ITMI20070738A1 - "stazione di taglio e metodo di produzione pezzi tridimensionali a parete sottile" - Google Patents

Description

"Stazione di taglio e metodo di produzione di pezzi tridimensionali a parete sottile"

La presente invenzione si riferisce ad una stazione di taglio e ad un metodo di produzione per la lavorazione di rifinitura di pezzi stampati con forma tridimensionale e parete sottile.

Scopo generale della presente invenzione è ovviare agli inconvenienti della tecnica nota, fornendo una innovativa stazione di taglio che permetta una rifinitura di pezzi stampati con forma tridimensionale e parete sottile, in modo semplice e veloce, senza ad esempio richiedere programmazione punto a punto di utensile automatici. Ulteriore scopo dell’invenzione è fornire un metodo che permetta una relativamente economica produzione di pezzi stampati con forma tridimensionale e parete sottile. In vista di tale scopo si è pensato di realizzare, secondo l'invenzione, una stazione di taglio per la rifinitura di un pezzo stampato tridimensionale con parete sottile, comprendente un supporto per un pezzo da rifinire, un utensile di taglio a lama oscillante, un braccio robot articolato portante il detto utensile di taglio per la sua movimentazione secondo sei assi, una unità di esecuzione di movimenti connessa a detto braccio robot per comandarne il movimento nello spazio, una unità di generazione di dati di movimento connessa alla unità di esecuzione per fornire ad essa dati di movimento del braccio, l' unità di generazione comprendendo mezzi di memorizzazione di un modello matematico tridimensionale del pezzo da rifinire e di un modello matematico del braccio robot, mezzi di calcolo atti a calcolare, a partire dai modelli memorizzati, una traiettoria virtuale della lama sul modello matematico del pezzo con prestabiliti angoli di imbardata, beccheggio e rollio della lama rispetto a tale modello per eseguire rifiniture definite nel modello matematico del pezzo e mezzi di trasferimento all’unità di esecuzione della traiettoria calcolata sotto forma di dati di movimento del braccio robot che portano la lama a lavorare fisicamente sul pezzo reale presente sul supporto.

Sempre secondo l' invenzione, si è pensato di realizzare un metodo per la produzione di un pezzo stampato tridimensionale con parete sottile, comprendente le fasi di stampare uno sbozzato di tale pezzo da rifinire mediante taglio e asportazione di materiale per ottenere il pezzo voluto, portare lo sbozzato su un supporto in una stazione di rifinitura comprendente un braccio robot articolato a sei assi e portante un utensile di taglio a lama oscillante, calcolare da un modello matematico del pezzo e da un modello matematico del braccio robot una traiettoria virtuale di movimento della lama sul modello con prestabiliti angoli di imbardata, beccheggio e rollio della lama rispetto a tale modello per l’esecuzione di rifiniture definite dal modello matematico, trasferire ad una unità di esecuzione la traiettoria calcolata sotto forma di dati di movimento del braccio robot per portare la lama a lavorare fisicamente il pezzo sul supporto mantenendo durante il movimento i prestabiliti angoli di imbardata, beccheggio e rollio della lama relativamente al pezzo reale da rifinire. Per rendere più chiara la spiegazione dei principi innovativi della presente invenzione ed i suoi vantaggi rispetto alla tecnica nota si descriverà di seguito, con l'aiuto dei disegni allegati, una possibile realizzazione esemplificativa applicante tali principi. Nei disegni:

-figura 1 rappresenta una vista schematica in prospettiva di una stazione di taglio secondo l’invenzione;

-figura 2 rappresenta uno schema a blocchi del sistema elettronico di controllo della stazione di figura 1;

-figura 3 rappresenta una vista ingrandita e in prospettiva dell’ estremità di un utensile di taglio della stazione;

-figura 4 rappresenta una vista frontale della estremità dell’utensile di figura 3 con una vantaggiosa variante costruttiva.

