Indice
Indice ...I
1 Introduzione ... 1
1.1 L’azienda... 1
1.2 Caratteristiche della produzione del Nuovo Pignone... 3
1.3 Il reparto produttivo... 4
1.4 Il compressore centrifugo ... 6
2 Lavorazione a gruppi sulle macchine a CNC ... 11
2.1 Il ciclo di lavorazione ... 11
2.1.1 Generalità... 11
2.1.2 Le informazioni di partenza... 14
2.2 Classificazione dei processi tecnologici e metodo delle lavorazioni per gruppi ... 17
2.2.1 Classificazione dei processi tecnologici ... 17
2.2.2 Le basi del metodo delle lavorazioni per gruppi ... 19
2.2.2.1 Caratteristiche generali del metodo del raggruppamento... 19
2.2.2.2 Classificazione dei pezzi e loro suddivisione in gruppi ... 22
2.2.2.3 Elaborazione del ciclo di gruppo... 25
2.3 Le macchine utensili a controllo numerico... 26
2.3.1 Dalle macchine tradizionali a quelle a Controllo Numerico... 28
2.3.2 La programmazione ... 31
2.3.2.1 Programmazione manuale... 33
2.3.2.2 Programmazione automatica... 35
2.4 Lavorazione a gruppi su macchine utensili a controllo numerico... 41
3.1 Dalla progettazione al prodotto finito ... 43
3.2 Il ciclo di lavoro ... 45
3.2.1 L’Archivio Elettronico Cicli... 46
3.2.2 Emissione del ciclo ... 49
3.2.3 Prima applicazione del metodo di lavorazione per gruppi ... 50
3.3 Il ciclo della flangia ... 51
3.4 L’officina... 57
3.4.1 Il dossier d’officina ... 57
3.4.2 Le fasi della lavorazione perimetrale completa... 59
3.4.3 Gli utensili ... 60
3.4.4 L’attrezzatura ... 62
3.4.5 Le lavorazioni ... 62
3.5 Definizione degli obiettivi ... 66
4 Il piazzamento ... 68
4.1 La situazione iniziale ... 68
4.1.1 L’attrezzatura ... 69
4.1.2 Esecuzione dello staffaggio... 73
4.1.3 Attrezzatura non standard... 76
4.2 Indagine retrospettiva delle soluzioni ... 78
4.2.1 Dati e ipotesi ... 78
4.2.2 Calcolo della posizione di staffaggio... 83
4.2.3 Verifica dello staffaggio... 86
4.3 Soluzione proposta ... 89
5 Creazione della famiglia... 92
5.1 Input per la creazione di una famiglia per macchina utensile a CNC .. 92
5.2 Programmazione eseguita mediante APT ... 94
5.3 Creazione delle form features ... 96
5.3.1 Quotatura, utensili e metodo di lavorazione delle form features ... 98
5.3.2 Esempio: alloggiamento della spina di riferimento flangia/cassa 100
5.3.4 Esempio: i fori di canalizzazione... 103
5.4 Il ciclo di lavorazione di gruppo ... 110
5.4.1 Riduzione del numero di cambio utensili ... 111
5.4.2 Lavorazione con macchina non presidiata ... 112
5.4.3 La sperimentazione ... 114
5.4.4 Verifiche durante la lavorazione... 115
5.4.5 Il parco utensili ... 116
6 Conclusioni ... 117
Bibliografia ... 120
Appendice A ... 121
Appendice B ... 123
Appendice C ... 124
1 Introduzione
1.1 L’azienda
Il Nuovo Pignone è nato a Firenze nel 1842 come fonderia di ghisa.
Attualmente impiega circa 3700 persone delle quali quasi 3100 lavorano a Firenze, sede del principale stabilimento e della Direzione Generale. Altri sette stabilimenti sono sparsi per tutta l’Italia: Bari, Massa, Talamona, Portorecanati, Vibo Valentia, S. Donato Massese e Priolo.
A partire dal 1994 la Società Nuovo Pignone S.p.A. fa parte del gruppo General Electric (GE) che attualmente possiede circa il 91% delle azioni; il rimanente 9% è posseduto da ENI.
La sede di Firenze è specializzata nella progettazione, costruzione e installazione di soluzioni complete di Sistemi e Servizi per l’industria del OIL&GAS.
I principali prodotti sono: turbine a gas e a vapore, compressori alternativi, compressori centrifughi ed assiali, espansori gas e sistemi di compressione gas.
Figura 1-1
In un’area attigua allo stabilimento di Firenze, è situata la Divisione Servizio Clienti che provvede al coordinamento di tutte le attività di assistenza tecnica post vendita con fornitura di parti di ricambio, revisioni, manutenzione ed aggiornamento per tutte le macchine e gli impianti completi forniti dal Nuovo Pignone.
Dei due stabilimenti per la produzione di caldareria il più grande, situato a Massa, è specializzato nella caldareria pesante, il secondo situato a Vibo Valentia, in quella leggera.
A Bari si producono pompe, valvole a sfera, valvole di regolazione e di sicurezza, strumentazione elettronica.
Presso lo stabilimento di Talamona (Sondrio) vengono costruiti distributori di carburante, apparecchiature di misura per gas naturale, palette per turbine a gas e a vapore.
Fuel Dispensers Gas Meters Blades
Centrifugal Pumps
Ball, Control and Safety Valves
Reducing Metering Systems
Reciprocating Compressors
Turbocompressors
Gas Turbines
Steam Turbines
Compressor/Pumping Stations
Reactors
Modular Systems
Air Coolers Air Cooled Steam Condensers
MASSA
FLORENCE
TALAMONA
VIBO VALENTIA BARI PORTO RECANATI
Gas Turbine Combustors
Figura 1-2
1.2 Caratteristiche della produzione del Nuovo Pignone
Dato l’elevato contenuto tecnologico, l’alto valore economico unitario e la variabilità dei prodotti realizzati, il Nuovo Pignone esegue una tipologia di produzione su commessa: la realizzazione del prodotto si sviluppa in seguito all’atto di acquisizione della commessa di fornitura.
Dal punto di vista logico-temporale, l’intero processo che va dalla contrattazione della fornitura con il cliente alla consegna del prodotto viene suddiviso in due sottoprocessi:
1) ITO (Inquired To Order) : l’azienda definisce una proposta tecnica/commerciale che soddisfi la richiesta del cliente; vengono infatti specificati in dettaglio tutti gli aspetti della fornitura (costi, tempistiche, modalità di consegna, etc.). Nel caso in cui arrivi l’ordine si avvia il processo OTR;
2) OTR (Order To Remittance) : comprende la vasta gamma delle attività che porteranno a consegnare il prodotto/fornitura al cliente.
