Perché i bracci robotici si stanno espandendo nell’integrazione delle macchine CNC

L’integrazione dei bracci robotici con le macchine CNC sta passando da progetti isolati di gestione delle macchine a strategie di automazione più ampie all’interno degli impianti di lavorazione dei metalli. Come riportato da The Robot Report, le implementazioni attuali combinano sempre più il carico, lo scarico, il trasferimento intermacchina, l’ispezione e il routing a valle in un flusso di lavoro coordinato. Questo cambiamento è importante perché l’automazione CNC non viene più valutata solo in base all’utilizzo del mandrino. I responsabili della produzione stanno anche considerando la disponibilità della manodopera, la ripetibilità, la tracciabilità e la capacità di riconfigurare le celle per produzioni brevi. In termini pratici, un braccio robotico può ora prelevare pezzi grezzi, orientare i pezzi in modo coerente, presentarli a un mandrino o a un dispositivo di fissaggio, e spostare i componenti finiti verso stazioni di lavaggio, sbavatura, misurazione o pallettizzazione con meno intervento manuale rispetto ai precedenti setup di gestione delle macchine.

Perché l’integrazione CNC e robotica sta accelerando

Diversi fattori stanno guidando l’adozione. Il primo è la pressione sulla manodopera: il lavoro ripetitivo di carico e scarico è difficile da gestire, specialmente nei turni di notte e nei fine settimana. Il secondo è la necessità di tempi di ciclo più stabili. Un robot non soffre di affaticamento dell’operatore e può presentare i pezzi con forza e orientamento coerenti, il che aiuta le attrezzature CNC a funzionare più vicino alla capacità progettata. Il terzo è la maturità del software. I principali fornitori di robot, tra cui ABB, KUKA, FANUC, Yaskawa, Universal Robots e Doosan, offrono ora interfacce più semplici per la comunicazione con le macchine, la visione, il rilevamento della forza e la configurazione guidata. Questo abbassa la barriera all’integrazione per le officine e i fornitori di Tier che in precedenza consideravano la gestione CNC troppo complessa per la produzione di pezzi misti.

La tendenza riflette anche un cambiamento più ampio nel modo in cui i produttori vedono gli asset di automazione. Invece di assegnare un robot a una macchina per una famiglia di pezzi, vogliono sempre più celle flessibili che possano supportare più SKU, operazioni non supervisionate e controlli di qualità. La Federazione Internazionale di Robotica ha evidenziato questa flessibilità in uno studio di caso che mostra i cobot che aumentano la produzione sia nella saldatura che nella gestione delle macchine, aiutati da piattaforme software aperte e interazioni più semplici con l’operatore tramite il pannello di insegnamento del robot, secondo IFR. Per le PMI nei prodotti metallici lavorati, quella flessibilità è spesso più preziosa della massima velocità, in particolare dove le dimensioni dei lotti si stanno riducendo e la frequenza di configurazione sta aumentando.

Da una semplice gestione a celle di lavorazione dei metalli connesse

L’integrazione moderna CNC-robot sta sempre più estendendosi oltre il pick-and-place. Gli integratori stanno collegando i robot a alimentatori di barre, nastri trasportatori di alimentazione, sistemi di identificazione dei pezzi, visione della macchina, dispositivi di misurazione e sistemi di esecuzione della produzione. Un braccio robotico può caricare un centro di lavorazione, trasferire il pezzo a un’operazione secondaria, presentarlo per ispezione e poi instradare i pezzi accettati e rifiutati verso destinazioni diverse. Questo crea un’architettura di cella più connessa in cui il robot funge da spina dorsale per la movimentazione tra i passaggi del processo. Per i team di approvvigionamento, quindi, la proposta di valore è legata all’efficacia complessiva delle attrezzature, alla riduzione del lavoro in corso e a un migliore utilizzo della manodopera qualificata, non solo alla sostituzione della manodopera diretta.

