Tappo e versatore assemblati a 300 pezzi al minuto

Velomat sceglie Indradrive Mi di Bosch Rexroth su un impianto automatico ad alte cadenze produttive, destinato ad assemblare tappo e versatore di una chiusura, con avvitatura e controllo in tempo reale della coppia di serraggio.

La costruzione di macchine di assemblaggio automatico ad alta cadenza è strettamente correlata all'andamento dell’economia globale e, pertanto, richiede alle aziende costruttrici, specialmente nei periodi di minore domanda, un continuo sforzo di innovazione tecnologica che garantisca un vantaggio competitivo rispetto alle aziende concorrenti.

Il settore dell’assemblaggio automatico ha conosciuto negli ultimi anni significativi cambiamenti dettati dall’esigenza di servire un mercato consumer sempre più caratterizzato da una drastica riduzione della durata dei cicli di vita dei prodotti.

Questa tendenza ha portato alla nascita di due bisogni fondamentali per i clienti di sistemi di assemblaggio: da un lato si è andata sempre più affermando la necessità di diminuire i tempi tra la fase di progettazione del nuovo prodotto a quella di messa in commercio, e quindi il tempo di costruzione dell’impianto; dall’altro la rapida obsolescenza dei prodotti ha determinato una sempre maggiore richiesta di riusabilità degli impianti per prolungarne la redditività nel tempo.

Dimostrando di avere ben chiaro il contesto di mercato, Velomat da anni è impegnata nel massimizzare la velocità di reazione delle sue aziende clienti, puntando sulla personalizzazione dei suoi moduli standard ed integrando soluzioni meccatroniche al loro interno.

In questo contesto Velomat ha affrontato nel corso dell’ultimo anno la sfida della progettazione, costruzione e messa a punto di un innovativo impianto di assemblaggio automatico per un suo storico cliente, leader mondiale nei sistemi di chiusure per superalcolici.

La richiesta era di assemblare tra loro due componenti di una chiusura (tappo e versatore), per i quali era necessaria l’avvitatura ed il controllo in tempo reale della coppia di serraggio. L’impianto, inoltre, doveva garantire la produttività di 300 pezzi per minuto ed è destinato allo stabilimento del cliente in Brasile.

Storicamente il processo di avvitatura rappresenta una fase tecnologica critica per un ciclo di assemblaggio automatico ad alta velocità, in particolare per la necessità di garantirne la ripetibilità su tutta la produzione.
Infatti le pinze di presa devono raggiungere elevate velocità di rotazione per rispettare la produttività richiesta ed essere arrestate altrettanto repentinamente una volta raggiunta la posizione desiderata.
La coppia di serraggio risulta essere fortemente influenzata dalle inerzie delle masse in gioco e dalla dinamica del processo, ma anche da fattori esterni e difficilmente controllabili come l’attrito tra i filetti dei due componenti a contatto.

Per questi motivi il cliente in passato aveva trascurato o comunque accettato un controllo blando della coppia di serraggio, e la sua esigenza di un controllo accurato risultava essere una sfida tecnologica di notevole difficoltà industriale che ha richiesto l’integrazione di competenze meccaniche, elettriche e metrologiche.

Lavorando in stretta collaborazione con il cliente, Velomat ne ha analizzato le esigenze ed ha recepito le problematiche che si incontravano nelle applicazioni esistenti.
Il risultato si è concretizzato con la progettazione e la validazione a giugno 2016 di un impianto a cinematica continua a 300ppm con controllo in linea della coppia di serraggio.
I due componenti vengono alimentati mediante convogliatori centrifughi verso la giostra rotante principale, sulla quale sono montate 12 unità meccatroniche di assemblaggio.

Ogni unità di assemblaggio è composta da due parti distinte, una superiore che manipola il tappo e una inferiore sulla quale si alloggia il versatore: le due unità sono movimentate durante il ciclo di assemblaggio mediante camma meccanica in modo da portare i due componenti a contatto.

Ogni unità superiore è dotata di una pinza pneumatica molleggiata che afferra il tappo dal canale di ingresso, mentre ogni unità inferiore è dotata di una testina telescopica rotante che si inserisce nel versatore e di una unità di avvitatura che ne governa il moto.