Con riferimento alle figure, in figura 1 è schematicamente mostrata una stazione di taglio, indicata genericamente con 10, per la rifinitura di un pezzo 11 stampato tridimensionale con parete sottile. Con il termine a parete sottile si intende che almeno le zone da sottoporre a taglio hanno spessore sufficientemente piccolo da essere tagliabile con una lama oscillante. 1 pezzi sono vantaggiosamente tipici pezzi automobilistici quali i padiglioni, i tappeti, i pannelli porta ed altri rivestimenti degli interni vettura. Tali pezzi sono solitamente stampati in plastica o in composito stratificato e richiedono spesso rifilature o ulteriori operazioni di taglio e scontomatura di particolari. Nella tecnica nota è spesso necessario impiegare stampi differenti per potere produrre varianti di uno stesso e che differiscono solo per la mancanza di alcune zone o per la presenza di aperture in punti differenti della superficie. Con il sistema secondo l' invenzioni è possibile impiegare un solo stampo per tali pezzi, impiegandola stazione di taglio per produrre in automatico le varianti. La stazione 10 comprendente un supporto 12 per il pezzo da rifinire. Tale supporto varierà a seconda della forma del pezzo e della posizione che si vuole fare assumere al pezzo nella stazione. Supporti di adatte caratteristiche per mantenere con precisione la posizione di pezzi stampati sono facilmente immaginabili dal tecnico e non saranno qui ulteriormente mostrati o descritti.

La stazione 10 comprende anche un braccio robot articolato 13 portante un utensile di taglio a lama oscillante 14. Come sarà chiaro nel seguito il braccio robotizzato 13 è adatto a movimentare l’utensile di taglio secondo sei assi per permettere un qualsiasi orientamento della lama nello spazio operativo. Vantaggiosamente, il braccio robot è di tipo antropomorfo, sebbene anche un sistema cartesiano possa essere impiegato.

In figura 2 è mostrato più in dettaglio il sistema elettronico di controllo della stazione. Si ha perciò una unità 15di esecuzione di movimenti che è connessa al braccio robot 13 per comandarne il movimento nello spazio. Tale unità di esecuzione si occupa di tradurre in movimenti coordinati dei singoli assi del robot i dati di movimento del braccio che sono generalmente in termini di posizioni da fare assumere alla lama dell’utensile 14.

Per l' ottenimento di tali dati è presente unità 16 di generazione di dati di movimento che è connessa alla unità di esecuzione 15 per fornire ad essa i voluti dati di movimento del braccio. L’unità di generazione 16 comprende mezzi 17 di memorizzazione di un modello matematico tridimensionale 18 del pezzo da rifinire. Tale modello può essere facilmente fornito dalle normali procedure di progettazione CAD e trasferito nei mezzi di memorizzazione. Nei mezzi di memorizzazione è anche inserito un modello matematico 19 del braccio robot. Tale modello viene ricavato con mezzi noti dalla cinematica del braccio effettivamente impiegato.

Nell’unità di generazione sono anche presenti mezzi di calcolo 20 che sono atti a calcolare, a partire dai modelli memorizzati nei mezzi 17, una traiettoria virtuale della lama sul modello matematico del pezzo con prestabiliti angoli di imbardata, beccheggio e rollio della lama rispetto a tale modello per eseguire rifiniture definite nello stesso modello matematico del pezzo. Ad esempio, il modello matematico può prevedere una sfinestratura 21 nel pezzo, che non è prodotta durante il processo di stampaggio del pezzo e che deve essere ritagliata dalla stazione 10. L’unità di generazione, grazie ai modelli matematici del braccio e del pezzo, opera perciò secondo una simulazione virtuale delle operazioni di taglio, producendo dati di movimento senza necessità di una programmazione punto a punto dei movimenti dell’ utensile. Tutto ciò permette una programmazione fuori linea, senza impegno della struttura meccanica del robot. Il cambio di pezzo da lavorare è perciò enormemente facilitato, dovendosi semplicemente caricare nel sistema il modello matematico del nuovo pezzo. Ciò permette di effettuare con efficienza anche i piccoli aggiustamenti fra una versione e l’altra di uno stesso pezzo o sbozzato di base prodotto da lavorazioni precedenti.

L’unità di generazione 16 e l’unità di esecuzione 15 sono interconnesse mediante mezzi 22 di trasferimento all’unità di esecuzione della traiettoria calcolata sotto forma di dati di movimento del braccio robot per portare la lama a lavorare fisicamente sul pezzo reale presente sul supporto. La lavorazione virtuale prodotta dall’unità di generazione sul modello matematico del pezzo viene cosi trasformata in una lavorazione reale sul pezzo reale. 11 trasferimento dei dati può avvenire mediante una connessione di rete o altra connessione di trasferimento dati fra l’unità di controllo del robot e l’unità di generazione, realizzata vantaggiosamente in forma di un computer (di tipo industriale o un personal computer) opportunamente programmato.

