IT201700020977A1

IT201700020977A1 - Metodo di lavoro per una macchina utensile cartesiana

Info

Publication number: IT201700020977A1
Application number: IT102017000020977A
Authority: IT
Inventors: Gabriele Piccolo
Original assignee: Hpt Sinergy Srl
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2018-08-24
Also published as: EP3367190A1; US20180243874A1; ES2932196T3; EP3367190B1

Description

METODO DI LAVORO PER UNA MACCHINA UTENSILE CARTESIANA

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha per oggetto un metodo di lavoro per una macchina utensile cartesiana.

Una generica macchina utensile opera comunemente secondo un processo, da intendersi descritto in generale e indipendentemente dalla natura del pezzo, dal suo stato di lavorazione né dalle operazioni, tipo fresatura, sgrossatura, foratura, e simili, da svolgere su di esso, comprendente le seguenti fasi:

- accensione della macchina utensile: ovviamente la prima azione in qualsiasi ciclo operativo è l’accensione della macchina utensile;

- warm-up e autodiagnosi: una volta accesa, la macchina esegue una serie di operazioni atte a portarla in condizione di targa e a verificarne lo stato;

- staffaggio di un pezzo: un pezzo da lavorare viene installato nella zona di lavoro della macchina; lo staffaggio può avvenire in maniera manuale o automatica;

- determinazione degli 'zeri' del pezzo in lavorazione: una volta staffato il pezzo, viene inserito nel controllo numerico della macchina un punto che sarà il riferimento per le successive operazioni di lavorazione. Le fasi descritte finora possono essere omesse qualora si eseguissero lavorazioni e/o rilavorazioni di un pezzo già fissato, quindi a staffaggio già eseguito, e/o con la macchina già operativa, ovvero con il warm-up che è stato già eseguito;

- inizio lavorazione: in questa fase la macchina inizia un qualsiasi ciclo di lavorazione, con tutte le operazioni previste dal programma del caso: fresature, sgrossature, forature, e simili;

- esecuzione di un ciclo lavorazione: questa fase del processo è quella dove avviene effettivamente la lavorazione di sgrossatura, in cui vengono asportate grandi quantità di materiale e in cui le tolleranze di lavorazione sono necessariamente più ampie; in questa fase si intendono comprese anche le lavorazione di prefinitura che consente di avere una quantità di materiale, il sovrametallo o 'stock allowance', nota, che deve poi essere rilevata dalla successiva fase di misura pre-finitura.

- misura del pezzo pre-finitura: una volta concluse le operazioni di lavorazione di sgrossatura e pre-finitura, indicate nella precedente fase, il pezzo viene misurato ai fini delle lavorazioni di finitura; tali misure avvengono utilizzando una sonda di misura montata sulla testa operatrice;

- esecuzione di un ciclo di finitura: sulla base della misura eseguita nella precedente fase, vengono eseguite le lavorazioni di finitura che portano il pezzo alle dimensioni e tolleranze finali;

- misura del pezzo finito: terminate le lavorazioni, il pezzo viene misurato per avere le dimensioni finali. Tale ultima misura può essere effettuata da un operatore a bordo macchina oppure, smontando il pezzo, su una macchina di misura esterna;

- fine lavorazione: a prescindere dalla metodologia di misura finale, il pezzo viene rimosso dalla macchina e il processo si conclude.

Tale metodo di lavoro oggi noto per le macchine utensili, pur normalmente impiegato, presenta alcuni limiti.

Un importante limite è costituito dal fatto che la sonda di misura, essendo montata sulla testa operatrice della stessa macchina utensile, è quindi movimentata utilizzando gli stessi assi della macchina, i quali assi sono controllati con gli stessi trasduttori di posizione impiegati nelle operazioni di lavorazione meccanica.

Si tratta quindi di una misurazione effettuata rispetto al sistema di riferimento della macchina e non rispetto ad un sistema di riferimento assoluto; eventuali errori geometrici della macchina, e di conseguenza eventuali errori geometrici del sistema di riferimento, non vengono quindi rilevati in questa fase.

E’ comunque possibile utilizzare delle metodologie di misurazione che consentono di escludere tali errori o di misurarne gli effetti, ad esempio ruotando il pezzo ed utilizzando due assi differenti della macchina per eseguire la stessa misurazione.

In definitiva la misurazione del pezzo, eseguita nei modi sopra descritti, non è mai precisa e affidabile e comunque richiede un controllo diretto di un operatore specializzato.

