Come è fatta una macchina robotizzata di sbavatura

L’ ISOLA

Nel settore è molto più diffuso il termine ISOLA per identificare una macchina robotizzata.

Inizierei proprio da questo uso sbagliato del termine per spiegarti come è fatta una macchina robotizzata.

All’alba dei robot (negli anni ’90) per costruire una macchina non si guardava alle normative, bastava che questa producesse pezzi.

Quindi il robot era al centro dell’attenzione del costruttore e dell’utilizzatore.

Il robot era la palma più altra al centro dell’ISOLA. La macchina robotizzata era assestante (non collegata a nient’altro nella fabbrica) e il robot il punto focale della macchina.

Tutte le apparecchiature erano in funzione del robot e il loro studio in termini di sicurezza era ancora in divenire.

Oggi tutto è cambiato.

Ma andiamo per passi.

Come è fatta una macchina di sbavatura robotizzata?

COME E’ FATTA

Non esiste uno schema preciso per costruire una macchina di sbavatura. Tutto dipende dal materiale da lavorare e di come si integra la macchina nel sistema fabbrica.

Gli elementi che compongono la macchina sono:

  • Robot
  • Sistema di carico pezzi
  • Unità di lavoro
  • Sistema di scarico pezzi
  • Protezioni (cabina di sicurezza)
  • Sistema di controllo e supervisione

La macchina funziona generalmente in questo modo:

  • Il robot prende il pezzo tramite una pinza pneumatica
  • Il pezzo viene portato a contatto di diversi utensili di taglio
  • Gli utensili rimuovono la bava mentre il robot si muove
  • Il robot lascia il pezzo e ricomincia da campo

L’operatore è sempre fuori dalla cabina di sicurezza del robot, lontano dal rumore, polvere e vibrazioni.

Gli utensili di lavoro ( e quindi le unità) possono essere di diverse tipologie. Sostanzialmente si dividono in 2 gruppi:

  • Utensili da taglio
  • Utensili abrasivi

Gli utensili da taglio sono frese e lame, cioè utensili che rimuovono materiale facendo truciolo.

Gli utensili abrasivi sono tutti quegli utensili che rimuovono materiale facendo polvere.

Ci sono tantissime tipologie di utensili abrasivi. Ognuno di questi utensili ha una sua peculiarità. Ci sono utensili più “aggressivi” che si comportano come un utensile da taglio o utensili che fanno una finitura quasi lucida (tipo lo scotch brite).

Gli utensili abrasivi sono in continua evoluzione e ogni anno si sviluppano soluzioni nuove che modificano notevolmente i cicli di lavoro.

AD OGNUNO IL SUO

A seconda del materiale da lavorare le forze in gioco cambiano e la macchina deve essere diversa.

La macchina non può essere troppo sovradimensionata, altrimenti sarà lenta nei movimenti (e quindi influirà sul tempo ciclo).

Quindi a seconda del materiale da lavorare si stabiliscono le prestazioni limite.

Non esiste una norma per capire le forze in gioco in un ciclo di lavoro o un manuale a cui riferirsi.

Perché tutto dipende dalle “condizioni generali”: tutto dipende dalle vibrazioni, dallo spessore di bava, dalla rigidità del pezzo, dalla potenza dell’unità.

Prendiamo per esempio un applicazione di fresatura. Da tutti i manuali di fresatura si definisce

Vf = fz x n

Dove

Vf = velocità avanzamento

Fz = asportazione per dente fresa

n = numero giri fresa

Se prendiamo lo stesso pezzo e lo lavoriamo su un centro di lavoro, poi replichiamo la medesima situazione con una macchina robotizzata, i risultati saranno molto diversi.

Perché?

Il robot è una macchina elastica e con un controllo di traiettoria molto più approssimativo del centro di lavoro.

Se un centro di lavoro incontra una bava più grossa, tara i sui parametri per mantenere le condizioni di lavoro costanti.

Se un robot incontra le medesime difficoltà, inizia a vibrare.

La vibrazione è una costante da tenere sempre in considerazione. E’ una prerogativa non eliminabile.