I robot collaborativi stanno anche ampliando il mercato indirizzabile. Mentre i robot industriali tradizionali di ABB, FANUC, KUKA e Yaskawa rimangono la scelta standard per carichi utili più elevati, ambienti difficili e tempi di ciclo più brevi, i cobot di Universal Robots, Doosan e FANUC vengono utilizzati dove lo spazio a terra è limitato, la protezione deve essere ridotta al minimo o la miscela di prodotti cambia frequentemente. FANUC ha recentemente enfatizzato le capacità orientate alla saldatura portatile nella sua gamma CRX, inclusi il rilevamento del punto di saldatura e la generazione automatica del percorso, secondo PR Newswire. Sebbene quell’annuncio sia focalizzato sulla saldatura, la stessa direzione di viaggio si applica agli ambienti CNC: distribuzione più semplice, minore dipendenza dalla programmazione esperta e più rapida riconfigurazione tra i compiti.

Cosa significa questo per gli integratori di celle di saldatura

Per gli integratori di celle di saldatura, la crescita dell’integrazione CNC-robot è rilevante perché molti clienti della lavorazione dei metalli non vogliono più isole di automazione isolate. Un fabbricante può lavorare un componente su un tornio CNC o un centro di lavorazione, quindi trasferirlo alla saldatura robotica, alla lavorazione post-saldatura, all’ispezione e alla pallettizzazione. Questo crea domanda per logiche di movimentazione condivise, design HMI comuni e architetture di sicurezza standardizzate tra le operazioni di lavorazione e saldatura. Gli integratori che progettano celle di saldatura robotica o stazioni di saldatura cobot dovrebbero quindi aspettarsi più richieste di connettività a monte e a valle, inclusa la tracciabilità dei pezzi, l’identificazione dei dispositivi di fissaggio e il routing automatico tra le fasi di lavorazione e saldatura.

Ci sono anche implicazioni dirette per l’ingegneria. Gli utensili di fine braccio potrebbero dover gestire pezzi lavorati oleosi prima di presentare gli assemblaggi per la saldatura. I sistemi di visione e le strategie di riferimento devono tenere conto delle tolleranze di lavorazione quando si preparano i pezzi per la posizione della saldatura. La progettazione della sicurezza deve collegare i requisiti della macchina utensile e del robot, inclusa la valutazione del rischio secondo ISO 12100, la sicurezza del robot secondo ISO 10218 e le applicazioni collaborative secondo ISO/TS 15066. L’integrazione elettrica fa comunemente riferimento a IEC 60204-1, mentre i costruttori di macchine europei e gli integratori devono anche considerare le norme armonizzate EN applicabili nel quadro delle macchine. Per celle di saldatura a maggiore carico, i robot industriali tradizionali potrebbero ancora essere preferiti rispetto ai cobot a causa del carico utile, della portata, della gestione del pacchetto della torcia e della resistenza agli schizzi, ma i layout ibridi stanno diventando più comuni dove un cobot gestisce una macchina CNC e un robot a sei assi esegue la saldatura.

La qualità dell’integrazione deciderà i ritorni del progetto

La lezione principale dal mercato attuale è che il braccio robotico stesso è solo una parte del business case. Il ritorno sugli investimenti dipende da interfacce di macchina affidabili, design delle pinze, presentazione dei pezzi, gestione dei trucioli e dei fluidi di raffreddamento, logica di ispezione e recuperabilità dopo i guasti. Gli impianti che trattano la gestione CNC come un progetto di ingegneria della cella completo generalmente ottengono una disponibilità migliore rispetto a quelli che si concentrano solo sulla selezione del robot. Questo è altrettanto vero negli ambienti di saldatura, dove i migliori risultati derivano dall’integrazione della fissazione, della sequenza di saldatura, del flusso dei pezzi e del controllo della qualità fin dall’inizio. Man mano che i produttori continuano a combinare lavorazione, movimentazione e saldatura in celle più unificate, gli integratori con esperienza sia nell’automazione CNC che nella saldatura robotica sono probabilmente in una posizione più forte per supportare i programmi futuri.

Le aziende che valutano la gestione CNC, la saldatura robotica o celle combinate di lavorazione e saldatura possono richiedere un preventivo per valutare carico utile, tempi di ciclo, sicurezza e opzioni di layout per un progetto di integrazione chiavi in mano.