Centri di lavorazione di trasferimento con controlli CNC FANUC

Produzione di serie con macchine flessibili

I centri di trasferimento ANGER combinano i vantaggi dei centri di lavoro e delle linee di trasferimento 

ANGER MACHINING si è costruito un'ottima reputazione quale pioniere della tecnologia di serie per i sistemi di lavorazione meccanica in serie a controllo CNC. Questi cosiddetti centri di trasferimento, considerati una combinazione di un centro di lavorazione meccanica e di una linea di trasferimento, sono incredibili per la produzione di serie a potenza elevata, ma flessibile. Le due macchine HCXchange 2000, controllate da un sistema CNC FANUC serie 31i, consegnate al fornitore automobilistico Magna, ne sono chiari esempi.

ANGER MACHINING GmbH, con sede a Traun, in Austria, è un produttore di sistemi di lavorazione meccanica ad alta velocità. Con il concetto di serie sviluppato nel 1984, l'azienda ha stabilito nuovi standard di produttività e ha guadagnato una posizione di successo nel mercato mondiale. Roland Haas, ingegnere capo di ANGER, spiega in poche parole cosa rende speciale questa tecnologia: "Abbiamo implementato il concetto di linea di trasferimento in un'unica macchina". Il pezzo viene caricato in un dispositivo di serraggio, quindi spostato in modo estremamente veloce da un mandrino fisso a quello successivo. I tempi truciolo-truciolo sono estremamente brevi, idealmente solo 0,3 secondi. I pezzi da sottoporre a lavorazione meccanica possono essere spostati in modo lineare e rotante in tutti gli assi spaziali e quindi lavorati da sei lati.

In primo piano: Riduzione dei fermi produzione

Tutti gli utensili vengono prelevati da mandrini di lavorazione meccanica speciali e teste multi-mandrino montate su un massimo di quattro lati dell'area di lavorazione meccanica centrale. Su queste macchine a produzione elevata, i fermi produzione causati dal cambio utensile appartengono al passato. Sulle flessibili macchine ANGER, i cambi utensile vengono effettuati in parallelo nel corso della lavorazione meccanica. Ciò si traduce in tempi di ciclo più brevi e prestazioni elevate con un ingombro molto inferiore rispetto ai centri di lavoro tradizionali.

In circa 20-40 stazioni, la macchina gestisce tutte le attività di lavorazione meccanica richieste, il tutto con la massima precisione, e l'utensile rimane nella stessa esatta posizione nel sostegno utensile. Poiché il serraggio deve essere eseguito una sola volta, gli errori di posizionamento manuale e serraggio vengono ridotti. Di conseguenza, i centri di trasferimento ANGER sono in grado di raggiungere tolleranze di posizione processo affidabili pari a 0,015 mm, con tolleranze del diametro di IT 5 e valori di rotondità fino a 0,001 mm.

I pesi ridotti spostati contribuiscono a ridurre l'usura sui componenti del sistema e a consentire caratteristiche di traslazione estremamente dinamiche con velocità di lavorazione meccanica fino a 90 m/min e 1 g di accelerazione. L'elevato livello di rigidità è garantito dalle corse della macchina rinforzate con cemento armato per la riduzione delle vibrazioni che, a seconda delle specifiche della macchina, possono pesare fino a 25 tonnellate metriche.

Dall'occhialeria all'industria automobilistica

I centri di trasferimento ANGER sono la scelta ideale soprattutto quando sono richieste dalle 150.000 alle 500.000 unità all'anno dello stesso pezzo o con un design simile. Nel primo periodo della propria attività, ANGER forniva le macchine a prestazioni elevate principalmente al settore dell'occhialeria. Era in grado di ridurre i fermi produzione grazie alla lavorazione meccanica con diversi utensili e offriva quindi un metodo efficiente per la fresatura completamente automatica delle montature per occhiali da blocchi di plastica.

Dopo che la lavorazione meccanica in questo mercato è stata sostituita dalla sempre maggiore qualità della tecnologia dello stampaggio a iniezione, ANGER ha fornito le proprie macchine al mercato in espansione della telefonia mobile, per cui, ad esempio, ha eseguito la fresatura delle strutture in magnesio dei telefoni cellulari Ericsson. L'attenzione quindi si è spostata molto rapidamente dal settore della telefonia cellulare a quello automobilistico, in cui erano necessarie quantità unitarie simili degli stessi pezzi. All'inizio, tali pezzi erano principalmente alberi e componenti a forma di cubo in alluminio. Nel frattempo, con l'introduzione dei modelli di macchine HCS e HCP di ANGER, la gamma di applicazioni è stata ampliata ai cilindri ABS e a molti altri componenti complessi di piccole dimensioni.

Macchine HCX: Canali di traslazione ancora più ampi e maggiore rigidità

Anche le macchine ANGER hanno continuato a evolversi. Dalla serie HCP è nato il modello HCX, che ha mantenuto il consolidato principio di base con mandrini fissi e un pezzo in movimento, ma la tecnologia è stata completamente riprogettata. L'innovazione più evidente è la struttura della flangia sulla quale le unità mandrino di lavorazione meccanica sono montate liberamente e possono essere facilmente riorganizzate.

