ITLC990001A1 - Procedimento robotizzato per la sbavatura la molatura e la rifinituradi pezzi in leghe ferrose - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo:

"PROCEDIMENTO ROBOTIZZATO PER L A SBAVATURA, L A MOLATURA E LA RIFINITURA DI PEZZI IN LEGHE FERROSE"

RIASSUNTO

Forma oggetto del presente trovato un procedimento per la sbavatura, molatura e rifinitura di pezzi in leghe ferrose, caratterizzato dal fatto che, la sua applicazione supera le attuali limitazioni dovute alla necessità di disporre di elevate sede di pezzi uguali , nonché alla costruzione di una maschera-guida per ciascuna tipologia di pezzi, sostituendo alla maschera stessa uno dei pezzi del lotto da lavorare adeguatamente posizionato su settori ferromagnetici standardizzati, componibili, espandibili e adattabili alle diverse configurazioni. E’ ancora oggetto del trovato l’ancoraggio dei pezzo da lavorare ad una tavola portante corredata di poli moltiplicatori e concentratori del flusso generato da un campo elettropermanente, cortocircuitabile alla fine del ciclo, dovuto all'accoppiamento di magneti statici con altri di tipo invertibile. E’ un’altra caratteristica l'applicazione al polso del robot di un compensatore capace di garantire le traiettorie di lavorazione programmate, superando le usuali anomalie di fronte a situazioni di finitura impreviste .

DESCRIZIONE

Forma oggetto del presente trovato un procedimento robotizzato per la sbavatura, la molatura e la rifinitura di pezzi in leghe ferrose, stampati e/o colati e/o sinterizzati, caratterizzato dal fatto che tutte le esigenze della mascheratura, del posizionamento ed ancoraggio del pezzo da sbavare e/o rifinire, del trasferimento di questo nella sua corretta esposizione all’utensile, in conformità alla successione programmata dei punti sui quali intervenire o delle traiettorie da seguire, vengono conseguite mediante forze magnetiche attivate in una tavola portante corredata di poli moltiplicatori e concentratori del flusso generato da magneti permanenti di tipo statico accoppiati a magneti di tipo invertibile. I solenoidi di questi, per la particolare predisposizione del sistema, consentono di attivare rapidamente un campo elettromagnetico le cui linee di forza, chiudendosi attraverso il pezzo da sbavare o rifinire, ancorano saldamente questo alla tavola portante, e lo movimentano opportunamente nel corso del ciclo, fintanto che, ad intervento ultimato, vengono cortocircuitate verso l’interno del sistema, smagnetizzando il pezzo stesso. E’ ancora oggetto del trovato l'interposizione al polso del robot, anche se del tipo antropomorfo, di un gruppo multifunzionale di compensazione, o compensatore, ad uno o più assi, programmabile in funzione della geometria del pezzo, della velocità di lavorazione desiderata, del mantenimento di una pressione di lavoro sull’utensile nei limiti previsti e consoni alla velocità di avanzamento. Lo stesso compensatore provvede infine a prevenire bruschi impatti tra l'utensile ed il pezzo, ovviando a possibili controproducenze per l'integrità del pezzo medesimo. Rientra ancora nel trovato un utensile abrasivo caratterizzato dal fatto che la sua realizzazione avviene mediante l’impiego di un supporto metallico a cui risulta facile conferire le forme più adeguate alle necessità operative. Su tale supporto vengono riportati abrasivi in diamante, o ceramici, o di pari funzionalità, pervenendo in tal modo a risultanze del tutto nuove rispetto alle attuali ed in particolare:

- le possibili ridotte dimensioni dell’utensile consentono di accedere anche alle zone ora difficoltose per l’ingombro dei mezzi correnti;

- alla maggiore durata dei profili dell’utensile, sì affianca una elevata capacità di asportazione;

- la ripetitività dei risultati, la velocità di esecuzione, la riduzione dei tempi morti nonché della rumorosità ambientale, sono vantaggi specifici del trovato.

