ITTO20010575A1

ITTO20010575A1 - Linea di unita' operatrici per l'esecuzione di lavorazioni di macchina provvista di dispositivi traslatori modulari per il trasferimento dei

Info

Publication number: ITTO20010575A1
Application number: IT2001TO000575A
Authority: IT
Inventors: Danilo Menzio
Original assignee: Comau Spa
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2002-12-15
Also published as: EP1266721A2; CA2389129A1; US20020189085A1; EP1266721A3; US6684488B2

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Linea di unità operatrici per l'esecuzione di lavorazioni di macchina provvista di dispositivi traslatori modulari per il trasferimento dei pezzi in lavorazione da un'unità all'altra della linea"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una linea di unità operatrici per l'esecuzione di una sequenza di operazioni di lavorazione di macchina su una serie di pezzi che vengono alimentati in successione ad un'estremità di carico della linea e procedono lungo la linea fino ad un'estremità di scarico della linea, in cui detta linea comprende mezzi per trasferire i pezzi dall'estremità di carico alla prima unità della linea, da ciascuna unità della linea a quella successiva, e dall'ultima unità della linea all'estremità di scarico.

Nelle linee del tipo sopra indicato, composte da una successione di unità operatrici o centri di lavoro, è in generale già noto di predisporre dispositivi per il trasferimento dei pezzi da un'unità all'altra della linea. Nei sistemi più tradizionali, sono previsti dispositivi a trasferta che provvedono simultaneamente a far avanzare tutti i pezzi che si trovano lungo la linea di un passo lungo la linea. Tale soluzione tradizionale non è tuttavia particolarmente efficiente. In generale, infatti, le varie unità lungo la linea eseguono cicli di operazioni di durata differente. Con un sistema di trasferimento rigido del tipo sopra descritto, è tuttavia necessario che tutte le unità abbiamo completato i rispettivi cicli di operazioni per poter iniziare ad effettuare il passo di trasferimento di ciascun pezzo da un'unità all'altra. Inoltre il sistema di trasferimento rigido secondo la tecnica convenzionale consente solo limitate variazioni della posizione angolare del pezzo durante il suo trasferimento. Il pezzo può infatti normalmente traslare solo in posizione di appoggio su un piano o più in generale in condizioni di stabilità del suo baricentro e al più ruotare solo intorno ad un asse verticale, a meno dell'aggiunta di dispositivi ausiliari di ribaltamento, atti a girarlo in posizione rovesciata prima o dopo la corsa di trasferimento.

In passato, sono anche stati proposti dispositivi di trasferimento di tipo flessibile, in cui fra ciascuna unità della linea e l'unità successiva viene interposto un dispositivo di trasferimento che opera indipendentemente dagli altri al fine di ridurre al massimo i tempi morti durante il ciclo produttivo. La stessa Richiedente ha presentato ad esempio diverse soluzioni di robot (vedere ad esempio il brevetto USA n. 5.522.275) destinati al trasferimento di pezzi fra le stazioni di una linea di produzione di qualsiasi tipo. Ovviamente, dispositivi trasferitori in forma di robot presentano l'inconveniente di risultare relativamente costosi, ed ingombranti e di penalizzare la accessibilità e la pulizia della loro zona di lavoro e quindi non sempre sono adatti ad essere applicati in una linea di centri per lavorazione di macchina. D'altra parte, l'esigenza di aumentare la produttività è sempre più sentita, particolarmente in campo automobilistico, anche a seguito alla tendenza che si è verificata in questi ultimi anni a concentrare spesso più siti produttivi in un unico stabilimento.

