Sbavatura automatizzata di componenti di ingranaggi

Dente per dente: veloce, riproducibile e conforme alle specifiche

Che si tratti di ingranaggi cilindrici, conici o epicicloidali pesanti per turbine eoliche, con le loro complesse geometrie, le ruote dentate pongono requisiti rigorosi nella produzione quotidiana. Ciò vale in particolare per la sbavatura e la smussatura dei bordi dei denti e dei pezzi. Per questo motivo, automatizzare questa fase del processo, ad esempio con macchine utensili CNC, è difficile e costoso.

Al contrario, nella maggior parte dei casi, i componenti degli ingranaggi vengono ancora sbavati a mano. Tuttavia, questa procedura richiede tempo, manodopera e costi elevati. Ma non solo: l'elaborazione puramente manuale è un processo stocastico, ovvero i risultati sono sempre soggetti a un certo grado di variabilità, mentre i bordi del pezzo non possono essere definiti esattamente e in modo riproducibile. Inoltre, il pezzo non è mai ugualmente accessibile all'operatore da tutti i lati.

Alla ricerca di un’alternativa 

I robot industriali rappresentano un'alternativa valida, economica ed efficiente alla sbavatura manuale e CNC. Dopo un periodo di sviluppo di tre anni, Klaaßen Technologie GmbH ha presentato una soluzione: RDC, un sistema che combina un software intelligente con una sofisticata procedura di misurazione tattile e un robot dalle prestazioni elevate. Funzioni aggiuntive come il concetto di doppia tavola o il cambio utensile automatico completano la gamma di applicazioni.

In quanto processo (deterministico) costantemente accurato, RDC garantisce un'eccezionale qualità di sbavatura con tempi ciclo brevi ed elevata produttività. Allo stesso tempo, la cella offre un'ampia diversificazione per quanto riguarda le dimensioni e le forme dei pezzi: sono disponibili pattern di ricerca sia fissi sia programmabili individualmente per determinare la corretta geometria di sbavatura, ad esempio per ingranaggi cilindrici e ingranaggi interni. Un'ulteriore caratteristica di questa soluzione è che è semplice da usare e programmare, con un semplice controllo variabile anziché CAM speciali o processi di apprendimento.

L'intelligenza della cella risiede in un’interfaccia grafica uomo macchina, dove si ha accesso dal controller del robot. Il robot prima di tutto misura il componente e avvia automaticamente il processo di sbavatura o lucidatura; cerca automaticamente il contorno in rilievo e decide la curva sull'utensile. Per citare Thomas Damm, Direttore Generale di Klaaßen Technologie: "Il robot scrive il proprio programma".

Il ruolo centrale dei robot

Ciò che sembra così semplice è tutt'altro che banale in termini di controllo e ingegneria robotica. Considerando tutti questi fattori, la scelta di Klaaßen Technologie è ricaduta sui robot Motoman di Yaskawa. Un fattore importante in questo contesto è stato il controller YRC1000 che, come spiega Thomas Damm, è “un tipo di controller versatile e ad alte prestazioni che ha offerto molte possibilità a supporto del nostro concetto, in particolare il gran numero di variabili che abbiamo sfruttato quasi completamente. YRC1000 è progettato per garantire un elevato livello di accuratezza del percorso, unito a un'accelerazione rapida e precisa del braccio del robot". Inoltre, il controller è estremamente compatto e richiede uno spazio minimo nella cella.

Ma Thomas Damm è stato convinto anche dall'hardware del robot Motoman. Oltre alla precisione di posizionamento e alla flessibilità, svela che: “Sulla base della mia pluriennale esperienza con i robot, posso affermare con convinzione che i robot Motoman sono tra i sistemi più robusti e meccanicamente affidabili sul mercato: semplicemente una buona qualità ingegneristica giapponese".

Aggiunge inoltre che "Yaskawa ha offerto un fantastico supporto nel nostro lavoro di sviluppo della soluzione RDC dall'inizio alla fine, e spesso anche dopo".

Soluzioni di piccole e grandi dimensioni

Il diametro degli ingranaggi da sbavare determina naturalmente non solo le dimensioni della cella, ma anche le specifiche del robot. Ad esempio, un RDC 15 (progettato per diametri fino a 1,5 m) è già stato integrato con successo nella produzione di un importante subfornitore di componenti per l'energia eolica.

Con sistemi di queste dimensioni, Klaaßen Technologie opta per un robot di movimentazione Motoman GP50 con un carico utile di 50 kg. I robot a sei assi di questa serie combinano un carico utile notevole e un'elevata precisione di lavoro su un ingombro ridotto, con una precisione di ripetibilità di ≤ 0,2 mm e tempi ciclo brevi. Grazie a un sistema di controllo delle vibrazioni di nuova concezione, la velocità dell'asse e la rigidità intrinseca del suo riduttore possono essere utilizzate per ottenere un'accelerazione particolarmente rapida con movimenti brevi.

Ma RDC offre anche prospettive interessanti per i pezzi più piccoli, come mostra questo esempio: dal 1967 F.J. Derichs Maschinenbau GmbH & Co. KG di Erkelenz produce ingranaggi per tutti i settori industriali, dai pignoni di misurazione agli azionamenti per impieghi gravosi. Questa azienda tradizionale è stata il primo cliente ad adottare un'altra versione, più piccola, di RDC.

In questo caso è stato scelto un compatto Motoman GP8 con un carico utile di 8 kg per eseguire le operazioni di sbavatura. "Questo robot è senza dubbio il più preciso della sua categoria e ideale per i contorni in filigrana", sostiene Thomas Damm. Inoltre, il robot è estremamente veloce e conforme alla classe di protezione IP67. Il robot GP8 è così compatto che la cella completa richiede una superficie di soli 2 x 1,4 metri. Il suo design sottile e sinuoso consente al manipolatore di raggiungere in profondità le zone di lavoro mentre le superfici esterne lisce facilitano la pulizia. È necessario solo un cavo robot per il collegamento tra il manipolatore e il controller. Oltre a questi fattori, ulteriori vantaggi sono la minore usura e l’ingombro ridotto. Anche i costi per la manutenzione e lo stoccaggio dei pezzi di ricambio sono ridotti al minimo.

Prospettive future

Grazie alla soluzione RDC, Klaaßen Technologie stabilisce nuovi standard nella sbavatura e smussatura automatica di componenti di ingranaggi. Rispetto al lavoro manuale, è possibile ottenere un risparmio di tempo fino al 95%, aumentando allo stesso tempo produttività e qualità.