Automazione semplice di una produzione ad alta precisione

Chi, come Frank Verzahnungstechnik e.K., decide più volte nel giro di pochi anni di adottare una cella robotizzata di Halter CNC Automation come contoterzista altamente specializzato, deve avere validi motivi per farlo. Un resoconto sull’efficacia di una strategia ben studiata..

La Frank Verzahnungstechnik e.K., con sede a Wehr (Baden-Württemberg), circa 30 chilometri a est di Basilea, è specializzata nella produzione di ingranaggi ad alta precisione per la complessa tecnologia di trasmissione. "Con 20 dipendenti produciamo, per la costruzione meccanica generale, componenti per cambi come ruote dentate, alberi scanalati o viti senza fine", spiega il titolare Martin Frank. Di conseguenza, l’azienda serve una vasta gamma di settori: ad esempio, l’industria dell’imballaggio, l’industria idraulica, la robotica e la tecnologia di movimentazione, la tecnologia per camere bianche e il vuoto, la tecnologia medicale o l’industria alimentare – solo per citarne alcuni.

Profondissima integrazione verticale
I prodotti sono realizzati esclusivamente secondo le specifiche del cliente. Il livello di integrazione verticale è quindi, secondo Martin Frank, estremamente elevato:
"I nostri servizi coprono l’intero processo, dall’acquisto delle materie prime a tutte le fasi di lavorazione, inclusi i processi di rettifica più complessi, fino al prodotto finito. Produciamo sia pezzi singoli che lotti, ad esempio da 5 unità fino a serie più grandi fino a 5.000 pezzi."

"Poiché realizziamo praticamente sempre lavorazioni speciali su misura per il cliente o per il prodotto, siamo tutto fuorché una classica produzione di massa. Per questo motivo abbiamo una produzione molto articolata, in cui, tra l’altro, si vedono poche macchine identiche..“

Considerata la dimensione dei lotti da produrre, l’elevato grado di automazione rappresenta un punto di forza particolare di Frank Verzahnungstechnik.
"A partire da quantità di 50 pezzi iniziamo già a produrre in modo automatizzato. Questo ci consente di reagire in modo molto flessibile e rapido anche con lotti relativamente piccoli, e allo stesso tempo di produrre in modo estremamente efficiente. Rispetto ad altri contoterzisti, questo è senza dubbio un chiaro vantaggio competitivo", afferma Martin Frank.

Lavorazione automatizzata di pezzi di grandi dimensioni
Ed è proprio questo uno dei motivi determinanti per cui l’azienda, nel 2017, ha investito per la prima volta in una cella robotizzata modello TurnStacker Premium di Halter CNC Automation, destinata al carico e scarico automatizzato di un tornio.

Sebbene alla Frank Verzahnungstechnik fossero già presenti soluzioni per una parziale automazione, ad esempio con caricatori di barre sui torni, le dimensioni dei pezzi da lavorare superavano di gran lunga quelle gestibili dalla classica automazione a barra, che di norma arriva a un diametro massimo di circa 60–65 mm.
Per questo motivo, le serie con quantità maggiori e diametri dei pezzi fino a 210 mm venivano lavorate su torni verticali, ad esempio utilizzando tavole rotanti a passo fisso, con capacità limitata per i pezzi.

Un concetto di robotica convincente
"Con questa soluzione era possibile solo una lavorazione su un lato. Tuttavia, il nostro obiettivo era principalmente promuovere la lavorazione automatizzata su entrambi i lati nel reparto tornitura. Con componenti di dimensioni maggiori, ciò si può realizzare o con una stazione di ribaltamento e due macchine, oppure con un robot che carica un tornio orizzontale. Nel nostro caso, si tratta di una CTX beta 800 di DMG Mori, dotata di mandrino principale e contromandrino con le stesse caratteristiche di potenza. Questo ci permette di eseguire operazioni di tornitura piuttosto impegnative su entrambi i lati del pezzo – una condizione indispensabile per la lavorazione dei nostri componenti più grandi", spiega Martin Frank, che vide per la prima volta il TurnStacker Premium a una fiera.

Il concetto della cella robotizzata ha saputo convincere.
"In particolare, le stazioni di impilamento per pezzi a simmetria rotazionale mi sembravano allora la soluzione più flessibile e sensata per i nostri componenti – e col senno di poi, si è rivelata una scelta assolutamente corretta."