Nel campo specifico delle linee per l'esecuzione di lavorazioni di macchina (si pensi ad esempio ad una linea di produzione di teste cilindri per motori di autoveicoli) l'esigenza di un'elevata produttività si accompagna sempre a quella di una riduzione massima dei costi di produzione. Una soluzione di linea di centri di lavorazione provvista di dispositivi di trasferimento dei pezzi da un'unità all'altra della lìnea è descritta nella domanda di brevetto giapponese JP-A-11114 783. Tale dispositivo noto prevede dispositivi di trasferimento costituiti ciascuno da una coppia di bracci montati articolati inferiormente intorno ad un asse orizzontale ed oscillanti con le loro estremità superiori lungo un arco verticale tra due posizioni di estremità adiacenti rispettivamente alle due unità della linea disposte a monte e a valle del dispositivo di trasferimento. Tale soluzione nota presenta l'inconveniente di risultare relativamente complicata e di non essere efficiente, in particolare in quanto i pezzi vengono trasferiti lungo una traiettoria ad arco e pertanto devono essere sollevati dalla posizione di partenza per raggiungere l'apice dell'arco, con un conseguente inutile dispendio di energia. Un altro inconveniente di tale soluzione nota risiede nel fatto che i dispositivi trasferitori sono montati sul pavimento su cui è disposta la linea e comportano pertanto un ingombro che diminuisce l'accessibilità alle varie unità della linea. Un altro inconveniente di questa soluzione nota è che il pezzo può essere trasferito olo in un'unica posizione. Inoltre essa penalizza la accessibilità e la possibilità di pulizia della zona di lavoro, oltre a richiedere che il pezzo venga fissato su un pallet dedicato, conformato specificamente per il pezzo da trasferire.

Lo scopo della presente invenzione è quello di realizzare una linea di unità operatrici per l'esecuzione di operazioni di lavorazione ad asportazione di truciolo, che sia dotata di mezzi per il trasferimento dei pezzi da un'unità all'altra della linea in grado di ovviare a tutti gli inconvenienti della tecnica nota che sono stati sopra discussi.

In vista di raggiungere tale scopo, l'invenzione ha per oggetto una linea di unità operatrici del tipo indicato all'inizio della presente descrizione, caratterizzata dal fatto che i suddetti mezzi di trasferimento includono:

una incastellatura fissa comprendente una pluralità di travi orizzontali di supporto e di guida, in posizione sopraelevata rispetto al pavimento su cui è disposta la linea, dette travi estendendosi nella direzione longitudinale della linea, ciascuna in corrispondenza di uno spazio compreso fra un'unità operativa e l'unità adiacente, - un dispositivo di trasferimento montato su ciascuna delle suddette travi di supporto e di guida, detto dispositivo comprendendo:

una prima slitta mobile lungo la rispettiva trave di supporto e di guida nella direzione longitudinale della linea,

un montante verticale montato su detta prima slitta, che in un esempio di attuazione costituisce una seconda slitta mobile verticalmente,

mezzi di presa montati all'estremità inferiore di detta seconda slitta o montante e orientabili intorno ad un asse verticale,

mezzi motori per il comando della prima slitta, della seconda slitta (se prevista) e di detti mezzi di presa, e

mezzi di controllo atti a controllare i mezzi motori dei vari dispositivi di trasferimento della linea indipendentemente l'uno dall'altro, ma secondo una sequenza fra loro coordinata preferibilmente in modo tale per cui quando una qualsiasi unità operatrice ha terminato il suo ciclo di operazioni su un pezzo, il dispositivo trasferitore a valle di tale unità è già in attesa presso di essa per prelevare il pezzo lavorato, e il dispositivo trasferitore a monte dell'unità è già in attesa vicino ad essa, con un pezzo caricato su di esso, per poterlo scaricare sull'unità al fine di sottoporlo al corrispondente ciclo di funzionamento.

Preferibilmente, le varie unità operatrici hanno rispettive tavole orientabili di supporto del pezzo in lavorazione, e le suddette travi orizzontali sopraelevate di supporto e di guida dei vari dispositivi di trasferimento si estendono tutte sostanzialmente alla stessa altezza e sono disposte sostanzialmente l'una sul prolungamento dell'altra.