In figura 3 è mostrata schematicamente l’estremità di taglio dell’utensile 14. Tale utensile comprende una lama di taglio 23 che è azionata per oscillare in senso assiale mediante un azionamento pneumatico o elettrico (vantaggiosamente pneumatico) con una corsa che è stato trovato vantaggioso mantenere compresa fra 1 e 40mm a seconda anche a seconda dello spessore della parete da tagliare e con una frequenza di oscillazione fra 5000 e 25000 cicli al minuto.

Come si vede sempre in figura 3, per la lama sono definibili nello spazio un angolo di imbardata αivale a dire un angolo di rotazione della lama attorno al proprio asse principale rispetto alla direzione di movimento dell’utensile lungo la traiettoria di taglio), un angolo di beccheggio αb, (vale a dire un angolo di attacco della lama rispetto alla superficie che si sta tagliando, o, in altre parole, l' inclinazione in avanti o all'indietro della lama rispetto alla normale alla superficie del pezzo nel punto di taglio) e un angolo di rollio αr,(vale un angolo di inclinazione laterale a destra o a sinistra della lama sempre rispetto alla normale alla superficie del pezzo nel punto di taglio).

Vantaggiosamente, l’unità di generazione dei dati di movimento mantiene un angolo di imbardata relativo alla traiettoria sulla superficie uguale a zero, così che il piano laterale della lama (che è piatta e relativamente larga) è sempre tangente alla traiettoria, così da evitare distorsioni e rotture della lama, mentre l’angolo di beccheggio rispetto alla superficie tagliata è stato trovato essere vantaggiosamente da impostare come valore predefinito in funzione del materiale del pezzo da tagliare. Tale valore può essere codificato a seconda del materiale e del suo spessore o essere rilevato sperimentalmente durante tagli di prova prima di avviare le lavorazioni.

L’angolo di rollio dipende invece dal modello matematico del pezzo, corrispondendo alla inclinazione che nel modello è prevista per il bordo del taglio prodotto.

In figura 4 è mostrata una vantaggiosa realizzazione della estremità dell' utensile. E' stato trovato innanzitutto vantaggioso che l’estremità dell’utensile dalla quale sporge la lama 23 sia ridotta ad una dimensione nell’intorno di 10mm mediante una rastrematura 24 della estremità. Inoltre è stato trovato particolarmente vantaggioso che l’utensile sia dotato di un elemento 25 scorrevole sulla lama e che è spinto mediante una molla 26 verso l’estremità della lama per reagire contro la superficie del pezzo sottoposto a taglio. In tale modo, si è trovato che si riducono in modo ottimale le vibrazioni di taglio che potrebbero alterare la precisione della lavorazione.

A questo punto è chiaro come di siano raggiunti gli scopi dell’invenzione. Con la stazione di taglio sopra descritta è realizzabile con facilità il metodo per la produzione di un pezzo plastico o composito stampato tridimensionale con parete sottile che comprende le fasi di stampare uno sbozzato di tale pezzo prevedendone la rifinitura mediante taglio e asportazione di materiale per ottenere il pezzo voluto. Ciò permette una elevata economia di produzione, rispetto ad esempio a realizzare stampi con tutte le varianti previste per uno stesso pezzo di base. Una volta stampato il pezzo di base, o sbozzato, esso viene portato sul supporto nella stazione di rifinitura 10 dotata dell’utensile di taglio a lama oscillante e che può operare le rifiniture al pezzo a partire dal modello matematico che viene fornito alla stazione.

Il sistema secondo l’invenzione consente di programmare il percorso di taglio “fuori linea’’ ossia senza un processo di “autoapprendimento “ sul campo, ma grazie ad una simulazione virtuale che ottimizza i tempi di fermo della stazione.

I dati di ingresso del sistema sono la matematizzazione del pezzo da tagliare e le caratteristiche del robot utilizzato (antropomorfo o cartesiano che sia).

La stazione secondo l’invenzione consente di tagliare velocemente uno o più strati esterni di un pannello stratificato senza tagliare gli strati sottostanti. Ad esempio, ciò può essere utile per i pannelli di rivestimento usati in campo automobilistico, formati da una struttura verso il lato lamiera accoppiata con un tessuto o altro materiale di rivestimento sul lato vista. Vantaggiosamente, la precisione di affondamento della lama oscillante è garantita, senza necessità di diminuire la velocità di taglio, dall’impiego dell’elemento scorrevole o pressore elastico 25, che ad esempio sfrutta la rigidità della struttura del pezzo (lato “lamiera”) e lo strato morbido del rivestimento (spesso fino a qualche millimetro sul lato vista). Tale pressore è disposto in prossimità della lama e stabilizza l' affondamento e garantisce sempre la stessa lunghezza massima di profondità di taglio andando ad appoggiarsi sul pezzo e recuperando parzialmente le eventuali imprecisioni del percorso di taglio.