Quindi mantenendo gli stessi parametri della fresatura su centro di lavoro, ma introducendo la vibrazione i denti della fresa si trovano a rimuovere delle volte molto materiale e delle volte molto poco.

Questo rende il ciclo di lavoro instabile e la qualità incerta.

Come si risolve il problema?

Ci sono 2 strategie:

  • Cambiare strada
  • Essere più rigidi

Dipende tutto da quello che si deve fare. Molte volte è meglio cambiare approccio e usare utensili che danno meno problemi al robot.

Altre volte invece si può usare un robot di taglia superiore e contenere l’effetto vibrazione: maggiore è l’inerzia del robot , minore è la vibrazione generata. Per essere più rigidi si può anche aumentare la rigidità generale della macchina e la potenza degli utensili.

Tutto è un bilanciamento performance-tempo ciclo.

In definitiva tutto dipende dal target di tempo ciclo che si deve raggiungere. La questione è sempre: meglio l’ippopotamo o la gazzella?

Il ragionamento fatto qui su un processo di fresatura si ripropone poi su tutti i tipi di utensili.

Ho parlato di fresatura perché è un argomento di cui c’è parecchia conoscenza e parecchio materiale scritto.

Si può immaginare la difficoltà nel trovare i parametri giusti di lavoro con utensili nuovi, di cui non si è mai scritto nulla, dove magari si è i primi a testarli in una particolare applicazione.

SAFETY FIRST

Costruire una macchina sicura non è complicato.

Per poterla certificare CE è necessario seguire la direttiva macchina (2006/42/CE).

Per rispondere alla direttiva macchine e quindi per poter marcare CE bisogna applicare una serie di norme.

Prima tra tutte la Valutazione rischio EN ISO 12100, poi bisogna tener conto della norma per i robot industriali EN 10218-2 e la norma EN 13857 per le protezioni di sicurezza. Non bisogna poi dimenticare i dettagli, come per esempio le scale (se ce ne sono) che devono rispettare la EN 14122-3.

Sembra tutto semplice, basta fare tutto seguendo le norme e il gioco è fatto.

In realtà non è così.

Basta fare un errore di valutazione, che si applicano le norme nel modo scorretto e la macchina non risulta più sicura.

Se un rischio viene valutato in modo scorretto (perché come si diceva ogni macchina è fatta in modo diverso per lavorare diverse tipologie di materiale) allora la riduzione del rischio sarà insufficiente o fatta in modo diametralmente opposto.

E’ importante ricordare che le macchine non devono essere SOLO sicure, si deve riuscire ad usarle.

Banalmente per fare una macchina robotizzata sicura basta fare in modo che quando la macchina ha la porta aperta TUTTO sia fermo in sicurezza.

Ma come faccio a programmarla? Come faccio a vedere il robot che si muove e a capire se sta lavorando bene?

Se si fa una macchina robotizzata di sbavatura che inibisce ogni funzione a porta aperta, si sta mettendo in gioco un rischio grandissimo!

Se non do la possibilità al programmatore di lavorare, lui troverà un metodo per farlo.

Invece di stare fuori dalla macchina sempre e metterci una vita a programmare il ciclo di lavoro, si farà chiudere all’interno della macchina o troverà il modo di accederci (smontando pezzi di macchina, tagliandoli o mettendo mano ai sensori di sicurezza).

Poi succede l’infortunio.

Di chi è la colpa?

Formalmente la colpa è del programmatore che ha manomesso la macchina.

Eticamente la colpa è del costruttore.

Durante la progettazione e la costruzione della macchina, bisogna pensare alle varie fasi di lavoro sulla macchina.

All’inizio parlavo di ISOLA. In realtà non esistono più ISOLE. Le fabbriche sono integrate. La macchina di sbavatura deve essere integrate nel processo produttivo. Se l’integrazione è fatta senza cognizione di causa, la sicurezza viene meno.

Per esempio, se una macchina lavora alluminio fa polvere potenzialmente esplosiva.

La polvere deve essere presa in carico da un sistema di aspirazione idoneo e in caso di esplosione, la macchina deve fermarsi immediatamente.

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