Alta capacità di pezzi su una superficie ridotta
Il TurnStacker Premium, come cella robotizzata estremamente compatta, offre un’elevata capacità di carico su una superficie molto contenuta ed è progettato per pezzi con un diametro fino a 230 mm.
Il concetto di automazione è estremamente semplice, anche e soprattutto dal punto di vista dell’operatore, e risulta quindi immediatamente comprensibile.

Il buffer rotante per i pezzi dispone in totale di 12 stazioni di impilamento regolabili. All’avvio della produzione, 11 stazioni sono caricate con pezzi grezzi, mentre l’ultima è riservata per il deposito dei primi pezzi finiti.

I dispositivi di sollevamento facilitano la movimentazione dei pezzi
Una caratteristica particolare della cella robotizzata sono due dispositivi di sollevamento monitorati da sensori laser, posizionati in corrispondenza di un punto specifico di prelievo e deposito nel buffer dei pezzi.
Nel punto di prelievo, i pezzi grezzi vengono posizionati dal dispositivo di sollevamento in modo tale che il robot possa afferrare il primo pezzo in cima con la sua pinza.
Per il deposito dei pezzi lavorati nella relativa stazione di impilamento, il dispositivo di sollevamento abbassa progressivamente i pezzi finiti, fino a quando la stazione è completamente riempita.

Per la movimentazione dei pezzi, il robot utilizza una pinza doppia, che gli consente di prelevare un pezzo finito dalla macchina e, subito dopo, caricarla con un nuovo pezzo grezzo.
Mentre il robot carica e scarica la macchina in modo continuo, un operatore può, in parallelo al tempo ciclo, prelevare i pezzi finiti dal lato posteriore protetto della cella e rifornire il buffer con nuovi grezzi..

La sicurezza del processo è la priorità assoluta
Frank Verzahnungstechnik lavora, grazie all’automazione, pezzi con un diametro fino a 200 mm e un’altezza fino a 40 mm. Per diametri più piccoli, l’altezza dei pezzi può arrivare anche a 80–90 mm.
Secondo Martin Frank, le dimensioni dei pezzi cambiano ogni due o tre giorni, il che rende necessario riconfigurare la cella, operazione che però richiede generalmente poco tempo.

Si lavora su due turni
I turni diurni sono dedicati principalmente alla produzione di componenti più complessi, durante i quali il robot, a seconda del tipo di pezzo e della dimensione del lotto — che varia da alcune centinaia fino a diverse migliaia di unità — può caricare e scaricare il tornio in modo autonomo anche per due ore consecutive.
"I materiali dei nostri componenti dentati sono per lo più molto abrasivi.

Per questo motivo, il processo di produzione deve essere monitorato ciclicamente da un operatore, ad esempio per poter sostituire tempestivamente una placchetta da taglio o correggere una misura.
Ovviamente ogni costruttore di macchine dispone di propri sistemi di monitoraggio, ad esempio per la durata degli utensili o per la rottura degli stessi, ecc.

Questi sono processi standard, che naturalmente utilizziamo anche noi. Tuttavia, operiamo in un contesto qualitativo con requisiti molto elevati, in cui il solo monitoraggio dei limiti di usura non è sufficiente — ed è proprio qui che entra in gioco il controllo di processo effettuato dai nostri operatori."

Per questo motivo, Frank Verzahnungstechnik trasferisce consapevolmente la produzione dei componenti più semplici in un terzo turno non presidiato. A tal fine, prima della fine del secondo turno, la macchina e il TurnStacker Premium vengono preparati per una produzione completamente automatizzata che dura per tutta la notte.

Nuova scelta per una soluzione collaudata
Circa un anno fa, Frank Verzahnungstechnik ha ampliato ulteriormente la capacità produttiva nel reparto tornitura, tra l’altro modernizzando il parco macchine con un centro di tornitura CLX 450 V6 di DMG Mori, anch’esso dotato di mandrino principale e contromandrino.

Grazie all’esperienza estremamente positiva con la prima cella robotizzata di Halter CNC Automation, era chiaro sin dall’inizio che anche questa macchina sarebbe stata automatizzata con un TurnStacker Premium.

"La nuova macchina, insieme alla cella robotizzata, ci offre le stesse possibilità del sistema già in uso dal 2017. In questo modo otteniamo una certa ridondanza su più livelli, poiché con entrambe le soluzioni seguiamo lo stesso concetto di produzione e possiamo quindi realizzare gli stessi componenti. Questo ha aumentato in modo decisivo la nostra flessibilità nella produzione di pezzi torniti, permettendoci di sfruttare al meglio le risorse produttive a vantaggio dei nostri clienti e di reagire ancora più rapidamente", conclude Martin Frank..

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