Roland Haas racconta: "Per la macchina HCX, abbiamo effettuato uno sviluppo meccatronico completo e utilizzato l'intero spettro di simulazione virtuale". Innanzitutto, gli sviluppatori hanno calcolato e confrontato le diverse colonne di spostamento con supporti di gruppi box-in-box, per poi scegliere la seconda soluzione. Con i vari partner, hanno sviluppato ulteriormente il concetto Con l'ausilio di un sistema di simulazione meccatronica, hanno ottimizzato i diversi componenti in varie iterazioni di sviluppo. Roland Haas spiega più in dettaglio: "Abbiamo migliorato la rigidità in aree decisive, riducendo al contempo il materiale quando viene spostata la massa. Abbiamo inoltre simulato e ottimizzato il comportamento di controllo di tutti gli assi. Il prototipo HCX è stato realizzato solo dopo che tutte le simulazioni sono andate a buon fine". Per la serie, ANGER infine ha ottimizzato le nuove macchine in relazione a vita utile, nonché a facilità di montaggio e manutenzione.

Inoltre, il tecnico della macchina ha introdotto un sistema CAM con il quale è possibile simulare il processo di lavorazione meccanica immediatamente dopo avere ricevuto un ordine. "Ciò ci consente di progettare i mandrini in modo da garantirne l'assenza di collisioni", spiega Roland Haas. Dopotutto, ANGER lavora come appaltatore diretto, non solo fornendo la macchina, ma anche l'intero processo di lavorazione meccanica con un tempo di ciclo predeterminato. Il progetto è consegnato al cliente chiavi in mano con programma CNC, certificato di qualità statistica e automazione.

Nel 2014 è stata raggiunta un'altra tappa decisiva nella storia dell'azienda con il lancio sul mercato della macchina ANGER FLXBL. Queste macchine sono centri di trasferimento flessibili, standardizzati, modulari, progettati per la lavorazione meccanica di parti di precisione in volumi produttivi medio-grandi. La macchina ANGER FLXBL può essere riconfigurata in modo facile e veloce, pertanto è possibile lavorare una grande varietà di pezzi di diversi volumi in diversi cicli di vita dei prodotti sequenziali. Grazie alla flessibilità offerta, l'operatore del sistema si avvale della massima protezione possibile del proprio investimento, insieme ai vantaggi della collaudata tecnologia dei centri di trasferimento.

Magna: produzione a precisione elevata di parti in serie

Due macchine ANGER HCXchange 2000 (fondamentalmente precursori anche della macchina ANGER FLXBL) sono state consegnate nel 2011 a uno dei fornitori del settore automobilistico più grandi del mondo, il gruppo austro-canadese Magna, con sede europea a Oberwaltersdorf, ad appena due ore e mezzo da Traun. Nell'impianto di produzione presso Lannach, nella regione della Stiria austriaca, viene eseguita la lavorazione meccanica degli alloggiamenti degli alberi di bilanciamento per i motori a benzina su entrambe le macchine Anger, per un totale di 300.000 unità all'anno. Ogni macchina è in grado di produrre la parte finita con un'unica configurazione. Una cella di automazione centrale con il robot tra le due macchine fornisce i pezzi grezzi e ripone i componenti lavorati finiti su un nastro trasportatore. Questo sistema dall'ingombro minimo e con i costi più bassi per unità rappresenta la soluzione di lavorazione meccanica più economica per Magna Powertrain Lannach. Viene soddisfatto anche il requisito di riattrezzamento flessibile della macchina per un altro componente. I pezzi richiedono lavorazione meccanica complessa e specifiche molto elevate di precisione in relazione ai fori per i punti di supporto, fino alle immagini delle flange, i valori di planarità e i punti di riferimento. Le 35 fasi di lavorazione meccanica sono eseguite su una macchina HCXchange con un tempo di ciclo di 114,25 secondi per parte, compreso il carico completamente automatico. Se si utilizzano utensili multi-testa, la quantità di singoli elementi in termini di fori e filettature è ancora maggiore.

Tecnologia di controllo e azionamento di FANUC

Magna ha ordinato entrambe le macchine ANGER HCXchange con tecnologia di controllo e azionamento di FANUC. Non si tratta di una nuova collaborazione per ANGER, poiché ha sviluppato i componenti principali del leader di mercato mondiale nel controllo CNC fino a circa 5 anni fa. Roland Haas spiega: "In quel periodo lavoravamo molto per il mercato nordamericano, che richiedeva principalmente controlli FANUC. La collaborazione con FANUC era molto soddisfacente. Le spese generali per assistenza e manutenzione erano minime e i prodotti assolutamente affidabili. Purtroppo, la recessione in Nord America e nel settore automobilistico ha comportato la riduzione della collaborazione con FANUC. In ANGER abbiamo quindi accolto molto favorevolmente l'ordine di Magna Group per dotare le macchine ANGER HCXchange di prodotti FANUC, perché avremo di nuovo a bordo questo partner forte e affidabile".