Data la complessità e la varietà delle attività gestite dal Nuovo Pignone, è possibile distinguere diverse tipologie di commesse:
- commesse di vendita - commesse di produzione
- commesse di SAPO (sala prove) - commesse sperimentali
- commesse di garanzia
Relativamente alle commesse di vendita, l’OTR si articola in tre
sottoprocessi “chiave”:
1) INGEGNERIA : emissione delle distinte di commessa (generali e parziali), progettazione del prodotto e dei suoi componenti, preparazione della documentazione tecnica, elaborazione del Piano di Richieste Aggiuntive del cliente e della specifica di Commessa;
2) MRP (Material Requirement Program) : mediante una continua interfaccia tra le funzioni Produzione e Acquisti, provvede ad elaborare le richieste di acquisto, ad emettere gli ordini ed a ricevere i materiali necessari alla Produzione con un opportuno anticipo rispetto alla data di inizio dei relativi cicli di impiego;
3) PRODUZIONE : comprende tutti i processi di trasformazione dei materiali approvvigionati (lavorazioni meccaniche, montaggi etc.) fino al completamento del prodotto.
1.3 Il reparto produttivo
Per comprendere al meglio le problematiche affrontate durante il progetto, è opportuno descrivere brevemente l’organizzazione della produzione nello stabilimento di Firenze del Nuovo Pignone (FIR).
La produzione è strutturata in Centri di Eccellenza (COE) che costituiscono unità produttive con lo scopo di eseguire attività omogenee (famiglie di parti, sotto-assiemi di macchina, montaggi di macchina, prove, vestizioni, etc.) rispettando la qualità richiesta dal prodotto, con il minimo costo e secondo il Piano Generale di Produzione (Master Production Schedule).
Tali Centri di Eccellenza di produzione sono:
1) COE/STAT : si occupa di tutte le lavorazioni meccaniche delle parti
statoriche;
2) COE/ROT : ha la responsabilità della programmazione, esecuzione e controllo delle attività di lavorazione meccanica e montaggio dei rotori;
3) COE/MONT : programma, esegue e controlla le attività di montaggio delle macchine sino al così detto flangia-flangia;
4) COE/PACK : si occupa di tutte le attività di vestizione della macchina, dopo il montaggio flangia-flangia fino al ready for sheepment.
Il presente studio è stato svolto presso l’Ufficio Tecnico d’Officina (UTOF) del centro di eccellenza delle parti statoriche. È necessario spendere dunque qualche parola in più per descrivere i compiti principali del COE/STAT:
- ha il compito di programmare, eseguire e controllare le attività di lavorazione meccanica delle parti statoriche, nel rispetto degli standard qualitativi e dei costi, assicurando il coordinamento delle attività di Ingegneria di produzione e di controllo qualità;
- programma e coordina le attività di conto-lavoro delle lavorazioni meccaniche (emissione degli ordini, azioni di expediting e di collaudo, etc.), in accordo con le politiche generali di approvvigionamento e controllo qualità;
- verifica la disponibilità dei materiali e gestisce le attrezzature necessarie per la produzione interna e per il conto-lavoro;
- si occupa della gestione delle attività necessarie per il mantenimento dell’efficienza ed il corretto utilizzo dei mezzi produttivi dello stabilimento di Firenze;
- assicura la preparazione ed il presetting dell’utensileria e mandrineria necessaria alle lavorazioni meccaniche dell’officina;
- assicura inoltre le condizioni di sicurezza, igiene del lavoro e tutela
ambientale.
All’interno di ogni centro di eccellenza si trova un ufficio detto UTOF (ufficio tecnico di officina), i cui compiti principali sono:
- studiare e ottimizzare i processi di produzione ed elaborare i relativi metodi, mediante l’emissione dei cicli e dei tempi di lavoro;
- personalizzare le distinte a commessa, gestire i fabbisogni netti e la loro documentazione tecnica per l’approvvigionamento;
- compiere l’analisi degli investimenti di nuovi mezzi di produzione per la meccanica o per il montaggio;
- ha la responsabilità di elaborare e sperimentare nuovi programmi per le macchine a CN e di studiare ed emettere la documentazione necessaria alla realizzazione delle attrezzature e dell’utensileria di produzione;
- è di supporto all’elaborazione del costo industriale dei prodotti;
- tenere i rapporti con l’Ingegneria e con i Product Leaders per il miglioramento dei prodotti;
- assicurare le condizioni di sicurezza, igiene del lavoro e tutela ambientale.
1.4 Il compressore centrifugo
Il compressore centrifugo è una macchina dinamica a flusso continuo di
fluido che riceve energia meccanica da una macchina motrice esterna (in genere
una turbina a vapore o a gas o un motore elettrico) e conferisce tale energia al
gas che lo attraversa aumentandone la pressione ( Figura 1-3 ).
Figura 1-3
Come si può vedere in Figura 1-4 il campo di utilizzo di questa macchina è molto ampio, si va dalle basse pressioni di scarico con alte portate (per i compressori indicati come Horizzontally Split) alle altissime pressioni con basse portate (Vertically Split HP).
Figura 1-4
Si possono operare differenti classificazioni dei compressori centrifughi, ma il criterio principale è legato alla tipologia di unione delle semicasse:
- MCL : compressori con casse aperte orizzontalmente ( Figura 1-5 );
Figura 1-5
- BCL : compressori con casse aperte verticalmente ( Figura 1-6 ).
Figura 1-6
MCL
rotore
semicassa inferiore semicassa
superiore
BCL diaframmi
rotore cassa
flangia di
testata
Gli elementi costituenti un compressore centrifugo sono ( Figura 1-5 e Figura 1-6 ):
- la cassa esterna, che funge essenzialmente da contenitore;
- il pacco diaframmi, solidale alla cassa;
- il rotore, che è costituito dall’albero e da una o più giranti;
- la flangia di testata, nel caso di compressore tipo BCL.
In particolare esistono due differenti tipi di BCL, facilmente riconoscibili dalla flangia di testata: quelli tradizionali ( Figura 1-7 ) e quelli di tipo shear ring ( Figura 1-8 ).
Figura 1-7 Figura 1-8
La differenza sta nel modo in cui queste flange sono fissate sulla cassa.
Nei BCL tradizionali è presente sulla periferia una corona di fori assiali, attraverso i quali passano una serie di prigionieri avvitati sulla cassa ( Figura 1-9 ).
Figura 1-9
Nei BCL di tipo shear ring, invece, la superficie cilindrica esterna della flangia e quella interna della cassa sono accoppiate, cosicché la flangia viene infilata nella cassa fino a portarla a battuta e poi fissata tramite degli shear ring ( Figura 1-10 ).
Figura 1-10
Lo studio in questione ha per oggetto, come già detto, la lavorazione meccanica delle flange di tipo shear ring. Esistono flange di varie dimensioni (Φ
est= 727 ÷ 1762 mm, altezza = 265 ÷ 494 mm) e peso (P = 700 ÷ 6270 kg).
2 Lavorazione a gruppi sulle macchine a CNC
2.1 Il ciclo di lavorazione
2.1.1 Generalità
Con il termine ciclo di lavorazione si intende l’insieme delle operazioni necessarie a fabbricare un singolo elemento attraverso una successione di processi tecnologici (fusione, stampaggio, lavorazioni per asportazione di truciolo, etc.). Nel caso particolare dell’asportazione di truciolo il ciclo di lavorazione consente ad un pezzo greggio (di fusione, di stampaggio, etc.) o ad un semi-lavorato (barra, lamiera, etc.) di raggiungere una predeterminata geometria finale.