Naturalmente, la descrizione sopra fatta di una realizzazione applicante i principi innovativi della presente invenzione è riportata a titolo esemplificativo di tali principi innovativi e non deve perciò essere presa a limitazione dell'ambito di privativa qui rivendicato.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1 . Stazione di taglio per la rifinitura di un pezzo stampato tridimensionale con parete sottile, comprendente un supporto per un pezzo da rifinire, un utensile di taglio a lama oscillante, un braccio robot articolato portante il detto utensile di taglio per la sua movimentazione secondo sei assi, una unità di esecuzione di movimenti connessa a detto braccio robot per comandarne il movimento nello spazio, una unità di generazione di dati di movimento connessa alla unità di esecuzione per fornire ad essa dati di movimento del braccio, l’unità di generazione comprendendo mezzi di memorizzazione di un modello matematico tridimensionale del pezzo da rifinire e di un modello matematico del braccio robot, mezzi di calcolo atti a calcolare, a partire dai modelli memorizzati, una traiettoria virtuale della lama sul modello matematico del pezzo con prestabiliti angoli di imbardata, beccheggio e rollio della lama rispetto a tale modello per eseguire rifiniture definite nel modello matematico del pezzo e mezzi di trasferimento all’unità di esecuzione della traiettoria calcolata sotto forma di dati di movimento del braccio robot che portano la lama a lavorare fisicamente sul pezzo reale presente sul supporto.
2. 2. Stazione di taglio secondo rivendicazione I, caratterizzata dal fatto che l’angolo di imbardata relativo alla traiettoria sulla superficie è mantenuto uguale a zero e l’angolo di beccheggio rispetto alla superficie tagliata è un valore predefinito in finizione del materiale del pezzo da tagliare.
3. 3. Stazione di taglio secondo rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l’utensile ha lama oscillante con corsa compresa fra 1 e 40mm e frequenza di oscillazione fra 5000 e 25000 cicli al minuto.
4. 4. Stazione di taglio secondo rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l’utensile è pneumatico.
5. 5. Stazione di taglio secondo rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l’utensile ha l’estremità dalla quale sporge la lama che è ridotta ad una dimensione nell’intorno di 10mm.
6. 6. Stazione di taglio secondo rivendicazione I, caratterizzata dal fatto che l’utensile ha un elemento scorrevole sulla lama e che è spinto a molla verso l’estremità della lama per reagire contro la superficie del pezzo sottoposta a taglio.
7. 7. Stazione di taglio secondo rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il braccio robot è cartesiano o antropomorfo.
8. 8. Metodo per la produzione di un pezzo stampato tridimensionale con parete sottile, comprendente le fasi di stampare uno sbozzato di tale pezzo da rifinire mediante taglio e asportazione di materiale per ottenere il pezzo voluto, portare lo sbozzato su un supporto in una stazione di rifinitura comprendente un braccio robot articolato a sei assi e portante un utensile di taglio a lama oscillante, calcolare da un modello matematico del pezzo e da un modello matematico del braccio robot una traiettoria virtuale di movimento della lama sul modello con prestabiliti angoli di imbardata, beccheggio e rollio della lama rispetto a tale modello per l’esecuzione di rifiniture definite dal modello matematico, trasferire ad una unità di esecuzione la traiettoria calcolata sotto forma di dati di movimento del braccio robot per portare la lama a lavorare fisicamente il pezzo sul supporto mantenendo durante il movimento i prestabiliti angoli di imbardata, beccheggio e rollio della lama relativamente al pezzo reale da rifinire
9. 9. Metodo secondo rivendicazione 8 nel quale il pezzo stampato tridimensionale è realizzato stratificato e l’utensile da taglio è condotto lungo la traiettoria di taglio per incidere con la lama oscillante solo uno o più strati esterni senza tagliare gli strati sottostanti.
10. 10. Metodo secondo rivendicazione 9 nel quale la stabilizzazione del l’affondamento della lama negli strati esterni del pezzo è ottenuta mediante un elemento pressore presente sull’utensile in prossimità della lama e che appoggia elasticamente sul pezzo.