Oltre all'implementazione del sistema CNC FANUC serie 31i, inizialmente è stata posta particolare attenzione sul servomotore delle macchine configurato in base al sistema box-in-box. Una funzione speciale, ad esempio, è lo spostamento in direzione orizzontale, ottenuto mediante due viti a sfera che funzionano in parallelo. L'obiettivo in questo caso era scegliere le impostazioni appropriate e garantire la regolazione affidabile del controllo. Infine, è necessaria precisione di posizionamento nell'ordine di grandezza di µm.

Un'altra sfida sono stati i motori di terze parti da integrare. Perché ANGER implementa servomotori con albero cavo proprietari nel proprio concetto di macchina. Un altro problema era che sulle macchine ANGER HCX vengono utilizzati quattro assi di serie. Un quinto asse viene implementato nel dispositivo di serraggio su richiesta del cliente. Roland Haas racconta: "Per l'ordine Magna, dovevamo implementare per la prima volta un doppio azionamento di coppia. Siamo riusciti tuttavia a gestire anche la regolazione e l'ottimizzazione dell'azionamento insieme a FANUC."

Il produttore di controlli offre competenze specialistiche come un servizio

Al fine di risolvere tutte le problematiche relative ad azionamenti e controlli, erano necessarie conoscenze specialistiche, che FANUC ha fornito tramite la propria consociata tedesca, insieme al supporto aggiuntivo dal Giappone. Roland Haas è soddisfatto: "Sono venuti in visita gli stessi specialisti dei controlli FANUC, che avevano già molta familiarità con il prodotto precedente. Hanno fornito autentico supporto di livello elevato".

Sul lato controllo, le specifiche per cicli una tantum o speciali sono limitate. Al contrario, ANGER assicura che, ove possibile, tutte le operazioni di lavorazione meccanica e i movimenti di spostamento possono essere programmati con semplici comandi e funzioni standard, in modo da ottenere cicli rapidi. Per questo motivo la funzione di look-ahead del controllo e un tempo di ciclo PLC molto rapido sono tra i fattori decisivi per ANGER nella lotta ai decimi di secondo.

Vi erano anche requisiti molto rigidi per la programmazione PLC, principalmente per i doppi cambi utensili per macchina. FANUC ha preso in carico queste attività di programmazione. Secondo Roland Haas, per ANGER era molto importante essere in grado di usufruire di questa competenza specialistica in forma di servizio direttamente da FANUC. A suo avviso, chi trae maggior vantaggio dall'affidabilità della tecnologia di azionamento e controllo di FANUC sono i produttori di serie. Ha aggiunto che una volta implementato e collaudato, il sistema ha continuato a funzionare per lungo tempo. Nel caso in cui si renda necessaria la sostituzione dei componenti, questa sarà gestita in modo molto pratico.

Semplicità di utilizzo grazie a interfacce attive

Anche in riferimento alla semplicità di utilizzo, ANGER può affidarsi a FANUC.  Il produttore di macchine ha effettuato un investimento importante in un'interfaccia HMI (Human Machine Interface), estremamente conveniente, che offre all'utente una varietà di visualizzazioni. Foto integrate, ad esempio, indicano esattamente il punto in cui si sono verificati gli errori e il modo in cui sono stati risolti. In realtà, interfacce specifiche del cliente come queste non sono state un punto di forza principale dei controlli FANUC in passato, ma la situazione ora è completamente cambiata. Roland Haas conferma: "Contemporaneamente, FANUC offre opzioni di visualizzazione molto vantaggiose non solo per noi, ma anche e soprattutto per gli operatori della macchina." ANGER ha specificato l'aspetto degli schermi, mentre l'implementazione degli schermi è stato un servizio fornito da FANUC.

ANGER MACHINING GmbH: macchine per la produzione di serie flessibile

L'azienda internazionale di progettazione di macchine, con sede a Traun, Austria, si è specializzata nello sviluppo e nella produzione di centri di trasferimento. Tali sistemi di lavorazione meccanica ad alta velocità vengono utilizzati soprattutto nel settore automobilistico per la lavorazione di parti di serie con specifiche di precisione particolarmente elevata. L'area principale include applicazioni per parti di motori, scatole del cambio e telai in alluminio o acciaio. Con tre filiali in Germania, Stato Uniti e Giappone e con numerosi partner per la vendita e l'assistenza, l'azienda si è distinta con successo sul mercato mondiale fin dalla sua fondazione nel 1982.

Tra le altre applicazioni, i centri di trasferimento di ANGER vengono utilizzati per la lavorazione di corpi valvole per sistemi di trasmissione automatici e a doppia frizione, per alloggiamenti di trasmissione dell'auto, basamenti motore, alloggiamenti degli alberi di bilanciamento e degli alberi a camme e altri componenti di precisione prismatici o alberi motore o di trasmissione.

Tra i suoi clienti ricordiamo produttori automobilistici internazionali, ad esempio Daimler e VW, fornitori del settore automobilistico leader nel settore, ad esempio ZF, Magna, Mahle, ThyssenKruppPresta, INA Schaeffler, Bosch o Linamar Group, nonché numerose aziende nel settore della pressofusione.