È ovvio come una pianificazione oculata e razionale del ciclo di lavorazione rappresenti un fattore di estrema importanza per la produttività di un’industria meccanica. Infatti la scelta appropriata e razionale delle macchine, degli utensili e delle procedure tecnologiche necessarie per lavorare l’elemento greggio incidono fortemente sulla qualità e sul costo del prodotto finale.
Risulta evidente come lo studio e l’impostazione di un efficiente ciclo di lavorazione sia un problema complesso che coinvolge tutti gli aspetti inerenti la tecnologia meccanica; sono quindi necessarie conoscenze tecnologiche approfondite sia per quanto riguarda i diversi procedimenti di lavorazione, si per quanto riguarda le macchine, gli utensili, le attrezzature e le apparecchiature di controllo disponibili.
È inoltre da porre in risalto come la stesura di un ciclo di lavorazione si
presenti come un problema a più soluzioni. Infatti per portare un elemento dal
suo stato iniziale alla sua configurazione finale, possono essere utilizzate
svariate sequenze di operazioni e diverse metodologie tecnologiche. Sta, dunque, all’abilità e alle conoscenze di colui che è stato preposto alla compilazione del ciclo scegliere i processi tecnologici più opportuni, le macchine più idonee, la sequenza ottimale di lavorazione, gli utensili e i parametri di taglio da adottare. Tuttavia in questo campo non è possibile adottare una teoria in grado di essere accettata ed applicata da tutti coloro che sono chiamati a svolgere questa attività. Per questo motivo, nelle aziende, capita spesso che molte decisioni in questo campo siano affidate all’esperienza degli addetti ai lavori. La stesura di un ciclo è inoltre influenzata dall’abitudine, consolidata in un’azienda, di risolvere determinati problemi tecnologici con procedure ormai standardizzate, affinate in svariati anni di lavoro, oppure consultando la vasta letteratura tecnica presente in materia, le indicazioni riportate sui manuali e le raccomandazioni prescritte dai costruttori di macchine e di utensili.
Per pianificazione del ciclo di lavorazione di un elemento meccanico si intende quella funzione, svolta da uno o più tecnici, che stabilisce un’insieme ordinato di operazioni che permettono a un pezzo greggio o semi-lavorato di raggiungere, attraverso passi successivi, la forma finale.
Nel caso di un elemento meccanico, di cui sia stato preventivamente preparato il disegno costruttivo, e che debba essere lavorato su macchine utensili ad asportazione di truciolo, il processo di stesura del ciclo di fabbricazione può essere suddiviso nelle seguenti fasi:
1) analisi critica del disegno di progetto e valutazione dei dati di partenza;
2) scelta dei processi di lavorazione e della sequenza delle fasi;
3) raggruppamento delle operazioni in sottofasi;
4) scelta della sequenza delle operazioni;
5) scelta degli utensili;
6) scelta dei parametri di taglio;
7) scelta e/o progettazione delle attrezzature;
8) scelta degli strumenti e delle procedure di controllo;
9) calcolo dei tempi e dei costi;
10) stesura del foglio di lavorazione e del part program, nel caso in cui siano impiegate macchine utensili a controllo numerico.
È ovvio che tutti questi punti sono strettamente interconnessi tra loro. Non possono quindi essere analizzati separatamente in modo puramente sequenziale, ma devono essere sviluppati tenendo conto dell’influenza esercitata su ognuno di essi dai parametri e dalle variabili che caratterizzano i rimanenti punti.
Nella terminologia sopra impiegata, è stato fatto riferimento alle seguenti definizioni convenzionali:
- fase : con questo termine si intende l’insieme ordinato delle operazioni realizzate presso un medesimo posto di lavoro (che può essere la singola macchina utensile, il banco di lavoro, la zona di montaggio, etc.), con o senza lo smontaggio del pezzo. Per esempio, l’insieme delle lavorazioni eseguite su un tornio sono indicate con il termine fase di tornitura;
- sotto-fase : con questo termine si intende l’insieme ordinato delle operazioni realizzate presso un medesimo posto di lavoro e con un medesimo posizionamento del pezzo. Quindi se in una fase il pezzo deve essere posizionato in vari modi per eseguire tutte le lavorazioni previste, la fase si scompone in tante sotto-fasi quanti sono tali posizionamenti;
- operazione elementare : con questo termine si intende la lavorazione
di una superficie elementare realizzata con un unico utensile. Alcuni
esempi di operazioni elementari sono: tornitura cilindrica, tornitura
conica, attestatura, scanalatura, spianatura, etc.
Un ciclo di lavorazione è quindi costituito da una o più fasi, ciascuna relativa a un posto di lavoro impiegato; ciascuna fase a sua volta può essere composto da più sotto-fasi, ciascuna per ogni posizionamento del pezzo nell’ambito del posto di lavoro; infine ciascuna sottofase può essere composta da una sequenza di operazioni elementari necessarie a lavorare il pezzo in quel dato posizionamento.
Figura 2-1
2.1.2 Le informazioni di partenza
Il punto di partenza per la stesura di un ciclo di lavorazione di un elemento deve essere considerato il disegno dell’elemento, dal quale è possibile rilevare i seguenti dadi fondamentali:
Ciclo di lavorazione
Fase di tornitura
Fase di fresatura
Fase di rettifica
Prima sotto-fase
Seconda sotto-fase
Tornitura cilindrica Sfacciatura
Tornitura cilindrica Sfacciatura
Centratura Foratura Alesatura
Fresatura piana
Alesatura
Rettifica cilindrica interna
a) dimensioni : da esse dipendono ovviamente le dimensioni delle macchine utensili e delle attrezzature da impiegare;
b) tolleranze dimensionali, di forma e di posizione: influenzano sia la scelta delle macchine, degli utensili e dei processi tecnologici da impiegare, sia il posizionamento del pezzo durante la lavorazione;
c) qualità superficiale : anche questo fattore influenza la scelta del processo di taglio e di tutti i parametri ad esso associati;
d) trattamenti termici, giunti saldati o chiodati e accoppiamenti forzati : la loro esecuzione incide sensibilmente sul ciclo, poiché è richiesto che essi occupino una opportuna posizione tra le fasi di lavorazione (di solito dopo una fase di sgrossatura e prima di una fase di finitura);
e) connessione con altri elementi : alcuni accoppiamenti possono richiedere la lavorazione contemporanea di più particolari; è il caso, ad esempio, di un collegamento realizzato con spine di riferimento: le alesature dei fori dei fori delle spine devono essere realizzate dopo aver accoppiato i due elementi;
f) materiale : gli angoli caratteristici e il materiale dell’utensile, i parametri di taglio e gli accorgimenti da adottare per il bloccaggio del pezzo dipendono anche dalle caratteristiche meccaniche del pezzo da lavorare.