Dal processo si evince quindi che la precisione delle misure eseguite a bordo macchina è limitata dalla tecnologia costruttiva della macchina, essendo dipendente dall’utilizzo del sistema di riferimento relativo alla macchina stessa. Sono note tecniche atte a limitare l’entità dell’imprecisione dovuta a errori geometrici, ma richiedono la supervisione diretta di un operatore e in ogni caso comportano una discontinuità nel flusso del processo di lavoro, ad esempio per il riposizionamento del pezzo.

Il compito del presente trovato è quello di realizzare un metodo di lavoro per una macchina utensile cartesiana che sia in grado di migliorare la tecnica nota in uno o più degli aspetti sopra indicati.

Nell'ambito di tale compito, uno scopo del trovato è quello di mettere a punto un metodo di lavoro per una macchina utensile cartesiana che consenta di effettuare misurazioni a bordo macchina la cui precisione non sia limitata dalla tecnologia costruttiva della macchina stessa.

Un altro scopo del trovato è quello di mettere a punto un metodo di lavoro che consenta di realizzare misurazioni precise e affidabili senza necessità di supervisione da parte di uno o più operatori appositamente addestrati.

Ancora uno scopo del trovato è quello di mettere a punto un metodo che non comporti discontinuità nel flusso del processo di lavoro.

Inoltre, la presente invenzione si prefigge lo scopo di superare gli inconvenienti della tecnica nota in modo alternativo ad eventuali soluzioni esistenti.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un metodo di lavoro per una macchina utensile cartesiana secondo la rivendicazione 1, opzionalmente dotato di una o più delle caratteristiche delle rivendicazioni dipendenti.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, del metodo di lavoro per una macchina utensile cartesiana secondo il trovato, illustrato, a titolo indicativo e non limitativo, nell'unita figura 1, in cui tale metodo è rappresentato con uno schema a blocchi.

Con riferimento alle figure citate, il metodo di lavoro per una macchina utensile cartesiana secondo il trovato, indicato globalmente con il numero di riferimento 10, comprende le seguenti fasi:

- accensione della macchina utensile; tale fase è schematizzata dal blocco 11 di figura 1;

- riscaldamento, in gergo 'warm-up', e autodiagnosi; tali operazioni sono configurate in modo tale che la macchina utensile esegua una serie di operazioni atte a portarla in condizione di targa, ovvero ai valori nominali di funzionamento, e a verificarne lo stato; tale fase è schematizzata dal blocco 12 di figura 1;

- staffaggio di un pezzo, ovvero un pezzo da lavorare viene installato nella zona di lavoro della macchina; lo staffaggio può avvenire in maniera manuale o automatica; tale fase è schematizzata dal blocco 13 di figura 1;

- una volta staffato il pezzo, determinare gli zeri del pezzo, ovvero inserire nel controllo numerico della macchina utensile un punto di riferimento per le successive operazioni di lavorazione; tale fase è schematizzata dal blocco 14 di figura 1.

Le fasi descritte finora possono essere omesse qualora si eseguissero lavorazioni e/o rilavorazioni di un pezzo già fissato, quindi a staffaggio già eseguito, e/o con la macchina già operativa, ovvero con il warm-up che è stato già eseguito;

- inizio lavorazione di un pezzo; in questa fase la macchina utensile inizia un qualsiasi ciclo di lavorazione, con tutte le operazioni previste dal programma del caso, come ad esempio fresature, sgrossature, forature, e simili; tale fase è schematizzata dal blocco 15 di figura 1.

- esecuzione di un ciclo lavorazione; in tale fase del processo avviene effettivamente la lavorazione di sgrossatura, vengono asportate grandi quantità di materiale e le tolleranze di lavorazione sono più ampie rispetto alle tolleranze previste per il pezzo finito; tipicamente, per un pezzo finito le tolleranze di finitura sono nell'ordine del centesimo di millimetro, mentre le tolleranze di sgrossatura sono nell'ordine del decimi di millimetro; tale fase comprende anche le lavorazioni di prefinitura, che consente di avere una quantità di materiale, il sovrametallo o 'stock allowance', nota, che deve poi essere rilevata dalla successiva fase di misura pre-finitura; tale fase è schematizzata dal blocco 16 di figura 1.

