Taglio laser: automazione carico e scarico

La velocità di taglio delle macchine laser è aumentata considerevolmente in questi ultimi anni dando luogo ad un'evoluzione importante del volume di pezzi che possono essere tagliati. A questo si aggiungono cicli di produzione con quantità sempre più ridotte e quindi una grande varietà di materie/spessori da gestire.La volumetria prodotta, associata alla varietà delle materie da tagliare, rende le tappe a monte e a valle della lavorazione laser molto importanti per conservare l'alto livello di produttività garantito dalle macchine di ultima generazione.

Per cui il carico dei fogli, lo scarico e lo smistamento dei pezzi tagliati sono diventati aspetti essenziali. Uno degli obiettivi è quello di limitare al massimo i tempi morti per evitare che la macchina, per produrre, rimanga in attesa che il foglio venga caricato o che venga scaricato il prodotto precedente.

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A questo aspetto si aggiungono la gestione e il controllo del flusso di produzione da un punto di vista più globale, dall'ordine del cliente fino alla consegna dei pezzi al reparto di produzione successivo. L'obiettivo è che l'insieme del processo possa funzionare fluidamente, senza generare colli di bottiglia e problemi di qualità e di tempi di consegna.

Dopo aver dato uno sguardo d'insieme alle grandi categorie di soluzioni di automazione, abbiamo deciso di trattare:

• 2 aspetti di cui tenere conto riguardanti lo smistamento e la palettizzazione automatica dei pezzi trattati dalla macchina da taglio laser,

• Come conservare una buona produttività accoppiando macchina laser e automazione?
   

Per schematizzare, le soluzioni di automazione di una macchina da taglio laser possono suddividersi in più categorie:

→ Carico automatico di materia prima sulla macchina e scarico manuale del prodotti tagliati.
Secondo questa configurazione un braccio o un ponte muniti di ventose di sollevamento recuperano il foglio da tagliare e lo ripongono sul piano di lavorazione. L'operatore si occupa quindi dello scarico e dello smistamento dei pezzi direttamente sul piano.

Da notare che la maggior parte delle macchine sono munite di un sistema di doppi piani. Il che praticamente vuol dire che quando il taglio del foglio è terminato, il piano con i pezzi tagliati lascia il posto al foglio da produrre che entra quindi nella zona di taglio.

Quest'operazione può essere realizzata in tempo mascherato se il tempo di taglio è sufficiente. Serges Bourdier – Salvagnini spiega: «su spessori sottili, con pezzi poco lavorati, il tempo di taglio può essere così ridotto da non permettere di coprire il tempo di carico e scarico del nuovo pezzo da tagliare. È la macchina che deve aspettare in questo caso, dato che i 2 piani sono già occupati da pezzi da spostare.»

→ Carico automatico dei fogli e scarico del foglio tagliato completo
Il carico della materia prima può avvenire tramite delle ventose e lo scarico con un sistema di pettini per recuperare e riporre l'insieme della produzione (foglio + scheletro) su una paletta, nell'attesa che un operatore si occupi dello scarico. Alcuni costruttori propongono addirittura la possibilità di eliminare lo scheletro, lasciando solo i pezzi tagliati.

Loïc Vicaud – Trumpf spiega che «la durata del ciclo con i sistemi più rapidi è inferiore ad 1 minuto. Il che significa che tutti i fogli che richiedono un tempo di taglio superiore ad 1 minuto lasciano abbastanza tempo alla macchina per effettuare, in tempo mascherato, lo scarico dei pezzi tagliati e il carico del nuovo foglio.»

Dei trasportatori a nastro possono completare questo tipo di soluzione veicolando lentamente il pezzo tagliato e permettendo così all'operatore di smistare manualmente.

→ Automazione con smistamento, impilamento dei pezzi tagliati e carico del materiale

Con questo tipo di automazione lo smistamento dei pezzi viene effettuato con delle ventose o dei magneti che sollevano i pezzi per andarli a riporre e impilare su una paletta. Il carico della materia prima avviene grazie ad un sistema di ventose.

Hugues Cousseau – Bystronic insiste sulla «necessità di avere dei robot di scarico che siano il più flessibili possibile in modo da poter scaricare quante più tipologie di pezzi diversi possibili.»


→ Automazione basata su una macchina da taglio laser che mantiene il foglio con delle pinze

Il foglio viene in questo caso stretto con delle pinze durante il taglio, come su una punzonatrice. I pezzi vengono poi spostati o scaricati man mano, o con un sistema di botole che si aprono nel piano di lavorazione o con delle ventose.

→ Affidabilità dello scarico e dello smistamento dei pezzi

L'automazione dello smistamento (‘sorting’) dei pezzi durante il taglio laser è subordinato a dei vincoli tecnici e meccanici, come ad esempio:

• il foglio può spostarsi perché non viene mantenuto,

• l'oscillazione dei pezzi sul piano di lavorazione durante il processo di taglio,

• lo scheletro che può intralciare l’estrazione del pezzo,

• ecc.

Per questi motivi lo scarico e lo smistamento dei pezzi tagliati con il laser erano riservati principalmente a produzioni di pezzi di serie medie o grandi. Il programma di produzione poteva essere testato e se ne poteva appurare l'efficacia prima di usarlo in maniera intensiva.