L’applicazione industriale dei manipolatori programmabili, più conosciuti come “robot", non costituisce di certo una novità. Sono correnti gli impieghi nel campo della saldatura, del montaggio, dell'incollaggio, dell'estrusione ecc., ossia in operazioni tipicamente ripetitive, o quanto meno programmabili per serie produttive elevate. Interventi robotizzati trovano spazio anche nell'industria fusoria, ed in fonderia ne sono esempio l’applicazione nella verniciatura delle forme in sabbia agglomerata, od anche nella rimozione di getti dalle grìglie vibranti di disterratura. Anche per queste applicazioni, il presupposto si identifica sempre nella disponibilità di una tipologia produttiva omogenea, e dal punto di vista della programmazione numericamente giustificabile. Questo presupposto quantitativo è assente nella così detta “fonderia conto terzi”, notoriamente impegnata in produzioni varie come tipo e come numero di getti; tale condizione spiega il gravoso restringimento del flusso produttivo nel reparto di sbavatura e finitura, penalizzante economicamente e di disagio per la manodopera.

L'aleatorietà delle cause e della geometria delle bave, come quella delle escrescenze dovute alle penetrazioni di metallo liquido nella massa sabbiosa costipata delle forme o delle anime, sfugge a qualsiasi prevenzione e previsione tecnica. Ma, anche nell'ipotesi che non si verifichino tali inconvenienti, resta ferma l'indispensabilità di intervenire nelle zone corrispondenti agli “attacchi di colata”, intervento che, per non compromettere limiti dimensionali o grado di finitura , può motivare aggravi economici non sempre dovutamente preventivabili. Le figure N°1 e N°2 esemplificano alcune tipologie di bave, nonché le finiture dell’attacco di colata. Da rilevare che la configurazione di taluni getti, come si intuisce dalla figura N° 3, assume un ruolo determinante, ed il rigoroso rispetto dei profili, esigenza correntemente prescritta, impone manualità, tempi ed usure dei mezzi abrasivi rilevanti. Senza soffermarci nell’analisi di ulteriori considerazioni d'indubbia negatività, quanto descritto sintetizza le principali motivazioni che hanno sollecitato la nostra ricerca.

Posto come base di ricorrere ad una sistematica robotizzata, operativamente snella e flessibile, il robot antropomorfo, o articolato, non nuovo in questo genere di operazioni, nelle sue due configurazioni possibili, e cioè il “sistema con il pezzo in mano al robot” ed il “sistema con l’utensile in mano al robot”, ai fini perseguiti si confermava non idoneo ed alquanto limitativo. Ambedue le configurazioni presupponevano la disponibilità di elevate serie di getti, maschera di riferimento e pinze di serraggio specifiche per ogni tipologia di getto, necessità di una rigorosa procedura di verifica del posizionamento spaziale utensile-getto, nonché una scarsa controllabilità della velocità periferica ed un elevato consumo dell'utensile. Tuttavia, le conclusioni tratte da una prima serie di esperienze portarono a due indicazioni significative: la funzionalità del robot antropomorfo poteva essere accresciuta mediante la realizzazione di assi, quindi di gradi di libertà, supplementari; il perfezionamento del sistema con l’utensile in mano al robot si prospettava come il più idoneo per raggiungere la massima flessibilità operativa .

Procedendo ad un graduale incremento delle suddette libertà supplementari, abbiamo confermato che già con sei assi, come schematizzati nella figura N° 4 la versatilità dei diversi posizionamenti era del tutto paragonabile a quella di un ipotetico braccio umano. Inoltre, proporzionando opportunamente l'ampiezza di rotazione connessa ai singoli assi, come tabulati nella stessa figura N° 4, i movimenti nello spazio guadagnano una notevole elasticità. L’elevata libertà di movimento cosi raggiunta dal robot, per essere dovutamente sfruttata nelle prospettive della nostra ricerca, poneva in evidenza delle necessità peculiari: atterraggio del pezzo e suo posizionamento veloce e preciso, nonché di estrema ripetibilità; elevate forza di bloccaggio; libertà di lavorazione su più facce possibili; applicabilità della stessa attrezzatura a pezzi di conformazione diversa.