Il metodo di lavoro 10 secondo il trovato presenta la peculiarità di comprendere le seguenti fasi, schematizzate dal blocco 17 di figura 1:

- eseguire una operazione di verifica di un sistema di posizionamento relativo, a bordo della macchina utensile, tramite il confronto con un sistema di posizionamento con riferimento assoluto di calibrazione; di seguito ci si riferisce a tale operazione con il termine 'qualifica'; questa operazione di qualifica serve a verificare lo scostamento delle indicazioni dei sistemi di posizionamento a bordo della macchina, ovvero del sistema di riferimento relativo, rispetto alle posizioni di un sistema di riferimento assoluto di calibrazione, come ad esempio il sistema descritto nella domanda di brevetto italiana n° 102015000023588 del 15 giugno 2015 a nome HPT SINERGY S.R.L.; tale fase è schematizzata dal blocco 18 di figura 1;

- verifica dell'esito dell'operazione di qualifica; tale fase è schematizzata dal blocco 19 di figura 1;

- se l'operazione di qualifica è superata con successo, cioè lo scostamento rientra all'interno di un intervallo di tolleranze prestabilito, allora si procede con una operazione di misura del pezzo pre-finitura, operazione quest'ultima che è schematizzata dal blocco 20 di figura 1;

- se la qualifica non è superata allora si procede con una fase di compensazione, comprendente una o più operazioni di compensazione, schematizzate nel loro insieme dal blocco 21 di figura 1; tali una o più operazioni di compensazione sono costituite da azioni di correzione che la macchina utensile è in grado di applicare in modo automatico al fine di riportare nelle tolleranze prestabilite gli scostamenti rilevati durante la fase di qualifica 18.

Nel metodo 10 secondo il trovato sono ad esempio previste le seguenti tipologie di compensazione: compensazioni elettroniche e compensazioni attive.

Detta fase di compensazione 21 comprende una fase iniziale di scelta della tipologia di operazioni di compensazione tra compensazioni elettroniche e compensazioni attive; tale fase è schematizzata dal blocco 22 di figura 1.

L'applicazione di compensazioni elettroniche è schematizzata dal blocco 23.

L'applicazione di compensazioni attive è schematizzata dal blocco 24.

Con compensazione elettronica si intende una compensazione che è atta a correggere l'anello di retroazione del controllo numerico della macchina utensile, operazione tipicamente di natura elettronica.

Tale compensazione elettronica consiste nell’impostare una matrice, ovvero una tabella, di spostamenti autonomi che faccia descrivere a ciascun asse della macchina la traiettoria corretta, ovvero compensata, utilizzando gli spostamenti degli assi concorrenti della macchina utensile in base al ciclo di qualifica eseguita con il sistema di riferimento assoluto di calibrazione; tale compensazione elettronica ha effetto diretto sul movimento degli assi della macchina utensile, quindi, una volta applicata, è possibile procedere immediatamente con la misura del pezzo.

Tale tipo di compensazione non ha effetto sulla reale geometria della macchina, che non viene modificata.

Le compensazioni attive consistono in tutte le compensazioni meccaniche, elettro-idrauliche e simili che vanno a modificare la geometria della macchina in modo da recuperare gli scostamenti misurati durante la qualifica eseguita.

Tali compensazioni sono indirette, nel senso che la correzione avviene non attraverso la modifica della traiettoria compiuta dagli assi della macchina ma attraverso l’impiego di sistemi attivi installati a bordo della macchina utensile che ne modificano la reale geometria.

E’ opportuno che dopo una fase di compensazione attiva la geometria della macchina venga qualificata nuovamente prima di procedere con la misura del pezzo.

Tali tipologie di compensazione sopra descritte, ed altre da intendersi simili ed equivalenti, possono essere applicate in combinazione.

Il metodo 10 comprende anche le seguenti operazioni:

- se si sono eseguite compensazioni elettroniche 23, che hanno effetto diretto sul movimento degli assi della macchina utensile, allora procedere con la misura pre-finitura del pezzo, come da blocco 20;

- se si sono eseguite compensazioni attive 24, eseguire una ulteriore fase di qualifica del sistema di posizionamento della macchina utensile; tale ulteriore fase di qualifica è indicata dal blocco 25; tale operazione corrisponde a quella sopra descritta, ma è eseguita sulla macchina utensile compensata in modo attivo in seguito ad operazioni di compensazione attiva; tale ulteriore qualifica 25 viene eseguita ai fini di avere la certezza che la fase di compensazione attiva sia eseguita correttamente;

- verificare l'esito della nuova ulteriore operazione di qualifica 25; tale operazione è schematizzata dal blocco 26;

- se detta operazione di ulteriore qualifica 25 non è superata, ovvero in caso di sottocompensazione o di sovra-compensazione, si procede ad una nuova compensazione attiva 24;

- eseguire una nuova ulteriore fase di qualifica 25 e nuova ulteriore compensazione attiva 24, iterando tali due operazioni fino ad arrivare ad una convergenza dei dati relativi agli scostamenti, ovvero relativi agli errori di posizione, i quali dati sugli scostamenti convergono una volta rientrati nei rispettivi intervalli di tolleranza;

- se la qualifica è superata con successo, cioè lo scostamento rientra nelle tolleranze previste, allora si procede con detta operazione di misura del pezzo pre-finitura 20.

