Ambit di appliiazione dei maiihinari CNC e robot

Lavorare con i robot è un'intersezione di due campi ingegneristci: lavorazione convenzionale e robotca vera e propria.

Il setore della lavorazione preferisce in genere per operazioni convenzionali, macchine CNC cartesiane, che forniscono agli utent fnali alta affidabilità, buona ripetbilità e otma precisione.59

Tradizionalmente, vengono utlizzate per la lavorazione di part metalliche provenient da prodot greggi simili a parallelepipedi con elevata quanttà di materiale removibile.

Queste operazioni sono molto diffuse nell'industria automobilistca e nell’aeronautca.

Le macchine CNC contemporanee necessitano di uno spazio di lavoro abbastanza ampio. Inoltre, la loro efficienza è dimostrata anche per la lavorazione di materiali composit che vengono utlizzat di più grazie al perfeto rapporto tra massa e resistenza.

Oltre alla fresatura, le operazioni di fnitura e riflatura possono essere eseguite anche da macchinari CNC.

Tutavia, nonostante numerosi vantaggi, le macchine CNC rimangono molto costose e il loro spazio di lavoro è limitato e non può essere esteso, il che è cruciale per setori quali l'aeronautca e le costruzioni navali.

Ciò motva gli utent a trovare una soluzione alternatva.

Uno dei modi per superare queste difficoltà consiste nel sosttuire le macchine CNC con i robot industriali, dal costo compettvo e lo spazio di lavoro può essere facilmente esteso (aggiungendo assi atuatori extra).

59 - R. Ramesh, M.A. Mannan, A.N. Poo, Error compensaton in machine tools — a review: Part I: geometric, cutng- force induced and fxture-dependent errors, Int. J. Mach. Tools Manuf. 40 (2000).

Tradizionalmente, il mercato dei robot industriali è condiviso tra

movimentazione, prelievo e posizionamento, assemblaggio e saldatura. L'elaborazione (compresa la lavorazione), rappresenta una parte molto piccola del mercato, meno del 5%.

Secondo lo studio PWC (Price waterhouse Coopers),60 _{queste azioni}

restano invariate nel prossimo futuro, come ancora sono moltssime le operazioni di pick and place a essere automatzzate atraverso la robotca.

Tutavia, la quota di lavorazione atraverso robot automatzzat è in contnua crescita, un quarto delle nuove celle robotzzate in Nord America sono orientate a quei processi di lavorazione.

Gran parte di questa quota di mercato corrisponde al taglio che

tradizionalmente è svolto da lavoro manuale altamente qualifcato, ma al giorno d'oggi i robot diventano compettvi grazie alla crescente precisione.

Per molte lavorazioni i robot sono appetbili grazie alla loro versatlità in diverse aree di lavoro, ad un prezzo compettvo che rende otmo il rapporto cost:benefci, dunque una soluzione vantaggiosa per la lavorazione di component anche di grandi dimensioni.

L’unico ostacolo secondo Slamani è rappresentato da una bassa precisione di circa 0,7mm e una ripetbilità di circa 0,2mm rispeto alle macchine CNC, una valutazione della capacità del robot che viene otenuta da test messi a punto atraverso diversi metodi.61

Altro ambiente all’interno del quale può essere implementata la tecnologia robotca, è quello della lavorazione dei materiali duri e complessi.

60 - R. McCutcheon, R. Pethick, The new hire: How a new generaton of robots is transforming manufacturing, in, Price waterhouse Coopers 2014.

61 - M. Slamani, A. Nubiola, I. Bonev, Assessment of the positoning performance of an industrial robot, Ind. Robot.: Int. J. 39 (2012) . M. Slamani, A. Joubair, I.A. Bonev, A comparatve evaluaton of three industrial robots using three reference measuring techniques, Ind. Robot.: Int. J. 42 (2015).

Il progeto europeo “Hephestos” ha l'obietvo principale di sviluppare nuove tecnologie robotche per la rimozione e la lavorazione di materiale duro, fornendo standard industriali ed elaborando tecniche avanzate di pianifcazione della lavorazione, programmazione e controllo in tempo reale.62

Hephestos, sulla base di sistemi consolidat di produzione assistta dal computer, otmizza la pianifcazione della produzione atraverso la generazione automatca di programmi robotzzat, tenendo conto di specifche frme del robot, ovvero carateristche cinematche e dinamiche del sistema robotco, nonché modelli di processo (come ad esempio la lucidatura), che sono essenziali per l’implementazione della robotca nella lavorazione di materiali duri. Per adeguarsi ai sistemi di produzione per piccoli lot, si elaborano dat mediante sensori avanzat, utlizzat poi per sviluppare strategie nella pianifcazione al fne di migliorare l'efficienza.

