Gestione delle macchine con cobot: come automatizzare CNC proprio CNC la propria pressa

Se CNC vostri CNC , le fresatrici o le presse trascorrono ore al giorno in attesa che qualcuno carichi e scarichi i pezzi, state pagando personale qualificato solo per aprire uno sportello, sostituire un pezzo e premere un pulsante. L’assistenza alle macchine tramite cobot è uno dei modi più rapidi e meno rischiosi per recuperare quel tempo, ed è spesso la prima cosa che i produttori automatizzano. Questa guida illustra passo dopo passo come funziona, in modo che possiate progettare una cella che funzioni in modo affidabile e si ripaghi da sola.

A Fairino, distribuito nel Benelux da TMC Robotics, riteniamo che l’assistenza alle macchine offra alcuni dei ritorni più rapidi tra tutte le attività dei cobot. Di seguito è riportato il manuale che utilizziamo con i clienti, dal layout della cella all’interfaccia della porta e alla sicurezza.

Che cos’è l’assistenza alle macchine con i cobot?

Per "assistenza alle macchine" si intende il caricamento della materia prima in una macchina e lo scarico del pezzo finito al termine del ciclo. Un robot collaborativo, o cobot, si occupa di queste operazioni ripetitive di prelievo e posizionamento, consentendo all'operatore di gestire più macchine, controllare la qualità o occuparsi delle regolazioni, invece di rimanere tutto il giorno davanti a un'unica macchina.

Il vantaggio sta nelle ore di funzionamento delle macchine senza supervisione, o con supervisione minima. Un cobot non fa pause, non perde la concentrazione alle 3 del mattino e posiziona ogni pezzo sul mandrino o sullo stampo esattamente allo stesso modo. Per un’officina con un’elevata varietà di prodotti e volumi da bassi a medi, questa è la soluzione ideale: abbastanza flessibile da poter essere spostato da una macchina all’altra, abbastanza economico da giustificarne l’acquisto anche per un singolo collo di bottiglia.

Le persone che si occupano di macchinari tendono a comportarsi in questo modo:

• CNC e fresatrice CNC : l'applicazione classica
• Presse idrauliche e meccaniche e presse piegatrici
• Macchine per lo stampaggio a iniezione
• Stazioni di rettifica, sbavatura e ispezione
• Tagliatrici laser e macchine per elettroerosione

Fase 1: Progettare la disposizione delle celle

Una corretta gestione della macchina parte dalla geometria. Prima di scegliere un robot, disegna una bozza che indichi la posizione del cobot rispetto allo sportello della macchina, all’alimentazione e all’uscita. Il cobot deve poter raggiungere il mandrino o lo stampo, i pezzi grezzi in entrata e l’uscita dei pezzi finiti senza dover spingersi al limite del proprio raggio d’azione.

Alcuni principi che ti eviteranno grattacapi in futuro:

• Scegliete il montaggio in base al raggio d'azione, non alla praticità. Un piedistallo o una guida per il settimo asse consentono di posizionare il cobot in modo che sia la macchina che lo stoccaggio temporaneo dei pezzi siano alla sua portata. Scoprite i nostri piedistalli per cobot per un montaggio stabile.
• Mantenere libera la traiettoria di apertura della porta. Il braccio e la pinza non devono toccare la porta, le protezioni o alcun elemento fisso lungo il percorso.
• Lasciare spazio per l'operatore. C'è sempre qualcuno che si occupa di ricaricare i semilavorati e di rimuovere i pezzi finiti, quindi assicurarsi che tali spazi siano accessibili dall'esterno dell'area di lavoro.

Fase 2: Presentazione della soluzione parziale

La causa principale dell’inaffidabilità di una cella di lavorazione è la presentazione irregolare dei pezzi. Un cobot ripete una posizione programmata con eccellente precisione, ma solo se il pezzo grezzo si trova nella stessa posizione ad ogni ciclo. Se i pezzi grezzi arrivano in una pila disordinata, il robot non ha nulla di stabile da afferrare.

Modi per presentare i componenti in modo affidabile:

• Vassoi o alloggiamenti fissi. Cavità lavorate a macchina che posizionano ogni pezzo grezzo in una posizione prestabilita. Una soluzione semplice, robusta e la più diffusa.
• Trasportatori a gravità o indicizzati che convogliano i pezzi verso un punto di prelievo fisso.
• Impilamento di vassoi per pezzi piatti e uniformi.
• Visione artificiale nei casi in cui i pezzi non possano davvero essere fissati al dispositivo di serraggio. Una telecamera 2D o 3D individua il pezzo e corregge il prelievo. Ciò comporta un aumento dei costi e della complessità, quindi utilizzatela solo quando è strettamente necessario.

Per la maggior parte dei primi progetti, un vassoio con fissaggi ben progettato offre vantaggi in termini di costi, tempi di ciclo e affidabilità. Se si garantisce una corretta presentazione dei pezzi, metà dei problemi scompare.

Fase 3: Scegliere la pinza giusta

La pinza è la “mano” del cobot, e l’assistenza alle macchine le richiede molto: pezzi caldi, unti, pesanti o di forma irregolare, a volte anche due alla volta per ridurre il tempo di ciclo.

• Le pinze elettriche o pneumatiche a due dita sono in grado di manipolare la maggior parte dei pezzi torniti e fresati, con larghezza e forza programmabili.
• Le pinze a vuoto sono adatte a pezzi piatti e lisci, sia in lastre che stampati.
• Doppia pinza. Due pinze su un unico polso, spesso tramite un adattatore per doppia pinza, consentono al robot di tenere un pezzo finito in una mano mentre con l’altra carica un semilavorato. Ciò riduce all’incirca della metà il tempo di apertura dello sportello ed è il classico accorgimento per ridurre il tempo di ciclo CNC .