Considerando che i metalli e le leghe ferrose sono sensibili alle forze di natura magnetica, dopo aver esperimentato altre possibilità, ed in particolare schemi pneumatici, un esame critico delle prove deponeva a favore di un ancoraggio su un piano magnetico elettropermanente. Una simile scelta consentiva di abbinare alla potenza deireiettromagnete tutta la sicurezza del magnete permanente, ed in particolare l'assenza di possibili surriscaldamenti motivo di latenti deformazioni della tavola, ma soprattutto la tenuta dell’ancoraggio nel tempo senza diminuzione di forza.

La strutturazione della tavola da noi realizzata prevede l’applicazione di un piano magnetico con poli quadrangolari in acciaio aventi la funzione di concentratori di forza, ognuno dei quali ha cinque facce rivestite da magneti permanenti, mentre la sesta prende parte alla superficie di lavoro; ciò conrisponde ad una concentrazione di forza in un rapporto cinque a uno. La loro disposizione in un piano secondo una geometria polare a scacchiera, con i poli alternati nord/sud, ottimizzano l’ancoraggio. Il convogliamelo dei flussi magnetici e l’isolamento della superficie attiva del citato piano dal robot, vengono demandati ad una corona neutra di contenimento come dallo schema in figura N° 5.

I magneti permanenti che rivestono lateralmente il singolo polo sono di tipo statico mentre quelli posti sotto sono di tipo invertibile. I solenoidi che circondano questi ultimi possono generare in pochi secondi un campo elettromagnetico capace di invertire la polarità di questo particolare tipo di magnete. Sfruttando questa caratteristica, diviene realizzabile il trasferimento all’esterno del campo magnetico il cui flusso come si può osservare nella citata figura N° 5, si chiude attraverso il pezzo. Quest’ultimo, sottoposto alla conseguente attrazione, viene così ancorato alla tavola. Allorché viene realizzata la fase di smagnetizzazione, la cortocircuitazione del flusso nel piano neutralizza le forze di ancoraggio.

Un problema finora non risolto per le lavorazioni robotizzate del tipo in esame, riguarda la necessità di creare, per ogni tipologia di pezzi una maschera guida di riferimento. Prescindendo dall'elevato costo di tali mascherature, comunque difficilmente ammortizzabili nel caso di piccoli lotti, l’accennata specificità della maschera non poteva che rappresentare un grande ostacolo per la flessibilità richiesta al nostro obiettivo. Per superare tale restrizione, e quindi soluzionare il giusto posizionamento sulla tavola magnetica dei pezzi da lavorare, abbiamo adottato degli espansori di riferimento modulari a forma di parallelepipedo, con due spine su una faccia tali da assicurare l'esatta collocazione sulla tavola, e sulla faccia opposta una serie di fori filettati per l'inserimento di pioli facilmente disponibili per comporre svariate forme di appoggio e di riferimento ( figura N° 6 ). Le eventuali necessità di assicurare le dimensioni d’ingombro per il passaggio dell’utensile, trovano soluzione, oltre al tipo fisso sopra menzionato, in un espansore di flusso, come riprodotto nella stessa figura N° 6, formato da due prismi retti a base triangolare sovrapposti tramite spine. La facilità di adattarsi alla conformazione del pezzo gli è conferita da due molle che spingono la parte superiore, quella non ancorata al piano, verso la superficie del getto, con il risultato di innalzare di quota e di chiudere sul pezzo un maggior flusso.

