Automazione industriale_Robot - itis galileo galilei conegliano

Classe 2^ - STA - UdA n° 8: Automazione - Automazione industriale e robot
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
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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.
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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)
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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
program e genera il cl-file
part
- 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”.
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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
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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).
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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
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Robot cilindrico
Robot SCARA (o a braccio girevole)
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