Quando si dimensiona il robot, occorre includere il peso della pinza nel carico utile previsto. Se avete bisogno di aiuto nella scelta, la nostra guida su come scegliere la pinza giusta illustra i pro e i contro; inoltre, un cambio utensili consente a un unico cobot di gestire diverse macchine con utensili diversi.

Fase 4: Collegare il cobot alla macchina

Per un funzionamento realmente autonomo, il cobot e la macchina devono comunicare tra loro. Il robot deve sapere quando il ciclo è terminato e lo sportello è aperto. La macchina deve sapere quando è caricata e quando è sicuro avviare il ciclo. Questo scambio di informazioni è il cuore della cella.

Le interfacce standard:

• I/O digitali. Semplici segnali a 24 V: ciclo completato, porta aperta, pezzo bloccato, avvio ciclo. Affidabili, facili da cablare e sufficienti per la maggior parte delle celle.
• Modbus TCP RTU. Un collegamento fieldbus che trasmette informazioni di stato più dettagliate e la selezione dei programmi pezzo tra il controllore del robot e il PLC della macchina.
• Kit per porte automatiche e mandrini. Componenti aggiuntivi pneumatici o servoassistiti che consentono al cobot di aprire la porta e serrare il pezzo senza l'intervento umano.

Fairino sono dotati di un sistema di controllo aperto e di una programmazione gratuita, senza licenze software per postazione, quindi il collegamento via I/O e Modbus al vostro CNC alla vostra pressa non comporta costi nascosti. Se state procedendo all’integrazione in una linea più ampia, date un’occhiata ai nostri controller per cobot e alle opzioni I/O.

Fase 5: Garantire la sicurezza

Un cobot è progettato per il funzionamento collaborativo. Ciò non significa automaticamente che una cella di lavorazione non debba essere dotata di recinzione. La sicurezza viene valutata nell’ambito dell’intera applicazione, non solo in relazione al robot. Il CNC la pressa, i pezzi grezzi taglienti, le parti calde e il meccanismo della porta comportano tutti rischi specifici.

Una corretta valutazione dei rischi, effettuata in conformità alle norme ISO 12100, ISO 10218 ISO/TS 15066, indica quali di questi elementi sono necessari:

• Velocità e forza ridotte nella zona di collaborazione, con conseguente limitazione della potenza e della forza.
• Uno scanner laser di sicurezza per il monitoraggio della velocità e della distanza, che rallenta o arresta il robot all’avvicinarsi di una persona.
• Barriere fotoelettriche o protezioni intorno alle parti pericolose della macchina stessa.

Il vantaggio di un cobot è che molte celle di lavorazione funzionano con protezioni minime, il che libera spazio sul pavimento e consente a un operatore di lavorare al suo fianco. Ma sia la valutazione dei rischi a decidere, non l’etichetta “collaborativo” del robot.

Fase 6: Scelta delle dimensioni. Quale Fairino scegliere?

L'alimentazione delle macchine dipende dal carico utile e dallo sbraccio. Posizionate il pezzo più pesante sulla pinza, quindi scegliete un modello con spazio libero sufficiente.

• Componenti piccoli e leggeri e una macchina compatta: l’FR5, con un peso di 5 kg, è un cobot di assistenza versatile e molto apprezzato.
• Mandrini più pesanti, pezzi grezzi più grandi o una doppia pinza: passa a un modello FR10 da 10 kg, o anche oltre, per avere maggiore sbraccio e margine di carico utile.

Ricorda: lo sbraccio deve coprire il mandrino, l’alimentazione e lo scarico da un unico punto di fissaggio, e il carico utile deve includere la pinza e qualsiasi pezzo trattenuto da una seconda mano. In caso di dubbio, scegli una dimensione superiore. Un carico utile insufficiente è il classico errore del primo progetto.

Domande frequenti

Quanto tempo occorre per configurare una cella di lavorazione con cobot?
Una cella semplice, composta da una sola macchina con presentazione dei pezzi tramite dispositivi di fissaggio, viene spesso programmata e resa operativa in pochi giorni anziché in settimane, grazie alla guida manuale e a un sistema di I/O semplice. Le celle con sistemi di visione o composte da più macchine richiedono più tempo.

Devo essere un programmatore?
No. Il cobot si programma principalmente tramite guida manuale e semplici blocchi di “pick and place”. La logica di I/O di base gestisce l’interazione con lo sportello e la maggior parte degli operatori diventa produttiva dopo una breve formazione.

Un cobot può gestire più di una macchina?
Sì. Con una guida, oppure grazie a un’attenta disposizione delle macchine e a un cambio utensili, un cobot può servire due o più macchine. Questo è un ottimo modo per migliorare il tasso di utilizzo quando i tempi di ciclo sono lunghi.

È necessaria una recinzione di sicurezza?
Non sempre. Molte celle di lavorazione con cobot funzionano con protezioni minime, ma è necessario valutare i rischi specifici della macchina. La valutazione dei rischi determina se sono necessari uno scanner laser, barriere fotoelettriche o protezioni.

Sei pronto ad automatizzare la tua macchina?

L’assistenza alle macchine tramite cobot è, non a caso, il classico primo progetto di automazione. Si implementa rapidamente, è facile da giustificare e consente di sfruttare ore macchina che attualmente non vengono utilizzate. Se hai bisogno di aiuto per dimensionare una cella per il tuo CNC, tornio o pressa, richiedi un preventivo e provvederemo a definire le specifiche del cobot, della pinza e dell’interfaccia. Puoi anche sfogliare la Fairino completa Fairino , guardare esempi di implementazioni reali nelle nostre cases dei clienti oppure contattare TMC Robotics.