Assemblando il robot e delle guide di scorrimento per trasferire la tavola magnetica portante il pezzo all'interno di una cabina chiusa, munita di cappe collegata ad un filtro aspiratore per la captazione del pulviscolo metallico, nonché di finestra stagna d’osservazione e porta d’ingresso concatenata al ciclo, oltre alle ovvie aperture per il passaggio dell’insieme tavola-pezzo, abbiamo realizzato la prima cabina operativa. L’unità di comando, collocata all'esterno della cabina stessa, dotata di sistema computerizzato e di autoapprendimento, una volta stabiliti i parametri di intervento, consentiva di predisporre con facilità la programmazione del ciclo.

Questa prima unità sperimentale prevedeva due tavole, che indicheremo con la lettera A e rispettivamente con lettera B, con scorrimenti nell’area d’azione del robot tra di loro sfasati; lo schema in figura N° 7 ne esemplifica la successione: mentre la tavola A si trova in fase operativa, un addetto predispone il pezzo da lavorare sulla tavola B ed a operazione completata dà il consenso all’avanzamento della tavola nell’area di lavoro del robot indipendentemente dalla condizione di ciclo della tavola A.

Dopo quattro mesi di esperienza, periodo reputato come minimo per giungere a valutazioni significative, anche in considerazione della grande varietà della nostra produzione, le conclusioni, indubbiamente positive in termini di produttività, grado di finitura del prodotto, ambiente e condizioni di lavoro, non ultimo il sollievo dagli sforzi talvolta richiesti agli addetti alla sbavatura, ad un esame critico e di approfondimento dei risultati, pur nella loro positività, evidenziavano la permanenza di carenze senza dubbio pregiudizievoli. In particolare, quando i pezzi da lavorare presentavano scostamenti dimensionali, pienamente accettabili dal punto di vista di pezzi grezzi, che andavano oltre la normale precisione e ripetibilità di un robot, la percentuale di scarto per eccessiva o scarsa profondità di lavorazione superava gli usuali margini statistici; bave eccessive compromettevano la controllabilità delle traiettorie di lavoro prestabilite; l’usura dell'utensile era abnorme ed anche i getti in uscita , di frequente, trascinavano all'esterno piccoli residui o pulviscoli metallici. Quest'ultimo fatto, come si intuisce, non costituiva un problema condizionante primario, ed è stato facilmente risolto predisponendo, lungo il tragitto di uscita, delle bocchette di soffiaggio del pezzo e della tavola con aria compressa captata poi dalle cappe d’aspirazione. Più impegnativa, invece, la soluzione delle altre problematiche, soprattutto quelle in relazione con la ripetibilità delle traiettorie. Le due maggiori carenze, controllabilità delle traiettorie ed usura dell'utensile, a nostro avviso erano collegabili e riconducibili, oltre alla normale usura degli utensili abrasivi tradizionali, alla rigidità delle azioni demandate al robot, soprattutto se connesse alla alcatorietà delle bave, variabili nella loro geometria e consistenza, quindi motivo di situazioni diverse anche nel caso di pezzi del tutto analoghi in quanto appartenenti allo stesso lotto .

La soluzione, nuova nel suo genere, è stata quella di applicare un compensatore che fornisce al polso del robot un certo grado di cedevolezza controllabile e consona alle possibili anomalie incontrate dall'utensile nel suo avanzamento, adeguando le traiettorie programmate alle esigenze dell'utensile di fronte a situazioni operative morfologicamente diverse.

Il sistema a tal fine realizzato si può definire a regolazione programmabile pneumatica, rettilineo a due assi: uno orientato longitudinalmente alla forza premente dell’utensile sul pezzo, l’altro analogamente longitudinale ma alla direzione di avanzamento dell'utensile, con pressioni corrispondenti ai valori programmati. Il sistema, di facile puntualizzazione, ha consentito di raggiungere non solo la perseguita elasticità e corrispondenza per superare imprevisti, ma anche margini di programmazione più ampi, e pressioni di lavoro dell'utensile maggiormente proporzionate alle velocità di avanzamento.