La fase operativa di misura del pezzo 20, pre-lavorazione o pre-finitura, è realizzata utilizzando il sistema di riferimento relativo, ovvero si utilizzano sempre gli assi controllati della macchina utensile, ma allineato e opportunamente calibrato rispetto ad un sistema di riferimento assoluto.

La misura del pezzo così ottenuta ha un grado di precisione molto elevato.

Il metodo di lavoro secondo il trovato 10 comprende le seguenti fasi finali:

- esecuzione di un ciclo di finitura; sulla base della misura eseguita nella precedente fase, vengono eseguite le lavorazioni di finitura che portano il pezzo alle dimensioni e tolleranze finali; tale fase è schematizzata dal blocco 27;

- misura del pezzo finito; terminate le lavorazioni, il pezzo viene misurato per avere le dimensioni finali. Tale ultima misura può essere effettuata da un operatore a bordo macchina oppure, smontando il pezzo, su una macchina di misura esterna; tale fase è schematizzata dal blocco 28;

- fine lavorazione; a prescindere dalla metodologia di misura finale, il pezzo viene rimosso dalla macchina e il processo si conclude, fase schematizzata dal blocco 29.

Poiché la macchina utensile è compensata, è lasciato alla discrezione dell’utilizzatore se utilizzare nuovamente la macchina utensile per misurare le dimensioni finali del lavorato oppure se utilizzare una macchina di misura esterna.

Il metodo di lavoro secondo il trovato può comprendere una ulteriore fase di scelta se utilizzare un sistema di posizionamento con riferimento assoluto di calibrazione, oppure no; tale fase di scelta è schematizzata dal blocco tratteggiato 30.

Se si sceglie di impiegare un sistema di posizionamento con riferimento assoluto di calibrazione, allora dalla fase di esecuzione di un ciclo di lavorazione 16 si passa alla fase di qualifica 18.

Se si sceglie di non impiegare un sistema di posizionamento con riferimento assoluto di calibrazione, allora dalla fase di esecuzione di un ciclo di lavorazione 16 si passa direttamente alla fase di misura del pezzo pre-finitura 20.

Tale scelta può essere definita dall’operatore di macchina.

In alternativa, detta fase di scelta 30 è effettuata da una unità elettronica di controllo, dotata di un algoritmo prestabilito, ad esempio volto ad elaborare dati relativi alla temperatura ambientale per controllare se tale temperature ambientale abbia subito forti variazioni nell’arco di un tempo determinato.

Qualora non venisse attivato il ciclo comprendente le operazioni di qualifica 18, controllo della qualifica 19 ed eventuali compensazioni 21, il processo prosegue con la misura pre-finitura 20 e la lavorazione di finitura 27.

Con il metodo di lavoro 10 secondo il trovato è possibile raggiungere un’accuratezza di misura molto maggiore del solo utilizzo dei sistemi di posizionamento di una macchina utensile; tale risultato è raggiungibile senza rimuovere il pezzo dalla macchina, con notevole risparmio di tempo e di complicazioni dovute al riposizionamento del pezzo; infine l’intera operazione è automatizzabile e integrabile nel processo di lavoro.

L’integrazione di un sistema di posizionamento con riferimento assoluto di calibrazione nel processo di lavoro permette di ottenere misure precise, affidabili e senza necessità di supervisione; il sistema infatti misura gli errori geometrici della macchina utensile riportando in questo modo il sistema di riferimento relativo della macchina ad un riferimento assoluto, ad esempio associato al basamento della macchina stessa; così facendo le dimensioni del pezzo ottenute dalla sonda di misura sono epurate da errori e/o contributi della macchina.

Si è in pratica constatato come il trovato raggiunga il compito e gli scopi preposti.

In particolare, con il trovato si è messo a punto un metodo di lavoro per una macchina utensile cartesiana che consente di effettuare misurazioni a bordo macchina la cui precisione non è limitata dalla tecnologia costruttiva della macchina stessa.

In più, con il trovato si è messo a punto un metodo di lavoro che consente di realizzare misurazioni precise e affidabili senza necessità di supervisione da parte di uno o più operatori appositamente addestrati.

