Esempio di processo di finitura con elemento a bordo robot.
Le operazioni di finitura dei componenti aeronautici rappresentano una delle applicazioni più complesse della moderna robotica. L’esperienza di SIR Soluzioni Industriali Robotizzate in un settore dove nulla può essere lasciato al caso.
di Davide Passoni (*)
L’industria aeronautica si è sempre contraddistinta per alcune caratteristiche che hanno storicamente impedito una diffusione capillare della robotica all’interno della stessa. Innanzitutto, un’azienda produttrice di componenti meccanici per il settore aereo ha generalmente un catalogo prodotti abbastanza vasto, caratterizzato però da ordini di poche unità con cambi lotto molto frequenti, situazione non ideale per l’utilizzo di robot che garantiscono un ritorno economico appetibile solo se applicati a grandi numeri e a operazioni ripetitive. Al contempo, la qualità richiesta nelle lavorazioni è molto elevata: d’altra parte, si tratta di componenti che devono essere assemblati su velivoli dove, per ovvi motivi di sicurezza, gli standard qualitativi sono superiori al normale. Generalmente, gli elementi sono realizzati in leghe pregiate e hanno subito un processo di pre-lavorazione lungo e complesso, per cui il costo produttivo fino a quel momento sostenuto è notevole: ne consegue che un’applicazione robotica deve essere esente da errori che possano compromettere il prodotto. Si consideri, inoltre, che i tempi ciclo sono lunghi, perché le lavorazioni da compiere sono molteplici e le tolleranze richieste parecchio restrittive. La complessità dei componenti rende poi complicata la programmazione, allungando di conseguenza il processo di raggiungimento della qualità richiesta.
Tutte le unità impiegate nella lavorazione sono dotate di compensazione passiva mono o multidirezionale.
SOLUZIONI ROBOTICHE PER L’AERONAUTICO
Se si possiede l’esperienza necessaria per realizzare soluzioni ad elevata affidabilità e flessibilità, è possibile superare le limitazioni sopra citate, puntando all’ottenimento di una qualità di lavorazione alta, costante e ripetitiva: risultato non sempre perseguibile con il lavoro manuale. L’azienda SIR Soluzioni Industriali Robotizzate S.p.A. , ubicata a Modena, ha implementato in questo settore soluzioni mai tentate precedentemente, risolvendo il problema della qualità di lavorazione grazie alla realizzazione di mandrini e utensili dotati di compensazione passiva, con controllo continuo della cedibilità della stessa da parte del robot. Progettati e assemblati internamente, presentano una meccanica di alta precisione e consentono di superare i limiti della lavorazione con utensile rigido: la compensazione permette infatti di adattarsi al pezzo attuale copiando perfettamente qualsiasi tipo di profilo o superficie. Affinché tutto funzioni correttamente, occorre che il sistema sia altamente sensibile, caratteristica che SIR ha ottenuto con soluzioni meccaniche brevettate. Dal punto di vista della programmazione, l’introduzione di moderne tecnologie di simulazione off-line orientate al processo ha permesso di automatizzare le fasi di estrazione dei punti di sbavatura e di asportazione del materiale, riducendo notevolmente il tempo di messa a punto. Questi software, uniti alle tecniche di riattrezzaggio automatico degli utensili, garantiscono un passaggio veloce e indolore da un lotto produttivo all’altro, superando la limitazione intrinseca che relegava i robot a svolgere esclusivamente lavori ripetitivi.
Esempio di processo di finitura con utensili a bordo robot.
CONFIGURAZIONE CON ELEMENTO A BORDO
Le applicazioni sviluppate da SIR riguardano soprattutto le operazioni di processo a seguito della prima lavorazione meccanica: si tratta di fasi di sbavatura, smerigliatura, molatura e levigatura su contorni e superfici, in cui tutte le soluzioni tecniche sopra elencate vengono applicate in un contesto ad elevata integrazione. La prima tipologia di soluzioni adottate, applicabile alla lavorazione di componenti medio/piccoli, presenta una configurazione con elemento sostenuto a bordo robot tramite un end-effector dedicato e tool di lavorazione posti all’interno della cella. L’elemento (si pensi ad esempio alle pale di un rotore per motori aeronautici) viene generalmente alimentato su tavole rotanti con prelievo effettuato a mezzo di sistemi di visione. Il prodotto viene poi lavorato su una serie di mandrini capaci di alloggiare diverse tipologie di frese o spazzole e dotati di compensazione mono, bi o multidirezionale. Queste unità di lavorazione vengono montate su un asse rotativo controllato e possono essere posizionate di volta in volta all’angolo ottimale per l’esecuzione di un determinato profilo o superficie. Solitamente la zona frontale al robot è di gran lunga preferibile, poiché consente al manipolatore di lavorare al centro della propria area di azione, dove precisione e raggiungibilità sono migliori.
