Asservimento della pressa con i cobot

Trent'anni fa, i robot completamente servo-controllati e di qualsiasi configurazione cinematica, venivano impiegati raramente nelle applicazioni di stampaggio a iniezione. L'approccio più comune consisteva nell'implementazione di un semplice robot cartesiano a tre assi montato a bordo macchina. Con una corsa Z (verticale) sufficiente per raggiungere la linea centrale della piastra, questi robot estraevano rapidamente le parti dallo stampo e le conferivano in contenitori su nastri trasportatori.

Vent'anni fa, i robot cartesiani sono diventati strumenti d’uso comune, disponendo di sempre maggiore precisione e controllo sugli EOAT integrati. Quindici anni fa la rivoluzione: gli stampatori hanno iniziato ad applicare robot a sei assi in numero crescente.

Questa evoluzione è stata guidata da diversi driver tecnici e di business che continuano ancora oggi:

• Processi post-stampo. I clienti richiedono agli stampatori di fornire parti e assiemi più completi che generano un maggior valore per gli stampatori. Degamare, rifilare, lucidare, decorare, assemblare, avvolgere e imballare sono ora attività comuni, candidate perfette per l'automazione.
• Finitura superficiale migliorata. I clienti richiedono standard molto elevati per le finiture superficiali, che necessitano che le parti siano maneggiate con cura dallo stampo al packaging finale.
• Cicli di vita del prodotto più brevi. Il ritmo degli aggiornamenti dei prodotti e delle nuove introduzioni richiede un cambiamento costante nei processi di produzione, che a sua volta necessita di automazioni flessibili.
• Mix alto/volume basso. La personalizzazione del prodotto, i lotti di piccole dimensioni e la produzione su richiesta per ridurre l'inventario stanno determinando basse tirature, rendendo l’uso dell’automazione ancora più sfidante.

Negli ultimi 15 anni, e con una frequenza sempre maggiore negli ultimi tempi, i trasformatori di materie plastiche hanno iniziato ad adottare un nuovo paradigma di automazione, chiamato robot collaborativo, o "cobot". I cobot raggiungono un livello di sicurezza, programmabilità da parte dell'utente e mobilità irraggiungibile dai robot tradizionali a sei assi.
Per comprendere l'attrazione esercitata dai cobot sui produttori, ecco qui una rassegna di ciò che rende popolari i cobot.

La flessibilità di posizionamento dei cobot, determinata dalle safety native che ne rendono possibile l’implementazione anche nei pressi dell’operatore secondo ogni orientamento e senza barriere di protezione (previa analisi del rischio),  l'area di lavoro complessiva, le dimensioni contenute, sono la chiave del loro successo nello stampaggio a iniezione. I gradi di libertà aggiuntivi rispetto all’automazione cartesiana si traducono in un numero maggiore di scelte applicative e di opzioni in tutte le fasi della movimentazione dei materiali, assemblaggio e altre applicazioni: tutto ciò genera alcuni reali vantaggi di processo:

