Robot: come lo scelgo?

Ecco una semplice guida per orientarsi nella ricerca del sistema di automazione più adeguato al processo di stampaggio a iniezione

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Al momento dell’acquisto di un’automobile, spesso ci si sofferma sui vantaggi della trazione integrale rispetto alla trazione a due ruote motrici, oppure su quale modello offra gli spazi più comodi. Queste considerazioni non hanno tanto lo scopo di determinare se un’automobile sia migliore di un’altra, ma piuttosto di individuare quale sia più facile da guidare sul ghiaccio o sulla neve, o quale sia la più comoda per il guidatore, specie se di statura alta. Lo stesso avviene quando uno stampatore di materie plastiche si informa sulle diverse configurazioni disponibili per un robot. Di fronte all’ampia varietà di opzioni oggi disponibili, è importante comprendere i pro e i contro di ciascuna soluzione.

Robot per stampaggio a iniezione
Il robot cartesiano a tre assi a traversa orizzontale (chiamato anche robot a portale) rappresenta il “braccio” del sistema di automazione della macchina a iniezione. Diversamente dai robot a braccio articolato a sei assi, o da dispositivi più semplici come i robot SCARA che si prestano pressoché a qualsiasi applicazione industriale, i robot cartesiani sono concepiti principalmente per soddisfare le peculiari esigenze dello stampaggio a iniezione.

Robot cartesiani: perché si chiamano così?
I robot cartesiani traggono il loro nome dal filosofo e matematico francese René Descartes, che utilizzò i tre assi fondamentali X, Y e Z per definire lo spazio. Tutti questi robot sono dotati di un asse Z verticale, che consente loro di raggiungere l’area compresa tra i due semistampi, di un asse X, rappresentato dalla traversa orizzontale, che generalmente si estende al di sopra dello stampo fino a sporgere dal perimetro della macchina, e di un asse Y, che muove il braccio verticale in linea con la macchina, in maniera tale da estrarre i manufatti dallo stampo e posizionarli al di fuori dell’area di stampaggio.

Se si ha bisogno semplicemente di un robot che rimuova i manufatti dalla pressa al fine di ottenere cicli rapidi e ripetibili, un robot a tre assi è più che sufficiente. È soltanto quando si inizia a chiedere di più al robot, per esempio funzioni aggiuntive per la manipolazione all’interno dello stampo o al di fuori della pressa, che si incomincia a prendere in considerazione l’acquisto di robot avanzati a tre, cinque o sei assi.

L’aggiunta di un polso servoazionato, come quello presente sui robot 5X Line di Sepro, conferisce ai robot cartesiani due ulteriori assi e funzionalità molto simili a quelle dei modelli a sei assi a braccio articolato
L’aggiunta di un polso servoazionato, come quello presente sui robot 5X Line di Sepro, conferisce ai robot cartesiani due ulteriori assi e funzionalità molto simili a quelle dei modelli a sei assi a braccio articolato

All’estremità opposta dello spettro, i robot articolati a sei assi sono dotati di un braccio simile, sotto molti aspetti, a un arto umano. Questo braccio può ruotare attorno alla propria base come a una spalla, può piegarsi a metà, come un gomito umano, ed è dotato di un polso che può ruotare e muovere l’organo di presa verso l’alto o verso il basso, compiendo un arco. Un robot a braccio articolato, quindi, è in grado di afferrare un oggetto pressoché in qualsiasi angolazione e in qualsiasi punto entro il suo raggio d’azione.
Alcuni di questi movimenti sono stati integrati, con azionamento pneumatico, anche nel polso del robot a tre assi. Questi movimenti vengono indicati da Sepro (venduta in Italia da Sverital) con le sigle R1 e R2, e consentono la rotazione del polso in continuo da 0° a 90° o da 0° a 180° senza alcun arresto intermedio. In base al numero di soluzioni di automazione supplementari installate nella cella di stampaggio – per esempio dispositivi di alimentazione di inserti, misurazione, rimozione delle bave, saldatura o decorazione –, tuttavia, la semplice aggiunta delle rotazioni del polso di un robot a tre assi può dare origine a un sistema automatizzato piuttosto complesso.