Aspeto molto importante riguarda il fato che anche l'esperienza e le competenze umane vengono coinvolte nel processo di pianifcazione. Il controllo della forza in tempo reale verifca le interazioni tra i robot e il taglio del materiale, che possono comprendere alcune incertezze e punt critci nella lavorazione del metallo duro, dunque vari algoritmi di controllo della lavorazione contribuiscono a mantenere un’alta qualità e precisione nelle operazioni di levigatura e lucidatura oltre ad ampliare considerevolmente la conoscenza del robot.

L’implementazione della robotca non sosttuisce il computer a controllo numerico (CNC), ma quest’ultmo è atualmente visto come uno strumento alternatvo utlizzabile per materiali non metallici come ad esempio resine e plastche, o per metalli teneri a seconda del grado di durezza, o ancora per la rifnitura superfciale.

62 - HEPHESTOS: Hard Material Small-Batch Industrial Machining Robot, Gerhard Schreck, Dragoljub Surdilovic, Joerg Krueger.

La barriera più grossa da superare per un’adozione diffusa della robotca, è una mancanza generale di conoscenze da parte della comunità degli utent fnali riguardo alle capacità e ai vantaggi dei robot nelle applicazioni di lavorazione industriale.

Pertanto è necessario uno sforzo signifcatvo per educare gli utent sulle funzionalità della lavorazione robotzzata per realizzare aument signifcatvi delle implementazioni di queste tecnologie.

I produtori di robot industriali leader nel mondo stanno iniziando a fornire insieme ai sistemi automatzzat, dei support software per l’implementazione nelle lavorazioni.63

Anche la progetazione tradizionale assistta dal computer CAD e CAM, sviluppatori come Delcam, tendono ad incorporare istruzioni sulle funzionalità di lavorazione del robot in pacchet software.64

Diversi studi dimostrano che i robot possono otenere buoni risultat nella lucidatura,65 _retfca66 _{e sbavatura.}67

Lo scopo principale della lucidatura è di generare una superfcie lucida o liscia, senza modifcare le dimensioni del pezzo. Gli strument di lucidatura infat sono spesso morbidi o flessibili, requisit dunque per un’efficienza e una precisione otmale.

Questo crea un'otma opportunità per i robot di eccellere nelle operazioni di lucidatura tramite braccio artcolato perché può facilmente posizionare lo strumento di lucidatura in qualunque posizione.

63 - Fanuc Robotcs. www.fanucrobotcs.com 64 - Delcam. www.delcam.com

65 - Lin FY, Lu TS (2005) Development of a robot system for complex surfaces polishing based on CL data. Int J Adv Manuf Technol 26

66 - Rena X, Kuhlenkotera B, Muller H (2006) Simulaton and verifcaton of belt grinding with industrial robots. Int J Mach Tool Manuf 46

67 - Huang H, Gong ZM, Chen XQ, Zhou L (2002) Robotc grinding and polishing for turbine-vane overhaul. J Mater Process Technol 127

Tutavia ci sono delle discussioni sull’impiego di robot per la levigatura e la lucidatura che potrebbero migliorare la qualità della superfcie rispeto alle fresatrici CNC.68

Il miglior risultato si otene principalmente grazie alla capacità del robot di cambiare facilmente l'orientamento dello strumento, quindi riesce a mantenere un certo livello di omogeneità della superfcie levigata.

Per quanto riguarda le operazioni di fresatura, altri studi riportano risultat contrastant che dimostrano come molt migliorament devono essere effetuat prima che la fresatura del robot venga applicata.

È interessante notare che i robot artcolat hanno alcuni problemi come una bassa ripetbilità, ma vengono applicat con successo ad operazioni di fnitura (lucidatura e retfca) dove i requisit di qualità delle superfci sono elevat.

Questo può essere visto anche nelle operazioni di rimozione del materiale in eccesso. Successivamente al taglio grossolano (fresatura), una grande quanttà di materiale deve essere rimossa. Questo sotopone il braccio del robot ad un carico elevato, tutavia la rigidità dell'atuatore del robot può non essere abbastanza da sopportare un carico così elevato. In questo caso si può verifcare un errore nella lavorazione.

Per superare gli svantaggi dei robot artcolat nella lavorazione, dal 2009 la commissione europea fnanzia un progeto chiamato COMET (component plug-and-produce ad alta precisione con controllo adatvo).69

68 - Pires JN, Ramming J, Rauch S, Araujo R (2002) Force:torque sensing applied to industrial robotc debuerring. Sens Rev 22

Questo progeto è fnalizzato al superamento delle sfde che devono affrontare le industrie manifaturiere europee per sviluppare sistemi di lavorazione innovatvi che siano flessibili, affidabili, con un'efficienza e un costo medio tale da risparmiare denaro rispeto alle macchine utensili tradizionali.

Nonostante questo, i robot industriali non sono esent da imperfezioni e a seconda delle condizioni di lavoro possono soffrire di bassa precisione di posizionamento, vibrazioni a causa della forza del processo e della mancanza di uno strumento di supporto per la massima stabilità.