Gli elementi di dimensioni notevoli sono generalmente posizionati su attrezzi di ricentraggio dotati di 2 o 3 assi rotativi controllati.
CONFIGURAZIONE CON UTENSILE A BORDO
Quando l’elemento risulta troppo pesante, ma soprattutto quando le sue dimensioni sono notevoli, occorre lavorare in una configurazione differente. Il componente sarà in questo caso posizionato all’interno della cella su un attrezzo di ricentraggio, mentre il robot si occuperà della movimentazione degli utensili sui profili e sulle superfici del pezzo. Le operazioni riguardano anche in questo caso processi di finitura successivi alla lavorazione meccanica, in particolar modo sbavatura, smerigliatura, molatura, levigatura, unite a volte a fasi di foratura, finitura dei fori e filettatura. Gli elementi tipici da processare sono costituiti da rotori, fan, giranti, scatole ingranaggi e gruppi di trasmissione. L’attrezzo di ricentraggio su cui è posizionato il pezzo è dotato di 2 o 3 assi rotativi controllati, al fine di muovere l’oggetto stesso nella posizione ottimale per ogni singolo percorso di lavorazione, mentre opportuni sistemi di visione localizzano le posizioni dei fori e di altre caratteristiche tipiche. Il sistema prevede poi, a bordo robot, uno o più mandrini (fissi o agganciabili automaticamente) ad elevata sensibilità di compensazione e magazzini utensili dedicati, contenenti diverse tipologie di frese e spazzole. Nelle applicazioni più evolute, è previsto l’utilizzo di speciali nastratrici, progettate internamente e coperte da brevetto, che presentano la possibilità di essere agganciate automaticamente al polso del robot e che sono dotate di dispositivi di sostituzione automatica del nastro, in caso di usura o di necessità di cambio della grana. Un ulteriore robot può essere adibito alla preparazione dei tool abrasivi, alimentati tramite una tavola rotante, che verranno poi presi in carico dall’antropomorfo principale, vero e proprio attore protagonista della lavorazione. La cella è infine dotata di sistemi per il controllo dell’usura dei nastri e di sensori (laser o ottici) di ispezione finale, al fine di validare la bontà del lavoro svolto. La programmazione, che prevede l’apprendimento di percorsi costituiti da migliaia di punti, avviene grazie all’utilizzo delle sopra citate tecnologie off-line. I risultati in termini di qualità ottenuta, ripetibilità della stessa, facilità di utilizzo e affidabilità si sono rivelati sorprendenti. La stessa produttività è aumentata in modo considerevole: il tempo ciclo di alcuni elementi, normalmente quantificabile in diversi giorni uomo, è sceso, grazie all’automazione, a un valore compreso tra le 4 e le 6 ore.
I mandrini realizzati da SIR per le operazioni di processo presentano una meccanica di elevata precisione e sistemi brevettati di compensazione.
NON SOLO PROCESSO
Forte dell’esperienza maturata in 35 anni di automazione in tutti i settori, SIR ha sviluppato una capacità innata nel trasferire orizzontalmente tecnologie e soluzioni da un ambito industriale all’altro. Le linee di carico/scarico e assemblaggio di gruppi completi, realizzate per il settore Automotive, hanno costituito la base di partenza per l’implementazione di analoghe applicazioni nell’industria aeronautica. Le soluzioni di processo rimangono però le più sfidanti e prestigiose: ricreare i movimenti estremamente complessi che l’operatore specializzato compie nel processare un componente aeronautico rappresenta in fondo una vera e propria “automazione dell’esperienza”. ©TECN’È
(*) Davide Passoni, CEO di SIR S.p.A.
L’utilizzo dei robot nelle lavorazioni di finitura rappresenta la chiave per il raggiungimento di una qualità alta e ripetitiva del componente prodotto.