Servo-robot a cinque assi
A ottobre 2012, Sepro ha introdotto sul mercato la serie di robot a cinque assi servo-azionati 5X Line. Questi robot offrono molte delle funzioni di movimentazione del manufatto dei robot a sei assi a braccio articolato, ma in una configurazione intuitiva per chiunque abbia utilizzato un modello a tre assi.
Gli assi X, Y e Z sono identici: è il polso servo-azionato all’estremità del braccio verticale a fare la differenza. I movimenti R1 e R2 sono disponibili, ma invece di effettuare oscillazioni complete da 0° a 90° o da 0° a 180°, il polso può essere fermato a piacimento in qualsiasi punto dell’arco; tutti questi movimenti, inoltre, possono essere eseguiti simultaneamente. In effetti, il robot è in grado di utilizzare tutti e cinque gli assi contemporaneamente e in maniera assolutamente controllata. Il segreto è nei servomotori. Nei modelli ad azionamento pneumatico, la valvola si apre e la pressione dell’aria aziona il polso; quest’ultimo continua a muoversi fino a quando non raggiunge un elemento di arresto (finecorsa), che chiude la valvola e interrompe l’alimentazione. Un servomotore, invece, è dotato di un encoder di posizione, in grado di individuare con precisione in qualsiasi momento la posizione dell’albero di trasmissione. L’unità di controllo del sistema, a questo punto, può integrare i segnali di posizione inviati dai servomotori di tutti e cinque gli assi, identificando con esattezza, in ogni momento, in quale punto dello spazio si trovano la pinza e il manufatto. Ciò consente al robot di eseguire movimenti estremamente complicati con grande precisione e di ripeterli alla perfezione.

L’aggiunta di un polso servoazionato, come quello presente sui robot 5X Line di Sepro, conferisce ai robot cartesiani due ulteriori assi e funzionalità molto simili a quelle dei modelli a sei assi a braccio articolato
L’aggiunta di un polso servoazionato, come quello presente sui robot 5X Line di Sepro, conferisce ai robot cartesiani due ulteriori assi e funzionalità molto simili a quelle dei modelli a sei assi a braccio articolato

I vantaggi dei robot a cinque assi
Se si ha un manufatto dalla geometria complessa che non può essere estratto dallo stampo con un movimento lineare, o se la luce tra i due semistampi o tra le colonne è limitata, può essere necessario ruotare il manufatto per farlo uscire dalla pressa sollevandolo. Il polso servo-azionato è in grado di eseguire questo tipo di movimenti multiasse, esattamente come farebbero una mano e un polso umani, ma con una velocità e una precisione di gran lunga superiori.
Una volta estratto il manufatto dallo stampo, potrebbe essere necessario sottoporlo a lavorazioni secondarie, come per esempio applicarvi della colla e assemblarlo ad altri componenti, o eliminare le bave sui bordi mediante una fiamma. Il robot a cinque assi è in grado, senza rilasciare il manufatto, di spostarlo con precisione vicino alla fiamma o alla testa di incollaggio. Il livello di efficienza garantito da questa soluzione risulta di gran lunga maggiore di quello che potrebbe offrire un operatore umano, impegnato a eseguire le medesime operazioni o a bloccare il manufatto in un sistema di fissaggio affinché altri dispositivi di automazione svolgano le lavorazioni secondarie richieste.
I moderni robot cartesiani a cinque assi asserviti offrono numerosi vantaggi, quali una elevata velocità di ingresso, che garantisce tempi di ciclo ridotti, e tutta la flessibilità di un robot a braccio articolato sia all’interno che al di fuori dello stampo. I robot a cinque assi sono quindi in grado di eseguire molte delle complesse operazioni di manipolazione dei manufatti generalmente affidate a modelli a sei assi a braccio articolato.

Il nuovo robot a sei assi 6X200L di Sepro
Il nuovo robot a sei assi 6X200L di Sepro

I robot a sei assi a braccio articolato
Uno dei maggiori problemi che vanno affrontati quando, nello stampaggio a iniezione, si utilizza un robot a braccio articolato è da sempre rappresentato dalla complessità dei sistemi di programmazione e controllo integrati in questi modelli. Persino il più semplice movimento di un robot a braccio articolato richiede la coordinazione di diversi giunti articolati di svariate tipologie. Alcuni stampatori ricorrono a operatori appositamente addestrati per eseguire la programmazione e la manutenzione dei questi robot.
Per risolvere questo problema, Sepro ha sviluppato la gamma 6X Line di robot a braccio articolato adattati per utilizzare il medesimo sistema di controllo dei modelli cartesiani. Grazie alla possibilità di programmare in modo semplice le sequenze di prelevamento e deposito, l’operatore deve soltanto individuare, di volta in volta, i diversi punti e posizioni che il robot deve raggiungere durante il ciclo (prelevamento, ispezione qualitativa, scarico, impilaggio…). Successivamente, l’operatore “insegna” manualmente al robot il percorso da compiere da un punto all’altro, mentre la traiettoria (lineare o curva) viene calcolata automaticamente. Questo rende i robot a sei assi molto più semplici da programmare e utilizzare rispetto al passato; gli operatori dello stampaggio a iniezione potranno quindi valutare l’acquisto di un modello cartesiano o a braccio articolato realmente in base a quale soluzione meglio si adatta alle loro esigenze applicative.