Inoltre, con il trovato si è messo a punto un metodo che non comporta discontinuità nel flusso del processo di lavoro, dal momento che la precisione si ottiene senza rimuovere nè modificare la posizione del pezzo in lavorazione dai mezzi di supporto a cui è fissato.

Il trovato, così concepito, è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, gli elementi impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e dello stato della tecnica.

Ove le caratteristiche e le tecniche menzionate in qualsiasi rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni sono stati apposti al solo scopo di aumentare l'intelligibilità delle rivendicazioni e di conseguenza tali segni di riferimento non hanno alcun effetto limitante sull'interpretazione di ciascun elemento identificato a titolo di esempio da tali segni di riferimento.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo di lavoro per una macchina utensile cartesiana, che si caratterizza per il fatto di comprendere seguenti fasi: - inizio lavorazione di un pezzo (15); - esecuzione di un ciclo lavorazione (16); - eseguire una operazione di qualifica (18), ovvero di verifica di un sistema di posizionamento relativo, a bordo della macchina utensile, tramite il confronto con un sistema di posizionamento con riferimento assoluto di calibrazione, atta a verificare lo scostamento delle indicazioni dei sistemi di posizionamento a bordo della macchina, ovvero del sistema di riferimento relativo, rispetto alle posizioni di un sistema di riferimento assoluto di calibrazione; - verifica (19) dell'esito dell'operazione di qualifica (18); - se l'operazione di qualifica (18) è superata con successo, allora si procede con una operazione di misura del pezzo pre-finitura (20); - se la qualifica (18) non è superata allora si procede con una fase di compensazione (21), comprendente una o più operazioni di compensazione; - esecuzione di un ciclo di finitura (27); - misura del pezzo finito (28); - fine lavorazione (29).
2) Metodo secondo la rivendicazione 1, che si caratterizza per il fatto che dette una o più operazioni di compensazione della fase di compensazione (21) comprendono azioni di correzione che la macchina utensile è in grado di applicare in modo automatico al fine di riportare nelle tolleranze prestabilite gli scostamenti rilevati durante la fase di qualifica (18).
3) Metodo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto di prevedere le seguenti tipologie di compensazione, compensazioni elettroniche e compensazioni attive.
4) Metodo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che fase di compensazione (21) comprende una fase iniziale (22) di scelta della tipologia di operazioni di compensazione tra compensazioni elettroniche (23) e compensazioni attive (24).
5) Metodo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto di comprendere le seguenti operazioni: - se si sono eseguite compensazioni elettroniche (23), che hanno effetto diretto sul movimento degli assi della macchina utensile, allora procedere con la misura pre-finitura del pezzo (20); - se si sono eseguite compensazioni attive (24), eseguire una ulteriore fase di qualifica del sistema di posizionamento della macchina utensile (25); - verificare (26) l'esito della nuova ulteriore operazione di qualifica (25); - se detta operazione di ulteriore qualifica (25) non è superata, ovvero in caso di sottocompensazione o di sovra-compensazione, si procede ad una nuova compensazione attiva (24); - eseguire una nuova ulteriore fase di qualifica (25) e nuova ulteriore compensazione attiva (24), iterando tali due operazioni fino ad arrivare ad una convergenza dei dati relativi agli scostamenti; - se la qualifica (25) è superata con successo, allora si procede con detta operazione di misura del pezzo pre-finitura (20).
6) Metodo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che detta fase operativa di misura del pezzo (20), pre-lavorazione o pre-finitura, è realizzata utilizzando il sistema di riferimento relativo, allineato e calibrato rispetto ad un sistema di riferimento assoluto.
7) Metodo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto di comprendere le seguenti fasi finali: - esecuzione di un ciclo di finitura (27); - misura del pezzo finito (28); - fine lavorazione (29).
8) Metodo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto di comprendere una ulteriore fase di scelta (30) se utilizzare un sistema di posizionamento con riferimento assoluto di calibrazione, oppure no.
9) Metodo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che detta fase di scelta (30) comporta che: - se si sceglie di impiegare un sistema di posizionamento con riferimento assoluto di calibrazione, allora dalla fase di esecuzione di un ciclo di lavorazione (16) si passa alla fase di qualifica 18; - se si sceglie di non impiegare un sistema di posizionamento con riferimento assoluto di calibrazione, allora dalla fase di esecuzione di un ciclo di lavorazione (16) si passa direttamente alla fase di misura del pezzo pre-finitura (20).
10) Metodo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che detta fase di scelta (30) è effettuata da una unità elettronica di controllo.