
deve evitare di incidere sul moto del pannello di legno.
3. Effettuato il taglio (sia per il fronte che il retro), l’allontanamento del gruppo intestatore (frontale)
deve essere rapido, così da non intralciare l’avanzamento del pannello. In questa fase la valvola
agisce al massimo della propria dinamica, così da ritirare il cilindro principale nel più breve tempo
possibile. La valvola controlla inoltre in modo ottimale l’ammortizzo del cilindro, per evitare urti e
rimbalzi a fine corsa (eliminando così la necessità di deceleratori esterni ed aumentando la vita
dell’attuatore).
4. In seguito al ritiro, la lame viene riarmata, pronta per il taglio successivo
5. Appena il pannello scorre al di fuori dell’area di lavoro, il cilindro pneumatico viene mantenuto in
pressione in una posizione di start, tale da permettere di ripetere la lavorazione nel più breve
tempo possibile.
1
2
3
4
5
Figura 2. Ciclo di taglio del bordo.
Il ciclo 1 – 5 viene attivato da un opportuno sensore che rileva la presenza del pannello, ma le varie fasi
vengono effettuate in sequenza senza nessuna retroazione, sia per i brevissimi tempi ciclo in gioco (poche
centinaia di millisecondi), sia per la necessità di contenere al massimo i costi. L’algoritmo implementato
correla velocità di avanzamento dei pannelli con i principali parametri del gruppo intestatore, così da
ridurre al minimo l’intervento dell’utilizzatore finale su parametri complessi ed ottimizzare la qualità di
lavorazione in ogni condizione.
È data comunque possibilità all’operatore di fare regolazione fini, in particolare:
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Aumentare/diminuire la forza di presa del pannello
Rendere più o meno dolce la fase di accostamento
Aumentare/diminuire la fase di accostamento del copiatore fronte e retro
Allungare/accorciare la durata del taglio (modifica del tempo di ingresso della taglierina)
Aumentare/diminuire l’azione di ammortizzo durante la fase di andata
Figura 3. Gruppo Intestatore.
Il cuore del sistema è rappresentato dall’algoritmo implementato e dalla valvola proporzionale in pressione
ad alte prestazioni (Camozzi LRPD), che variando la pressione del cilindro pneumatico, permette di
controllarne il profilo di moto nelle fasi di accelerazione e decelerazione, nonché nella fase di forza
costante.
Le servovalvole LRPD uniscono in un unico corpo l’attuatore di comando, il controllo della regolazione e il
sensore della pressione collegando la pressione, la tensione elettrica, e i rispettivi valori di comando. Il
controllo della pressione delle servovalvole con controllo a circuito chiuso garantisce un’altissima
precisione di movimento e di regolamento. Un sensore di pressione integrato nella valvola misura la
pressione esistente. Questo segnale viene poi elaborato in una scheda di controllo PID, che comanda la
servo-valvola per regolare il volume di carico.
Il principio di funzionamento della valvola è molto semplice: una spola rotante viene movimentata da un
motore miniaturizzato e controllato in posizione angolare tramite un’elettronica integrata: in questo modo
si ottiene un’alta dinamica di comando con un’isteresi trascurabile. Con questo sistema si possono
raggiungere delle frequenze oltre i 70 Hz e tempi di risposta che vanno da 1 a 5 ms (da 0 a 100% corsa di
regolazione). La linearità e la ripetibilità raggiungono valori inferiori all’1%.
Figura 4. Camozzi LRPD e Principio di funzionamento della valvola.
Durante lo studio dell’applicazione sono state ipotizzate due tecnologie: elettrica e pneumatica.
Tradizionalmente l’applicazione è sempre stata pneumatica, con diverse valvole on – off che regolano i
flussi d’aria per comandare il cinematismo in modo opportuno. Le esigenze di flessibilità e di aumento di
produttività della macchina richiedono di poter controllare in modo continuo i principali parametri del
profilo di moto, così da poter regolare in modo opportuno la produttività e qualità a seconda delle esigenze
dell’utilizzatore finale e del materiale da lavorare.
Nel caso in questione, la richiesta di flessibilità ha spostato il focus verso due tecnologie: elettrica e
pneumatica proporzionale.
La prima soluzione ipotizzata prevedeva l’utilizzo di attuatori elettrici, di cui si poteva controllare
rapidamente il profilo di moto richiesto, ma la selezione finale si è spostata verso la soluzione pneumatica,
che garantisce un rapporto performance/costi ben superiore alla soluzione elettrica ed ingombri più
contenuti. Il consumo d’aria del blocco è trascurabile rispetto al resto della macchina e anche analizzando il
sistema lungo il suo ciclo vita (per cui considerando i consumi energetici, l’affidabilità ed i costi di
manutenzione, tempo di vita) la soluzione pneumatica rimane conveniente.