Lo stesso utensile, a questo punto, non poteva sottrarsi a modifiche per accrescere la sua resistenza, diminuire gli ingombri di lavoro, accrescere l’affidabilità anche dal punto di vista di una non impossibile rottura. Per assicurare tali requisiti, peraltro determinanti anche ai fini del livello qualitativo, essendo palese che il consumo dei profili dell’utensile peggiora il grado di finitura, abbiamo fatto ricorso a supporti metallici, in acciaio bonificato, torniti in sagome a centro depresso, a disco e a perno e comunque nelle dimensioni e fogge più idonee al sistema, sui quali riportare le masse abrasive più idonee. La nostra esperienza ha confermato che un riporto diamantato, o corrispondente a tale tipologia (esempio: BORAZON), offre prestazioni rilevanti: elevata durata e capacità di asportazione. In particolare utensili così fatti hanno con l'uso riduzioni dimensionali del tutto trascurabili.

Sintetizzando le modalità operative del procedimento, da ritenersi come esempio senza carattere di limitazione, la successione prevede: 1. La preparazione di un pezzo modello, appartenente al lotto da lavorare, mediante finitura con i correnti mezzi meccanici. Verificata la sua idoneità, questo assume il ruolo di guida per la programmazione delle traiettorie del robot.

2. Spostando adeguatamente i pioli di riferimento, il pezzo-guida viene posizionato sugli espansori di flusso, di forma e altezza standardizzate più idonee, applicati al piano magnetico o direttamente sui piano magnetico.

3. Comandando il trasferimento della tavola all'interno della cabina, si presenta il pezzo-guida al robot come riferimento alla programmazione in autoapprendimento delle traiettorie.

4. Eseguita la programmazione delle traiettorie, peraltro facilitata dalla presenza del compensatore che permette elevata approssimazione nella determinazione dei punti, il sistema è pronto per essere avviato in automatico; trasferita la tavola in posizione di carico, sostituto il pezzo-guida con un pezzo grezzo, si esegue la lavorazione di prova verificando eventuale necessità di messa a punto della programmazione.

5. La programmazione del sistema eseguita su una tavola è, tramite apposita istruzione, estesa alla seconda tavola e il programma determinato è memorizzato su CD (compact disc) abbinato alla fotografia digitale della posizione dei pioli di riferimento per le future produzioni dello stesso pezzo.

6. Terminata la programmazione il sistema è operativo. L’addetto, nella sua posizione di lavoro esterna alia cabina, alternativamente sulle due tavole, scarica i pezzi lavorati in uscita dalla cella e posiziona sui piani magnetici i grezzi dando poi il comando per l’ancoraggio magnetico e il consenso all'avvio del ciclo automatico di lavorazione che ha la seguente sequenza:

• ingresso nella cabina della tavola portante il piano magnetico col pezzo grezzo con presentazione del pezzo davanti al robot;

• attacco e lavorazione del pezzo, percorrendo le traiettorie programmate, da parte dell’utensile, montato sul polso del robot, compensato con valori di spinta programmati;

• a fine lavorazione (mentre il robot passa alta lavorazione del pezzo posizionato sull’altra tavola con piano magnetico e presentato al robot) avvio della tavola verso l’uscita, sosta con smagnetizzazione della superficie del piano magnetico nella posizione di soffiaggio e aspirazione per l’asportazione di particelle e/o pulviscolo metallico; ri magnetizzazione per trattenere il pezzo nella movimentazione della tavola nell'ultimo tratto in uscita dalla cabina;

• smagnetizzazione e scarico del pezzo lavorato.