Alcuni robot a sei assi a braccio articolato, come quelli appartenenti alla gamma Sepro 6X Line, possono integrare il medesimo sistema di programmazione per il “teach-in” delle sequenze di prelevamento e deposito (pick & place) impiegato per i robot cartesiani. Nell’immagine, il pannello di comando sospeso di Sepro Visual 3, che può essere utilizzato sia per i robot cartesiani sia per i modelli a braccio articolato
Alcuni robot a sei assi a braccio articolato, come quelli appartenenti alla gamma Sepro 6X Line, possono integrare il medesimo sistema di programmazione per il “teach-in” delle sequenze di prelevamento e deposito (pick & place) impiegato per i robot cartesiani. Nell’immagine, il pannello di comando sospeso di Sepro Visual 3, che può essere utilizzato sia per i robot cartesiani sia per i modelli a braccio articolato

Vantaggi e svantaggi
La grande differenza che distingue i robot a cinque assi dai modelli a sei assi consiste nella rotazione a 360°. I movimenti dei robot cartesiani si limitano agli spostamenti in linea o perpendicolari alla macchina a iniezione. Con una traversa più lunga è possibile estendere il movimento laterale oppure, se il robot è installato in configurazione assiale (con il lungo asse X sospeso al di sopra della macchina), consentire lo scarico dei manufatti a valle della pressa; in questo modo diventa possibile installare diverse macchine a distanza ravvicinata o, in ogni caso, ottimizzare gli ingombri.
I robot cartesiani vengono generalmente installati sopra il piano portastampo fisso e, di conseguenza, non raggiungono l’estremità dell’unità di iniezione della pressa. Un robot a sei assi, d’altro canto, presenta un’area di lavoro più ampia, dal momento che tutti gli assi hanno corse di pari lunghezza. Poiché questi robot non vengono installati sopra la pressa, come i robot a portale, possono rappresentare l’unica soluzione di automazione implementabile in spazi di altezza limitata. Questo tipo di robot accede all’area stampo non dall’alto, come i robot cartesiani, bensì lateralmente; di conseguenza, le unità a braccio articolato si prestano in particolare all’installazione su presse verticali per stampaggio con inserti. Il gruppo di chiusura verticale, infatti, non ostacola il braccio articolato, che può raggiungere agevolmente le diverse stazioni presenti sulle tavole girevoli spesso utilizzate su questo tipo di macchine.
In circostanze diverse, i vantaggi possono trasformarsi in limiti. L’installazione a pavimento risulta utile in presenza di soffitti bassi, ma appare problematica quando lo spazio disponibile attorno alla pressa è limitato. L’accesso laterale, inoltre, confina solitamente il robot a sei assi dietro alla macchina, dove non può ostacolare l’accesso dell’operatore al pannello di controllo. Il robot cartesiano, invece consente di accedere più agevolmente all’area stampo da entrambi i lati della pressa. Nel corso degli ultimi anni, la velocità dei robot a braccio articolato è aumentata fino a eguagliare, in molti movimenti, i modelli cartesiani, sebbene questi vengano generalmente considerati più rapidi nei movimenti di ingresso e uscita dall’area stampo, in sede di estrazione dei manufatti: un fattore che può rivelarsi determinante in alcune applicazioni a ciclo rapido.
L’ultimo elemento da considerare è la questione economica. In linea di massima, un robot cartesiano, anche se equipaggiato con polso servo-azionato, costa il 30 per cento in meno di un modello a braccio articolato.

Quanti assi sono necessari?
I robot cartesiani (tre-cinque assi) offrono velocità, installazione a bordo macchina e costi inferiori. I robot a braccio articolato (sei assi) forniscono un’altezza operativa ridotta, un’area di lavoro più ampia e una maggiore flessibilità nell’esecuzione di operazioni al di fuori della pressa a iniezione. Le differenze funzionali, tuttavia, si sono ridotte, e in alcuni casi la soluzione migliore consiste in una combinazione dei due modelli.

Come fare la scelta giusta
Nessuno di questi fattori identifica un modello di robot come migliore dell’altro: la scelta dipende dalle condizioni specifiche presenti in ciascun reparto di stampaggio a iniezione, e dalle applicazioni per cui i robot vengono utilizzati. In alcuni casi, unità cartesiane e a braccio articolato vengono addirittura in combinazione: il robot a portale installato sulla pressa preleva il manufatto e lo consegna all’unità a braccio articolato, che lo sottopone alle lavorazioni secondarie richieste. Questa può rappresentare la configurazione ideale in presenza di cicli di stampaggio relativamente brevi e lavorazioni a valle particolarmente numerose, lunghe o complesse.
Grazie all’ampiezza dell’offerta del mercato, stampatori hanno oggi a disposizione una gamma di scelte più ampia che mai per automatizzare la propria linea di produzione. Una scelta più ampia, tuttavia, comporta anche un processo decisionale più complesso, che deve tenere conto delle caratteristiche e dei requisiti richiesti. Per questo motivo, esattamente come ci si rivolge a un rivenditore conosciuto per l’acquisto di un’automobile, è importante richiedere la consulenza esperta di un fornitore affidabile quando si deve scegliere il robot più adatto alle proprie esigenze.

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