Altri importanti aspetti che completano il quadro delle informazioni di partenza, necessari a una corretta impostazione del ciclo sono:
g) tipo di greggio : è fondamentale la conoscenza del greggio di partenza per determinare le operazioni elementari da eseguire, le superfici iniziali di riferimento e di bloccaggio e i sovrametalli da asportare.
Questo può essere una barra (laminata, trafilata, rettificata, etc.), può
essere ricavato per fusione (in terra, in conchiglia, etc.), per
fucinatura, per stampaggio a caldo, per tranciatura o per piegatura di lamiere, etc.
h) quantità di pezzi da produrre : questo aspetto condiziona tutta l’impostazione del ciclo, che varia considerevolmente a seconda che vengano realizzati pochi esemplari oppure una quantità rilevante;
i) regime di produzione : questo aspetto influenza la scelta dei mezzi di produzione e il calcolo dei parametri di taglio. Se si adotta un regime economico il ciclo deve essere ottimizzato in modo da ottenere il minimo costo di produzione; se si adotta un regime produttivo il ciclo deve essere impostato per l’ottenimento di un dato volume di produzione, senza considerare gli aspetti economici. Quest’ultimo regime è comunque da adottare quando sia necessario sopperire a particolari situazioni organizzative (ritardo di consegne, ordinativi imprevisti, etc,);
j) disponibilità di mezzi e di macchine : la disponibilità di macchine, attrezzature, utensili, calibri, etc. e la possibilità di ulteriori acquisti devono essere presi in debita considerazione nella stesura del ciclo, in modo da sfruttare al meglio le risorse dell’azienda;
k) ubicazione dei macchinari : nel caso di produzione di serie, un ciclo di lavorazione razionale e efficiente deve tenere conto anche della disposizione dei macchinari all’interno dell’azienda (o dell’eventuale possibilità di spostarli), allo scopo di ridurre al minimo i tempi necessari al trasporto degli elementi da un posto di lavoro al successivo;
l) professionalità del personale ed automazione delle macchine : anche
questo aspetto influenza indirettamente la scelta dei processi di
fabbricazione.
2.2 Classificazione dei processi tecnologici e metodo delle lavorazioni per gruppi
2.2.1 Classificazione dei processi tecnologici
Un’idea che merita grande attenzione nello studio della tecnologia meccanica è quella della classificazione dei processi tecnologici, proposta dal Prof. A. P. Sokolowski [1]. Questo autore ritiene che la classificazione dei processi tecnologici rappresenti la via per trasformare lo studio delle lavorazioni meccaniche in una vera e propria Scienza.
Senza dubbio l’idea, se ben utilizzata, può avere una grande importanza nella soluzione dei problemi di razionalizzazione dei processi tecnologici.
Alla base della classificazione dei processi tecnologici sta la classificazione dei pezzi da lavorare, cioè la loro divisione in classi, gruppi e tipi. In [1] si definisce la classe come un’assieme di pezzi che presentano problemi tecnologici di lavorazione analoghi, derivanti da una generica somiglianza delle rispettive forme.
All’interno della classe, i pezzi si suddividono in sottoclassi, innanzitutto determinate dalle dimensioni; esse possono quindi dividersi in gruppi ed infine in tipi.
Le sottoclassi e i gruppi si presentano come l’anello intermedio della classificazione. La classificazione proposta non pone un limite al numero dei livelli, prevedendo che possa variare notevolmente; la cosa importante è continuare tale classificazione fino al limite in cui i pezzi richiedano processi tecnologici molto vicini.
Sempre secondo questa ipotesi, per tipo si intende un’assieme di pezzi della stessa classe, che, in produzione, vengano eseguiti secondo un piano comune di lavorazione, almeno per quel che riguarda le superfici fondamentali.
Di conseguenza lo scopo della classificazione dei pezzi è quello della
definizione dei tipi, mentre, in un secondo tempo, la elaborazione dei processi
tecnologici comuni persegue il fine della normalizzazione delle lavorazioni per pezzi analoghi. Il processo tecnologico verrà preparato, dunque, per ogni singolo tipo di pezzi.
L’idea della classificazione dei processi tecnologici era stata, a suo tempo, largamente dibattuta nelle conferenze di tecnologia industriale. La discussione investiva principalmente i principi su cui basare la classificazione ed emersero due punti di vista. La maggioranza dei tecnologi riteneva che alla base della classificazione fosse indispensabile porre il pezzo in lavorazione, dato che esso si presentava come il fattore determinante del processo: perciò la tecnologia come scienza doveva scaturire dalla classificazione dei pezzi e dei relativi processi produttivi. Altri pensavano che prima di accingersi alla normalizzazione dei processi tecnologici relativi a pezzi simili, fosse opportuno elaborare delle norme tecnologiche generali per la lavorazione delle superfici elementari. In altre parole essi proponevano di definire, prima, i casi tipici della lavorazione delle superfici; dalla combinazione di essi si sarebbe potuto, poi, ricavare il processo tecnologico per la lavorazione di qualsiasi pezzo in particolare.
Come ha dimostrato la pratica, la maggioranza degli stabilimenti che hanno tentato di introdurre la classificazione dei processi tecnologici, si è posta sulla via della classificazione dei pezzi e dei processi, e non sulla normalizzazione astratta delle lavorazioni. Il problema veniva risolto attraverso le vie più diverse: certi creavano classifiche molto complesse, dove ogni gruppo si designava con un determinato numero; in altri stabilimenti si impiegava per la designazione un sistema decimale.
In un gruppo di stabilimenti, grazie alla pratica utilizzazione dei principi
della classificazione, è stato ottenuto un considerevole risultato economico. Si è
riusciti, non solo a generare ed utilizzare i processi tecnologici più attuali e
perfezionati, ma anche a introdurre i metodi di lavorazione in linea caratteristici
della produzione di serie.
2.2.2 Le basi del metodo delle lavorazioni per gruppi
2.2.2.1 Caratteristiche generali del metodo del raggruppamento
Il problema consiste nel creare un sistema di elaborazione dei processi tecnologici, una progettazione ed un impiego delle attrezzature tale da garantire una riduzione dei tempi di preparazione della produzione.
Come già accennato, per la soluzione di questo problema è indispensabile passare dall’elaborazione dei cicli di lavorazione per ogni pezzo, alla creazione di processi unificati adatti per un gruppo di pezzi; cioè, adottare il metodo di lavorazione a gruppi. Gli scopi che si perseguono in tal modo, utilizzando sempre le esperienze più avanzate, sono i seguenti:
1) soppressione degli ingiustificati e multiformi cicli di lavorazione;
2) miglioramento dei processi vecchi e superati sull’esempio di quelli impiegati nella produzione di serie;
3) introduzione di un’attrezzatura ad alta produttività e versatilità e creazione delle premesse per la effettiva modernizzazione e automazione del macchinario.
Condizioni indispensabili per la completa soluzione di questi problemi è quella di portare l’entità delle serie ad un livello soddisfacente. Esistono due vie per raggiungere questo scopo:
1) normalizzazione e unificazione dei pezzi e degli assiemi costruttivi nelle macchine e nelle apparecchiature; questo è un compito sistematico dei tecnici degli uffici di normalizzazione;
2) normalizzazione e unificazione dei processi di lavorazione e delle
relative attrezzature. Questo lavoro deve essere effettuato dall’ufficio
tecnico d’officina sulla base dei principi del raggruppamento delle
lavorazioni.