Johan Elster – Bystronic completa: «i processi di scarico e di smistamento sono diventati più affidabili in questi ultimi anni, e ora è quindi possibile trattare una grande varietà di pezzi, sia singoli che in serie piccole, medie o grandi.»
Poi aggiunge: «Ad esempio, per semplificare il processo di scarico, anche solo il fatto di tagliare lo scheletro può rivelarsi molto utile.»

Anche Christophe Berquet – Prima-power insiste «sull'importanza di tagliare lo scheletro per non intralciare il momento in cui i pezzi vengono afferrati.»

Loïc Vicaud – Trumpf precisa inoltre che «le problematiche poste dai pezzi spessi e da quelli sottili non sono le stesse. Gli automatismi sono più complessi per i pezzi di spessore ridotto.»

Serges Bourdier – Salvagnini pensa che «per rendere più affidabile il processo durante l'operazione di taglio, la materia prima dev'essere protetta da qualsiasi rischio di collisione o sbavatura. Ora, l'alternarsi simultaneo del piano con i pezzi tagliati e di quello con il nuovo foglio da produrre avviene con i piani che scorrono l'uno al di sopra dell'altro. Se il piano con il foglio che è appena stato tagliato passa sopra al piano con la materia prima, c'è un alto rischio che gli scarti o le scorie cadano sul pezzo da tagliare.»

Infine Johan Elster – Bystronic conclude: «Per rendere più affidabile l'automazione del taglio laser bisogna intervenire su più fronti: la struttura del piano di taglio, i sistemi di controllo, i manipolatori con ventosa o con magneti pneumatici, ecc.».

Per Loïc Vicaud – Trumpf «anche il ruolo del software è importante nel processo di automazione, perché permette di rendere più sicuro il posizionamento dei pezzi in funzione del sistema di scarico e di ridurre al massimo i problemi derivanti dallo scheletro.»


→ Flessibilità del sistema di 'sorting' e estrazione dei pezzi
La varietà dei pezzi, dei materiali trattati e il volume delle serie (piccole, medie o grandi) sono ovviamente elementi essenziali per determinare i requisiti dal punto di vista della flessibilità.

Un costruttore di prodotti in proprio che taglia serie medie o grandi non avrà di certo le stesse esigenze di un subfornitore che realizza tagli di pezzi singoli sempre diversi. Per il secondo l’estrazione dei pezzi gioca un ruolo preponderante per potere sollevare con uno stesso utensile una grande varietà di pezzi.

Hugues Cousseau – Bystronic sottolinea l'utilità di «robot di 'sorting' muniti di diversi moduli di estrazione (ventose e magneti pneumatici), interscambiabili automaticamente, che permettano di adattarsi al meglio e senza l'intervento umano a tutti i tipi di pezzi da smistare.» E Johan Elster – Bystronic aggiunge che «la flessibilità migliora quando lo scarico e lo smistamento dei pezzi sono effettuati da più bracci che possono spostarsi contemporaneamente su entrambi gli assi, in maniera indipendente e simultanea.»

Loïc Vicaud – Trumpf spiega che «a garantire la flessibilità ci sono cose come un sistema di ventose rotative, o il modo di installazione delle palette, ecc.»
 

Christophe Berquet – Prima-power introduce l'argomento evidenziando che «le soluzioni di carico (pettine, sorting, ecc.) devono adattarsi alla velocità del taglio laser - che aumenta continuamente - per evitare di penalizzare la produttività. L'affidabilità dell'automazione è un prerequisito ma non deve mai intralciare l'obiettivo della produttività.»


Serges Bourdier – Salvagnini precisa che «la soluzione per incrementare la produttività tramite l'automazione è disporre di un massimo di funzioni autonome da poter gestire in maniera indipendente in tempo mascherato. Il manipolatore a ventosa e il pettine vengono ad esempio spesso montati su uno stesso dispositivo. Ora, se invece la funzione di carico viene dissociata da quella di scarico/pettine, le operazioni possono essere realizzate in modo indipendente, in tempo mascherato.»

Sono molti gli utensili disponibili per fornire un supporto all'operatore, soprattutto quando lo smistamento della lamiera viene realizzato manualmente dopo lo scarico della lastra completa. Degli schermi posti al di sopra del piano di scarico possono ad esempio rappresentare un'immagine del nesting con un codice colore che permetta di differenziare ogni pezzo e con delle indicazioni per effettuare lo scarico. Può inoltre essere realizzata una convalida della fase di produzione (pezzi prodotti o scartati) con una connessione diretta ai sistemi informatici dell'impresa (ERP, CAPM, ecc.). Sono utensili che da un lato facilitano il lavoro dell'operatore e dall'altro permettono di incrementare la produttività.
 

L’automazione delle macchine laser è una strategia che rientra nell'approccio 'Smart Factory', ovvero una fabbrica che è al contempo automatizzata, connessa e agile.

A tal proposito Johan Elster – Bystronic insiste: «la visione dell'azienda dev'essere globale, dall'ordine del cliente fino alla consegna del prodotto finito. L'imprenditore non compra più una semplice macchina, ma una soluzione che permette di ottimizzare il processo di produzione completo con un monitoraggio in tempo reale degli utensili e dei dati 'analytics'.»

Loïc Vicaud – Trumpf è dello stesso parere: «gli imprenditori devono proiettarsi nel futuro e immaginare una fabbrica connessa per una gestione globalizzata del processo di produzione.»


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