Per valutare le risultanze, si riportano alcuni raffronti pratici, confermati nella loro indicatività dall’esperienza condotta, in termini mirati, dalla nostra fonderla, tradizionalmente "terzista". L’unità operativa, puntualizzata secondo i progressivi traguardi esposti, dispone di due tavole magnetiche confluenti verso un singolo robot. I criteri di valutazione seguiti sono: ogni lotto dello stesso pezzo era suddiviso in due frazioni numericamente uguali; una frazione indirizzata aH'unità robotizzata, la seconda al reparto di sbavatura, con il rilievo delle relative tempistiche .

Caso N° 2 - Corpo intermedio di pompa per vuoto

Caso N° 3 - Blocco morsa macchina utensile

Caso N° 4 - Piattaforma di macchina utensile da taglio

Per tradurre il tutto in termini di vantaggi gestionali, l’unità di sbavatura e rifinitura ha consentito:

a) - l’eliminazione dei maggiori costi imposti dall'intervento di sbavatori esterni, in conformità a tutte le normative vigenti, reso necessario per il rispetto delle consegne concordate;

b) - un bilanciamento tra la potenzialità del reparto fusorio e le tempistiche del flusso produttivo fino alla consegna;

c) - l'innalzamento del grado di finitura del nostro prodotto, e quindi del livello qualitativo corrispondente;

d) - un ritorno economico del tutto compatibile con i termini di rientro dell'investimento finanziario;

e) - ovviamente, un abbattimento dei costi grazie all’aumento della produttività.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un procedimento robotizzato per la sbavatura, e/o molatura, e/o rifinitura di pezzi in metallo e leghe ferrose, comunque prodotti, caratterizzato dal fatto che l’ancoraggio dei pezzi medesimi, per resistere alle sollecitazioni del loro trasferimento nell'area di lavoro del robot, nonché a quelle derivanti dalle forze d’azione dell’utensile operativo, viene conseguito mediante il ricorso all’attrazione esercitata da un flusso magnetico che, chiudendosi attraverso il pezzo da lavorare, vincola saldamente il pezzo medesimo ad una tavola portante adeguata alle necessità delle suddette fasi di trasferimento e lavorazione.
2. 2. Un procedimento, di cui alla rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che il flusso magnetico di ancoraggio può essere generato, nella stessa tavola portante, mediante accoppiamento di magneti permanenti statici e di tipo invertibili, opportunamente predisposti in blocchi concentratori di forza, tali da consentire il rapido insorgere di un campo elettropermanente nella fase di ancoraggio, nonché la sua cortocircuitazione all’interno dei blocchi nella fase smagnetizzante, quindi la neutralizzazione delle forze ancoranti alla fine del ciclo.
3. 3. Un procedimento, di cui alle rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che, la realizzazione della maschera si attua mediante sezioni standardizzate componibili e un getto o pezzo appartenente alio stesso lotto da lavorare, preparato per corrispondere ai requisiti prescritti, e quindi in grado di assicurare l’omogeneità qualitativa finale di tutti i pezzi del lotto coinvolto.
4. 4. Un procedimento, di cui alle rivendicazioni 1 - 2 - 3, caratterizzato dal fatto che al polso del robot viene inserito un sistema compensatore, comunque realizzato, inteso ad impartire al polso medesimo un certo grado di cedevolezza, e quindi di consentire un maggior controllo delle traiettorie di lavorazione programmate, nonché un maggiore margine d’azione e di autoadeguamento dell’utensile di fronte a situazioni imprevedibili per la loro aleatorietà.
5. 5. Un procedimento, di cui a tutte le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l’utensile viene realizzato mediante un supporto metallico sul quale viene riportata una massa abrasiva, il cui costituente attivo, granulometricamente ben ripartito nelle diverse frazioni dimensionali, consente elevate capacità d’asportazione, alterazioni della superficie e dei profili molto ridotte quindi una lunga vita di esercizio, segnalazione dei raggiunti limiti di usura con il raggiungimento della linea del bordo, amplificabile acusticamente .
6. 6. Pezzi sbavati, molati e/o rifiniti secondo una o tutte le rivendicazioni precedenti.