Le due vie si integrano una con l’altra e devono essere eseguite contemporaneamente.
L’aumento della produzione, fino a raggiungere le condizioni della lavorazione di serie, permette di utilizzare i metodi e la tecnica della produzione di massa e di elevare la produttività del lavoro; si riduce conseguentemente il costo di ogni singolo pezzo.
Come già detto, il metodo della lavorazione a gruppi è basato sulla classificazione dei disegni al fine di ottenere gruppi di pezzi, per la lavorazione dei quali occorrano le stesse macchine ed uguali attrezzature. Il metodo può essere applicato sia alle singole lavorazioni che al ciclo completo relativo a gruppi di pezzi aventi un comune piano di lavorazione.
Le due immagini della Figura 2-2 danno una chiara visione dell’intento
della lavorazione per gruppi. In entrambe si vede un certo numero di pezzi di
varie forme; si immagini di doverne elaborare il processo di lavorazione. Questo
problema può essere risolto o attraverso la stesura di un ciclo per ogni singolo
pezzo, oppure attraverso un’opportuna classificazione di tali pezzi in gruppi che
permetta l’elaborazione di un processo unico per ogni gruppo. Nel primo caso
potrebbero essere necessarie tante attrezzature diverse quanti sono i pezzi, nel
secondo caso, quando tutti i pezzi sono riuniti in un certo numero di gruppi,
occorre elaborare un numero di cicli corrispondenti a quello dei gruppi e, al più,
la relativa attrezzatura per ogni gruppo.
Le due immagini mostrano in modo evidente che, mediante l’utilizzo del metodo del raggruppamento delle lavorazioni si introduce un preciso e ben determinato sistema nella preparazione tecnologica della produzione. Il metodo del raggruppamento permette di utilizzare largamente dispositivi ed attrezzature di gruppo, il che riduce sensibilmente la quantità di attrezzature occorrenti.
Emerge così la possibilità di attuare il rimodernamento degli impianti, che vanno resi più rispondenti alle esigenze del processo tecnologico di gruppo; tale modernizzazione consente poi un miglior risultato economico. In molti casi si creano le premesse per l’impiego di macchine e di attrezzature speciali, ad elevata produttività, e talvolta quelle per l’introduzione di catene di lavorazione per gruppi di pezzi, ed anche di linee automatiche come nella produzione di grande serie.
Ad un certo punto l’esperienza tecnica consentirà la formulazione di cicli standard ai quali, i nuovi pezzi da porre in produzione, potranno venir sottoposti con un minimo di modifiche al ciclo, richieste da quote e tolleranze specifiche del pezzo. Le tabelle di classificazione dei pezzi, elaborate dall’ufficio tecnico d’officina, dovranno essere utilizzate dai progettisti nel disegno dei pezzi nuovi;
ciò permetterà di classificare in partenza una serie di nuovi pezzi secondo gruppi già esistenti e previsti dalle tabelle di classificazione, e conseguentemente di eseguire la loro lavorazione sulle macchine già preparate e attrezzate per quel dato gruppo.
È importante notare che in questo caso la creazione di cicli standard è vista come un punto di arrivo della classificazione dei pezzi.
La larga introduzione delle lavorazioni per gruppi semplifica la programmazione d’officina e facilita il compito, in generale, della direzione di fabbrica. L’introduzione dei raggruppamenti delle lavorazioni richiede tuttavia un grande lavoro preparatorio, che riassumendo comprende:
1) la classificazione dei pezzi (suddivisione in gruppi);
2) l’elaborazione dei processi di lavorazione per gruppi di pezzi;
3) la progettazione dei dispositivi e degli attrezzi per i singoli gruppi;
4) la modernizzazione del macchinario e la creazione di macchine utensili speciali;
5) l’organizzazione di linee, o catene, per le lavorazioni raggruppate.
2.2.2.2 Classificazione dei pezzi e loro suddivisione in gruppi
Il criterio che si pone alla base del metodo della lavorazione a gruppi è quello del tipo di lavorazione richiesto dai pezzi; si formano, cioè, classi di pezzi che devono venir lavorati o tutti sulle macchine a CNC, o tutti su macchine a revolver, o sui torni, o sulle frese, o combinazioni delle stesse. Nell’ambito di ogni classe, i pezzi si suddividono in gruppi. L’obiettivo essenziale consiste nell’individuare gruppi di pezzi che richiedono, per la lavorazione, non solo la stessa macchina, ma anche un’unica preparazione generale della macchina stessa. Il gruppo si presenta come un’unità tecnologica basilare. Nella formazione dei gruppi si tiene conto della grandezza dei pezzi, dato che essa determina la grandezza della macchina e dei dispositivi indispensabili per la produzione; inoltre si tiene conto:
1) della forma geometrica dei pezzi, ovvero della similitudine delle diverse superfici di lavorazione;
2) della posizione reciproca di tali superfici destinate ad essere lavorate;
3) del grado di precisione e della finitura di dette superfici;
4) del semilavorato che si assume come materiale di partenza;
5) della quantità di pezzi da porre in lavorazione;
6) della maggiore o minore economicità del ciclo di lavorazione.
La divisione dei pezzi in classi appare come una tappa preparatoria
dell’analisi e facilita la definizione dei gruppi. Applicando dunque i criteri di
raggruppamento descritti, ne risultano sostanzialmente tre casi per ogni classe di pezzi:
1) il primo è quello dei pezzi raggruppati in cui l’intero ciclo di lavorazione si esaurisce su di un unico tipo di macchina utensile, o, al massimo, su alcune macchine che differiscono solo per le dimensioni.
2) Il secondo caso è quello dei pezzi che hanno in comune solo una fase dell’intero ciclo di fabbricazione. Tali pezzi possono quindi, durante lo svolgimento del proprio ciclo, passare a far parte di gruppi diversi, oppure uscire da ogni possibile raggruppamento, per subire operazioni di lavorazioni del tutto particolari.
3) Il terzo caso sfugge alla possibilità di essere racchiuso nelle classi precedenti in quanto è rappresentato da tutti quei pezzi che hanno in comune un’intero ciclo di lavorazione, ovvero il loro intero ciclo produttivo, che si svolge però su macchine o attrezzature diverse l’una dall’altra. Esso trae la sua origine dal principio, già noto, della standardizzazione dei cicli, la cui analisi preparatoria si basa non già sull’identità del tipo di macchina, ma appunto sull’identità del ciclo tecnologico.
Nel primo e nel terzo caso la lavorazione avviene, normalmente, su macchine disposte in linea, cioè nell’ordine della successione delle operazioni comprese nel ciclo, con l’impiego, per ogni operazione, di attrezzature atte a lavorare, dopo un sensibile riadattamento, qualsiasi pezzo di un dato gruppo. In questo modo si creano condizioni favorevoli per l’introduzione di linee versatili.