• Flessibilità nell'esecuzione di processi pre e post stampo. Il posizionamento degli inserti nello stampo e nelle parti in movimento attraverso processi post-stampo, significa poter garantire movimenti complessi e angoli e posizioni impegnativi.
• Costi di attrezzaggio ridotti. I robot cartesiani richiedono spesso strumenti complessi per compensare i loro limiti cinematici. La gamma di movimento e la flessibilità dei robot collaborativi riducono i costi e la complessità degli utensili e delle pinze da integrare.
• Flessibilità per caricare inserti di precisione. L'acquisizione e l'inserimento di inserti di precisione è consentito dalla flessibilità di posizionamento e dalla ripetibilità dei robot collaborativi.
• Estrazione di parti complesse semplificata. Le parti complesse sono difficili da rimuovere senza espulsori, ma la destrezza dei cobot consente di estrarre delicatamente le parti dallo stampo.
• Flessibilità per evitare gli ostacoli. Tiranti, guide, tubi flessibili e morsetti spesso interferiscono con i movimenti dei pezzi. I cobot offrono la massima flessibilità per spostarsi all'interno dello stampo.
• Manutenzione ridotta. I cobot sono sigillati, con manutenzione ridotta e tempi di attività più lunghi. La maggior parte dei robot cartesiani nello stampaggio a iniezione richiede una manutenzione regolare, poiché le loro trasmissioni sono esposte.
• Opzioni di montaggio flessibili. I cobot possono essere montati secondo ogni orientamento (pavimento, muro, soffitto) per ottimizzare layout, portata e tempo di ciclo. Sebbene l'installazione tipica sia quella a pavimento o su piedistallo, sono disponibili altre opzioni per rispondere ad ogni casistica applicativa. Per la maggior parte dei robot a sei assi l'orientamento di montaggio è fisso e deve essere impostato in fabbrica durante la costruzione del robot. I cobot consentono invece di impostare rapidamente l'orientamento sul campo.
• Gestione libera delle altezze su asse Z. I robot cartesiani presentano un grave inconveniente: l'asse verticale (Z) si estende sopra la linea centrale del robot. Senza un complicato e costoso asse Z telescopico, l'altezza del soffitto deve essere almeno pari all'estensione dell'asse Z. In molti impianti, condotti, passerelle portacavi, acqua, vapore e tubazioni antincendio rendono questa configurazione difficile, se non impossibile. Il montaggio di un robot collaborativo sulla macchina a iniezione può essere effettuato anche in strutture con soffitti molto bassi.
• Uso efficiente dello spazio a terra. La superficie è sempre costosa, in qualsiasi fabbrica, e molti produttori tendono a massimizzare l’area per la produzione a scapito di altre lavorazioni. E poiché gli stampatori aggiungono sempre più lavorazioni pre e post-stampo ai propri prodotti, lo spazio attorno a una macchina è ancora più prezioso e richiesto. Il montaggio bordo macchina di un cobot offre i vantaggi della flessibilità liberando spazio sul floor per le operazioni secondarie.
• Facile accesso alla macchina. Gli stampi devono essere cambiati e anche il reparto di manutenzione deve poter accedere alla pressa. Il montaggio di un cobot sulla macchina significa garantire libero accesso per le operazioni di manutenzione, grazie alla sicurezza e collaboratività del cobot.

L'uso dei cobot sta esplodendo nel mercato dello stampaggio a iniezione. Sebbene i cobot offrano tutti i vantaggi sopra indicati, offrono anche vantaggi significativi non disponibili con l'automazione tradizionale:

• PIÙ superficie. I robot collaborativi UR se applicati correttamente (dopo una valutazione del rischio) spesso non richiedono l’installazione di pesanti, costose e ingombranti recinzioni di sicurezza e porte di accesso associate all'automazione tradizionale. La loro natura collaborativa libera ancora più spazio sul pavimento e consente un rapido accesso all'area di lavoro senza aprire cancelli di sicurezza, disabilitare allarmi, ecc. Si noti, tuttavia, che mentre i robot stessi sono sicuri in ogni condizione, in quanto “quasi macchine”, e possono essere integrati da sensori e limiti di velocità e coppia per renderli ancora più sicuri nell’interazione con gli operatori, i loro utensili all'estremità del braccio o le parti che stanno manipolando, potrebbero invece presentare rischi senza una protezione meccanica o elettro-ottica.
• Operatori impegnati. I cobot Universal Robots sono progettati per operare in sicurezza in prossimità di operatori, altri cobot e macchinari. Massimizzare l'interazione tra operatori qualificati e cobot può essere fino all’85% più produttivo rispetto a produzioni esclusivamente automatizzate o manuali.
• Mobilità. I cobot UR possono essere facilmente spostati da una stazione di stampaggio all’altra: dimensioni e peso contenuti, possibilità di installazione a bordo di AGV o carrelli mobili, ne rendono possibile la reinstallazione in modo agevole e semplificato. Altre installazioni hanno utilizzato basi magnetiche o un montaggio a pinza di alta precisione per consentire ai cobot di essere spostati da macchina a macchina.
• Facilità di programmazione. I cobot UR offrono una programmazione estremamente intuitiva, che rende molto semplice l'esecuzione del set up e l'interfacciamento con le macchine di formatura e altre periferiche. Non richiedono un linguaggio software speciale da apprendere. I costi operativi sono bassi e anche la produzione di lotti piccoli e medi può essere automatizzata tramite cobot.
• Basso costo/ROI veloce. I cobot stanno cambiando il modo in cui viene implementata l'automazione. Programmazione e configurazione semplificate, periferiche preingegnerizzate (come pinze e persino sistemi di visione) e protezioni ridotte o assenti, generano un costo che è circa la metà di quello dei robot tradizionali e offrono in media un ROI che spazia fra i 6 e i 12 mesi.

Approfondisci i vantaggi dei cobot nell'asservimento macchina nell'industria della plastica scaricando il nostro eBook dedicato al settore.