Ciascuna unità di avvitatura è interconnessa alle altre tramite rete di campo. La ricerca della migliore soluzione dell’unità di avvitatura è stata una fase decisiva del processo di progettazione dell’impianto e ha coinvolto i maggiori fornitori di drive per “motion control” presenti sul mercato.

Per l’unità di avvitatura Velomat ha scelto la tecnologia cabinet free Indradrive Mi di Bosch Rexroth, che è stata preferita per le elevate prestazioni dinamiche e per l’esperienza maturata dal fornitore in applicazioni del settore.

La famiglia IndraDrive Mi rappresenta la piattaforma di servomotori brushless con azionamento integrato a bordo motore più completa per numero di taglie (da 2.2 a 11 Nm di coppia di stallo continuativa).
Il cablaggio è ridotto al minimo indispensabile, grazie ad una tecnologia daisy-chain di collegamento tra un asse e il successivo che consente di collegare fino a 36 assi sulla stessa linea, senza necessità di unità di rigenerazione del segnale.

Sull’unico cavo previsto nel collegamento dei drive, sono distribuite sia la potenza su DC bus condiviso a 750 Vdc, sia i segnali di controllo su base Ethernet, sia i comandi di attivazione delle funzioni di SafeMotion certificate SIL 2 o pl d.

Sui servomotori stessi è possibile sia cablare localmente segnali digitali che estrarre il bus di comando per pilotare un nodo remoto, consentendo quindi lo sviluppo modulare di una applicazione comprensiva di motion, safety e moduli IO Il montaggio degli azionamenti a bordo motore non penalizza le prestazioni dinamiche di questi ultimi, che garantiscono elevate capacità di sovraccarico con una coppia massima anche pari al 400% della coppia nominale.
Inoltre la possibilità di operare il servoasse in controllo di coppia, velocità o posizione, e di poter commutare al volo tra queste diverse modalità, offre alle applicazioni di assemblaggio una flessibilità di impiego completa.

La modularità nell’integrazione dei servoassi nella piattaforma di sviluppo integrata Indraworks, basata sul protocollo di comunicazione Sercos III, e la sincronizzazione con master di riferimento della macchina, hanno consentito il rapido sviluppo dell’applicazione nel normale tempo di realizzazione di una commessa di produzione.

In questo modo Velomat è stata in grado di minimizzare le dimensioni della giostra di assemblaggio e, sfruttando la capacità del reparto commerciale tecnico di Bosch Rexroth nel fornire supporto fin dalla fase di modellizzazione dell’applicazione, è riuscita ad anticipare la consegna dell’impianto rispetto al previsto, evitando qualsiasi sorpresa all’atto della messa a punto della macchina.

Va inoltre sottolineato come un particolare impegno progettuale si sia concentrato per la riduzione del momento di inerzia e degli attriti radenti delle masse rotanti, allo scopo di minimizzarne l’influenza sulla coppia di serraggio finale; la catena di controllo retroazionata su coppia e angolo ha provveduto alla parte restante, consentendo a Velomat di rispettare le specifiche di ripetibilità della coppia di serraggio richieste dal cliente.

La collaborazione tra Velomat e Bosch Rexroth è uscita consolidata dopo questa applicazione e sicuramente i risultati conseguiti da questo impianto pilota potranno essere impiegati con profitto anche in altri settori qualora sia richiesto un controllo preciso dei parametri di avvitatura.

Tale impianto ha infatti messo le basi per una nuova piattaforma di assemblaggio che andrà ad affiancarsi a quella a cinematica continua già posseduta da Velomat, che prevede il controllo del processo di avvitatura mediante sistemi di visione e soluzioni di orientamento meccatronico dei componenti a bordo macchina.

L’impegno costante nella ricerca e nell’innovazione delle proprie soluzioni di assemblaggio automatico, la trentennale presenza sui mercati globali e la reputazione conquistata nel tempo presso i propri clienti hanno consentito a Velomat di confermare anche nel 2016 il trend di crescita in atto negli ultimi anni.