I raggruppamenti che rientrano nel secondo caso offrono il vantaggio di
elevare la produttività dei singoli posti di lavoro ove queste operazioni si
eseguono. Infatti, il rilevante numero di pezzi contenuto nel gruppo e
programmato per la lavorazione in un determinato posto di lavoro, consente di
dotare quest’ultimo delle migliori attrezzature, anche a costo di un investimento rilevante.
Quando i posti sono dotati di torni a revolver, di macchine a CNC o speciali, etc., si può elevare la qualifica degli operatori, dato che questi devono e possono rapidamente apprendere le necessarie operazioni di preparazione e riadattamento delle macchine; si cerca in tal modo di eliminare la necessità di avere a disposizione un notevole numero di preparatori di macchina.
Il passaggio dal ciclo singolo al ciclo di gruppo offre la possibilità di ulteriori meccanizzazioni ed automazioni delle macchine utensili applicate alla produzione. Tra gli obiettivi della meccanizzazione e dell’automazione, in ordine di complessità, troviamo:
1) massima meccanizzazione dei cicli di gruppo;
2) costruzione di linee versatili per lavorazioni di gruppi di pezzi;
3) costruzione di linee automatizzate per lavorazioni di gruppi di pezzi.
L’analisi che implica le maggiori responsabilità è quella che mira alla definizione dei gruppi tecnologici, poiché richiede vaste conoscenze tecniche e grande esperienza. Il principio da seguire è il seguente: come base si considera il pezzo più complesso di un determinato gruppo, che possiamo chiamare pezzo caratteristico. Questo pezzo è determinato da un certo numero di superfici elementari (per i corpi torniti, per esempio, superfici cilindriche e coniche esterne ed interne, filettature, spallamenti, etc.). Tutti gli altri pezzi dello stesso gruppo devono avere in generale, le stesse superfici o alcune di esse, anche se, entro certi limiti, disposte in modo diverso.
Nella scelta del pezzo caratteristico deve essere già implicita la possibilità
di lavorare tutti i pezzi di quel dato gruppo secondo un unico ciclo tipico e con
l’impiego di un’unica attrezzatura di gruppo. Conseguentemente il pezzo
caratteristico deve contenere in sé tutti gli elementi geometrici dei pezzi del suo
gruppo, mentre il ciclo tecnologico per esso stabilito deve essere tale da poter
essere utilizzato anche per gli altri pezzi del gruppo, con solo lievi regolazioni dell’attrezzatura.
Il pezzo caratteristico può essere reale oppure esistere solo come disegno.
L’importante è che esso assolva la sua funzione, raccogliendo tutte le superfici base del suo gruppo. Nel primo caso esso potrebbe essere semplicemente il pezzo più complicato e nel secondo una combinazione astratta di elementi di lavorazione.
2.2.2.3 Elaborazione del ciclo di gruppo
Dopo aver effettuato la classificazione dei pezzi e formato i gruppi, ha inizio l’elaborazione dei piani di lavorazione, o cicli, di gruppo. Il problema consiste nel creare dei processi tali da rendere possibile la lavorazione di qualsiasi pezzo del gruppo senza sensibili deviazioni dallo schema generale del ciclo.
La soluzione del problema viene facilitato dal fatto che, già nella classificazione, si tiene conto dei possibili metodi di lavorazione di ogni pezzo;
si determinano, cioè, i macchinari occorrenti e, addirittura, in certi casi l’ordine delle singole operazioni, fino al completamento del pezzo o delle sue diverse superfici geometriche.
Come già indicato, il ciclo di lavorazione viene elaborato per il pezzo più
complesso, dato che esso contiene tutti gli elementi geometrici propri di
qualsiasi pezzo del gruppo. Il ciclo per gli altri pezzi viene quindi estrapolato da
quello base. Nel caso di attrezzature complesse, quando per la lavorazione di
qualche pezzo del gruppo non occorre l’impiego di tutti gli utensili, si usano
solo quelli indispensabili; in casi particolari è possibile la sostituzione di un
utensile con un altro in relazione alle particolarità di qualche pezzo.
Nella elaborazione dei cicli di lavorazione di gruppo si parte dalle seguenti premesse:
1) la sequenza delle operazioni di lavorazione contemplate nel ciclo di gruppo deve garantire la lavorazione di qualsiasi pezzo del gruppo, secondo ciascun disegno o prescrizione particolare;
2) l’attrezzatura di produzione deve essere di gruppo e pertanto adatta alla produzione di qualsiasi pezzo del gruppo stesso;
3) l’attrezzatura impiegata deve garantire un’elevata produttività con un minimo costo; nel caso di una sua trasformazione per la lavorazione di un gruppo di pezzi, essa dovrebbe essere ancora utilizzabile con un minimo di spese per l’adattamento.
Non ci si può accingere all’elaborazione dei cicli di gruppo servendosi solo delle proprie conoscenze o dell’esperienza di lavoro della propria azienda; è indispensabile fare tutto il possibile per sfruttare le esperienze d’avanguardia raccolte anche in letteratura, ed in modo particolare quelle compiute nei centri di ricerca. L’elaborazione del ciclo di lavorazione di gruppo presume la soluzione di una serie di problemi generali, perché, unitamente all’elaborazione del ciclo più razionale, occorre procedere all’unificazione delle forme dei semilavorati, alla progettazione di dispositivi di gruppo, alla modernizzazione del macchinario e, in certi casi, alla creazione di macchine speciali. Come già rilevato, i cicli di gruppo creano una condizione favorevole per l’introduzione di linee continue di gruppo.
2.3 Le macchine utensili a controllo numerico
Le macchine utensili a controllo numerico nascono storicamente negli
mezzi bellici e di trasporto, affrontava il problema di realizzare pezzi in lega leggera che, per ottenere in esercizio le massime prestazioni, avevano forme complesse, difficili da realizzare su macchine tradizionali. Nasceva così al MIT (Massachusset Institute of Technology) un sistema di comando che permetteva di coordinare i movimenti della macchina in modo da far eseguire all’utensile traiettorie predeterminate senza l’intervento dell’operatore.
Ripreso negli anni successivi il sistema si rivelava un mezzo potente ed efficace non solo nella produzione di particolari complessi, ma anche per realizzare ed automatizzare la produzione di particolari in piccola serie, con automazione fino ad allora praticamente preclusa.
Con i sistemi tradizionali di produzione con macchine utensili, il disegno del pezzo rappresenta una memoria con tutte le necessarie informazioni. Ma la macchina, ovviamente, non può comprendere il disegno e quindi occorre l’uomo che lo interpreti e lo comunichi alla macchina effettuando tutte le necessarie manovre. Si crea, dunque, un connubio indivisibile uomo-macchina e, poiché sono inevitabili gli errori, talvolta ripetitivi, il pezzo necessita di un controllo finale.
Come vedremo in seguito, con l’avvento di questa nuova automazione le informazioni necessarie all’esecuzione delle operazioni non sono più trasmesse dall’operatore a bordo macchina, ma durante una fase precedente: la programmazione.
La necessità di macchine flessibili e versatili atte alla fabbricazione di piccoli lotti di pezzi diversi tra loro, per medie serie, prototipi, pezzi unici;
macchine ad alta precisione che svincolino, come detto, l’uomo dalle macchine stesse e lascino all’operatore il solo compito di sorvegliarle, ha determinato l’uso delle macchine a controllo numerico.
Si chiamano così perché le informazioni di input della macchina
(posizionamento delle tavole, spostamento delle stesse, velocità di rotazione e
avanzamento dell’utensile, etc.) vengono ricavate dal disegno e dal ciclo di
lavorazione del pezzo e memorizzate, in forma numerica opportunamente
codificata. Un tempo il supporto che portava tali informazioni era nastro perforato (che, nonostante sia superato, è ancora impiegato nelle numerose macchine istallate), attualmente è un file che viene importato su un computer collegato all’unità di governo della macchina.
È questa la cosiddetta fase di programmazione, perché le citate informazioni interpretate ed elaborate dalla Unità di Governo vengono trasformate in segnali che, amplificati, vanno ad azionare i servomeccanismi della macchina determinando i movimenti di traslazione e di rotazione necessari per il corretto funzionamento ed il movimento relativo pezzo-utensile.
2.3.1 Dalle macchine tradizionali a quelle a Controllo Numerico
Una volta progettato un determinato particolare meccanico, la sua costruzione può essere realizzata con tecnologie e impiego di mezzi diversi.
Restando nell’ambito delle macchine ad asportazione di truciolo, la scelta logica dipende dal numero di pezzi da eseguire, numero che può variare da una sola unità a milioni di unità l’anno. Fra questi estremi esistono lotti di pezzi uguali che hanno una certa frequenza di ripetizione. Per diminuirne i costi di produzione, la macchina o le macchine predisposte, devono avere un livello di automazione più evoluto delle macchine tradizionali, pur conservando un sufficiente grado di versatilità.
All’idea originaria di automazione corrisponde il trasferimento di attività dall’operatore alla macchina; a quella di versatilità (o flessibilità) corrisponde la capacità di mutare programmi produttivi in tempi brevi e con modi semplici.
Un esempio può rendere con maggiore efficacia il significato di questi due
termini. Si immagini di dover eseguire su un tornio, a partire da una barra
cilindrica, dei pezzi aventi due tratti cilindrici ed uno di collegamento conico
( Figura 2-3 ).
Figura 2-3
Al livello più basso di automazione si può porre la lavorazione eseguita su macchina tradizionale dall’operatore che, dopo aver letto il disegno e misurato il semilavorato da cui partire, imposta in sequenza sulla macchina i movimenti.
Un notevole passo avanti, a livello di automazione, si consegue ricorrendo, ad esempio, ad un tornio munito di copiatore. La sagoma è realizzata una volta per tutte all’inizio della lavorazione e viene ricopiata con tolleranza adeguata e velocemente, con minimo intervento dell’operatore.
Dal confronto di queste due tecniche esecutive si può immediatamente notare che, mentre il livello di automazione cresce notevolmente passando dal primo al secondo modo di operare, la flessibilità, cioè la capacità di passare rapidamente e facilmente da un pezzo ad un altro (o da una dimensione ad un'altra), è molto maggiore nel modo di operare manuale.
Perciò per ottenere un elevato livello di automazione insieme ad
altrettanto elevata flessibilità occorrerà impiegare una macchina utensile a
controllo numerico: essa infatti richiede il minimo intervento da parte
dell’operatore, mentre un’eventuale mutamento del programma di lavorazione,
vuoi per le diverse dimensioni di pezzi simili, vuoi per la completa
differenziazione dei particolari prodotti, viene ottenuto con modesto dispendio
di tempo e di mezzi (dovuto al cambiamento del programma o tutt’al più di
qualche utensile diverso, ma magari già presente nel magazzino utensili a bordo
macchina) .
Per la produzione di pezzi in serie molto numerosa l’incidenza economica di una macchina speciale, o specialmente attrezzata, viene ampiamente frazionata e si preferiscono macchine che presentano elevato grado di automazione, pure con flessibilità modesta, se non addirittura nulla. Con un produzione per lotti di numerosità contenuta e talora per particolari unici ma complessi, la produttività maggiore (intendendo per produttività la capacità produttiva in rapporto all’allestimento) si può ottenere con l’adozione di macchine a controllo numerico, purché tali macchine siano inserite in un contesto adeguatamente organizzato.
Il controllo numerico ha imposto una evoluzione della struttura delle macchina utensile e una evoluzione dei compiti dell’officina e dell’ufficio tecnico.
La prima applicazione di controllo numerico veniva fatta su macchine tradizionali; in seguito, per aumentare il livello di automazione e la precisione, furono modificati i dispositivi di avanzamento, i sistemi di misura e gli organi meccanici predisposti al corretto movimento di tavole ed utensili, quali guide, supporti, bloccaggi, etc.
Successivamente la necessità di precisione adeguata, pur con potenze istallate via via maggiori, ha introdotto a una revisione generale dei criteri di progetto e della stessa architettura della macchina: è stato necessario raggiungere rigidezze piuttosto elevate degli organi interessati al flusso di forze originate nel processo di taglio, in modo da limitare le deformazioni relative tra pezzo ed utensile, e si è resa necessaria tutta una riconsiderazione degli effetti termici, a volte controllabili solo con sensori e tecniche complicatissime di compensazione.
L’evoluzione dei compiti dell’operatore è stata dunque molto importante
perché essi non sono più vincolati a manovre né di macchina, né di utensili e,
molte volte, neanche dei pezzi al lavoro.
Con l’adozione del controllo numerico con calcolatore, l’operatore, ormai libero da impegni manuali pressanti, può essere investito di responsabilità differenti, di tipo decisionale e di controllo del processo produttivo.
L’introduzione della macchina a controllo numerico ha dato lo spunto anche ad utili affinamenti di tutta la struttura organizzativa dell’azienda:
- l’ufficio tecnico deve prevedere i particolari del macchinario da costruire secondo la nuova realtà produttiva. Non solo le quote dei disegni, ma anche la stessa forma dei particolari deve essere vista in funzione delle lavorazioni più congeniali alla macchina a controllo numerico anche se complesse e costose per una macchina tradizionale;
- la programmazione deve essere precisa e puntuale non essendo più accettabili tempi di attesa in un processo produttivo necessariamente veloce;
- il reparto utensileria e quello di attrezzeria devono provvedere alle nuove necessità di utensili correttamente preparati e preregistrati o premisurati (in tool room), a seconda delle prestazioni della apparecchiatura di controllo numerico;
- la manutenzione deve essere condotta con squadre di lavoro omogenee e con operatori di cultura tecnica il più possibile interdisciplinare o quantomeno capaci di dialogo, pur nel rispetto della competenza specifica.
2.3.2 La programmazione
Con il termine programmazione di una macchina utensile a controllo
numerico si indica l’operazione di stesura e immissione in memoria della
sequenza di informazioni, codificate in un apposito linguaggio, necessarie per far eseguire alla macchina stessa il ciclo di lavorazione richiesto.
È logico, quindi, che tale operazione rappresenti l’ultimo atto di una procedura che, partendo dalla definizione geometrica e tecnologica del componente da fabbricare, arrivi fino alla definizione e pianificazione dell’intero processo produttivo da svolgere alle macchine utensili.
Una volta verificata la correttezza e la convenienza economica del ciclo di lavorazione pianificato, si passa quindi alla programmazione delle macchine a controllo numerico predisposte ad eseguire le lavorazioni richieste. Tale operazione rappresenta, in pratica, una traduzione della sequenza di operazioni da attuare utilizzando un codice interpretabile dalle unità di governo della macchina considerata.
Il programma di lavorazione, chiamato part-program, contiene quindi tutte le informazioni necessarie per eseguire le varie operazioni richieste; l’unità di governo della macchina legge e interpreta queste informazioni in modo da comandare gli assi e gli altri dispositivi secondo la sequenza imposta dalla successione delle istruzioni.
In definitiva un part-program deve contenere le seguenti tre tipologie di informazioni:
1) informazioni riguardanti le traiettorie reciproche tra utensile e pezzo:
sono fornite tramite una sequenza di coordinate di punti o di enti geometrici (come rette o circonferenze) definiti rispetto al sistema di riferimento della macchina. Queste informazioni contengono inoltre la modalità con cui tali punti o enti geometrici devono essere raggiunti o percorsi (in rapido, a velocità di lavoro, con correzione del diametro utensile, etc.).
2) Informazioni riguardanti i parametri tecnologici da utilizzare: fissano
essenzialmente la velocità di rotazione del mandrino e la velocità di
avanzamento dell’utensile rispetto a pezzo, lungo la traiettoria determinata dalle informazioni precedenti.
3) Informazioni riguardanti le funzioni ausiliarie alla lavorazione: sono utilizzate per comandare operazioni quali cambio utensile, uso di liquidi lubro-refrigerante, carico e scarico del pezzo sulla macchina, etc.
La stesura di un programma può essere eseguita seguendo essenzialmente due modalità definibili come:
- programmazione manuale;
- programmazione automatica.
2.3.2.1 Programmazione manuale
La programmazione manuale consiste nella stesura del programma di
lavorazione effettuato direttamente nel codice accettato dalla macchina utensile
interessata. In pratica, come illustrato in Figura 2-4 , attingendo dal set di
istruzioni disponibili per il dato controllo, il programmatore scrive direttamente
tutte le informazioni necessarie, determinando, inoltre, le traiettorie reciproche
tra utensile e pezzo. Il part-program così realizzato viene poi immesso, tramite
tastiera del computer di comando o da computer esterno, nella memoria
dell’unità di governo.
Figura 2-4
Questo tipo di programmazione, in generale, si presta particolarmente per lavorazioni caratterizzate da percorsi utensili di media-bassa complessità quali quelli realizzabili con controllo punto a punto (forature, alesature, maschiature, etc.) o con controllo continuo lungo percorsi costituiti da elementi geometrici composti da forme semplici quali punti, rette o cerchi.
A tale proposito è da rilevare come la maggior parte delle unità di governo disponibili sul mercato sono in grado di interpretare direttamente linguaggi ad alto livello dotati di numerose istruzioni e comandi facilmente programmabili dall’operatore, capaci di svolgere funzioni complesse o sequenze di operazioni preprogrammate. Un esempio significativo di tali tipi di programmi è il GTL (Geometrical and Technological Language), sviluppato in Italia dalla OCN, tramite il quale è possibile programmare la lavorazione di un profilo costituito da rette e cerchi con le sole informazioni ricavabili dal disegno, in quanto è la stessa unità di governo che provvede calcolare tutti i punti della traiettoria (punti di intersezione, di tangenza, etc.) fra i vari elementi geometrici.
I limiti della programmazione manuale sono messi in evidenza dalle considerazioni riguardanti i seguenti aspetti:
STESURA MANUALE DEL PART POGRAM SET DI
ISTRUZIONI DISPONIBILI
MEMORIZZAZIONE SULLA UNITA’ DI
GOVERNO PART POGRAM DISEGNO PEZZO CICLO DI
LAVORAZIONE
1) Lavorazione di pezzi molto complicati: programmare manualmente la lavorazione di superfici non riconducibili a profili ottenuti dall’unione di forme elementari, per esempio, costringe il programmatore ad eseguire complicati calcoli per determinare i punti di passaggio della traiettoria dell’utensile, con il rischio di commettere errori o di non approssimare con sufficiente precisione la superficie richiesta.
2) Necessità di programmare unità di governo di tipo diverso: unità di governo differenti richiedono, per la produzione di pezzi uguali, programmi generalmente differenti (creati utilizzando una differente codifica). Questo fatto introduce una ulteriore complicazione nella gestione dei mezzi produttivi, con costi di programmazione elevati, dovendo in questo caso generare per pezzi uguali part-program differenti adatti per essere implementati sulle varie macchine disponibili.
2.3.2.2 Programmazione automatica
Nel caso si verifichi una delle situazioni sopra citate, risulta più vantaggiosa l’adozione della programmazione automatica. Questa consente infatti, da una parte di affrontare la programmazione di profili 3D anche complessi, dall’altra di ridurre i costi, essendo necessario creare un unico programma di lavorazione, che sarà automaticamente tradotto per le varie unità di governo disponibili.
Secondo questa procedura il part-program non viene più redatto completamente dal programmatore, ma viene generato utilizzando una delle seguenti due metodologie:
a) programmazione automatica tramite linguaggio ad alto livello;
b) programmazione automatica tramite sistemi CAM.
a) Programmazione automatica tramite linguaggio ad alto livello
In questo caso il programmatore utilizza un calcolatore, separato dall’unità di governo della macchina utensile, sul quale è stato implementato un programma (denominato main processor) adatto ad interpretare un linguaggio ad alto livello capace di trattare geometrie complesse. In dettaglio tale programmazione può essere suddivisa nelle seguenti fasi ( Figura 2-5 ):
Figura 2-5
1) Stesura di un programma sorgente scritto in un linguaggio ad alto livello con il quale sia possibile descrivere in modo relativamente agevole e rapido anche morfologie complesse di superfici da lavorare.
2) Elaborazione del programma sorgente tramite il main processor e generazione automatica del cutter location file (CLFILE) nel quale sono immagazzinate le informazione riguardanti la traiettoria dell’utensile ed eventualmente altri dati (il tipo di utensile da utilizzare, i parametri di taglio, etc.) queste informazioni hanno
STESURA MANUALE DEL
PROGRAMMA SORGENTE SET DI
ISTRUZIONI DISPONIBILI
MAIN PROCESSOR PROGRAMMA
SORGENTE DISEGNO DEL
PEZZO CICLO DI LAVORAZIONE
CL FILE
POST PROCESSOR
PART PROGRAM INFORMAZIONI
AGGIUNTIVE
MEMORIZZAZIONE SULLA UNITA’ DI
GOVERNO