Grazie alle suddette caratteristiche, i mezzi trasferitori di cui è dotata la linea secondo l'invenzione sono costituiti da dispositivi traslatori modulari che consentono di eseguire in modo estremamente efficiente le operazioni di trasferimento dei pezzi da un'unità all'altra della linea, con una struttura estremamente semplice e di basso costo rispetto ad un sistema utilizzante robot. I vari dispositivi trasferitori presentano una struttura modulare, facilmente riconfigurabile in funzione delle esigenze specifiche della linea. Poiché i dispositivi trasferitori sono mobili su travi sopraelevate, essi non comportano alcun ingombro aggiuntivo che possa ostacolare l'accessibilità alle unità della linea o rendere più difficoltose le operazioni di pulizia. Il trasferimento dei pezzi da un'unità all'altra può essere eseguito senza far compiere variazioni sostanziali di altezza al pezzo trasferito, così da semplificare l'equipaggiamento per il trasferimento (un montante verticale può essere sufficiente in luogo della seconda slitta mobile verticalmente) ed evitare grossi assorbimenti di potenza da parte dei mezzi motori associati ai dispositivi di trasferimento .

Secondo un'ulteriore caratteristica preferita, a uno o più dispositivi trasferitori possono essere associati magazzini di accumulo dei pezzi ove il dispositivo trasferitore può depositare provvisoriamente un pezzo nell'attesa che l'unità operatrice a valle di esso si liberi, oppure per poter eseguire sul pezzo controlli interoperazionali al fine di garantire la qualità del pezzo in lavorazione .

E' inoltre possibile effettuare, predisponendo di conseguenza il dispositivo di presa, un'azione di ribaltamento del pezzo-, ossia il suo rovesciamento in posizione capovolta, per scaricarlo dei trucioli ("chip dump") e del liquido di taglio accumulatosi all'interno del pezzo stesso durante la fase di lavoro precedente, senza dover aggiungere sofisticati ed ingombranti dispositivi come è invece necessario con altre soluzioni note.

Per le sue caratteristiche, il dispositivo trasferitore facente parte della linea secondo l'invenzione si presta a movimentare pezzi di qualsiasi sagoma e predisposti in qualsiasi posizione .

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione che segue con riferimento ai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

le Figure 1-4 sono viste prospettiche che illustrano schematicamente una forma di attuazione della linea secondo l'invenzione in quattro differenti condizioni operative, fra loro successive ,

- la Figura 5 è una vista prospettica di un esempio di attuazione di un'unità operatrice facente parte della linea secondo l'invenzione, con i dispositivi trasferitori disposti rispettivamente a monte e a valle dell'unità operatrice,

- la Figura 6 è una vista prospettica di una forma di attuazione di un singolo dispositivo trasferitore, e

la Figura 7 è uno schema a blocchi che illustra il sistema di controllo dei dispositivi trasferitori secondo l'invenzione.

Le figure 1-4 illustrano a titolo esemplificativo una linea di lavorazione meccanica comprendente quattro stazioni costituite da altrettante unità operatrici o centri di lavoro 10, 20, 30, 40 destinate ad eseguire in successione una sequenza di lavorazioni di macchina su una serie di pezzi P che avanzano lungo la linea. La linea comprende inoltre un'estremità di carico I ed un'estremità di scarico O costituite da rispettive strutture di appoggio includenti ad esempio rispettivi piani a rulli destinati a ricevere i pezzi P in ingresso ed in uscita dalla linea.

Ciascuna delle unità operatrici 10, 20, 30, 40 può essere realizzata in un qualunque modo noto. La figura 5 illustra a puro titolo esemplificativo una possibile realizzazione di ciascuna delle unità operatrici, con riferimento specifico all'unità operatrice 20. Tale unità è costituita da un centro di lavoro includente un basamento 1 sui cui è disposta una tavola 2, preferibilmente del tipo girevole intorno ad un asse verticale, destinata a ricevere e sopportare il pezzo in lavorazione (nel caso dell'esempio illustrato nella figura 5 i pezzi P sono teste cilindri di motore di autoveicolo). Sempre nel caso dell'esempio illustrato nella figura 5, sul basamento 1 è ancorata una intelaiatura fissa di supporto 3 su cui sono montate in cascata una serie di slitte mutuamente scorrevoli che consentono di spostare lungo tre assi fra loro ortogonali un mandrino rotante 4 destinato a portare l'utensile (ad esempio un utensile di foratura o un utensile fresatore) destinato ad eseguire una serie di operazioni sul pezzo posizionato sulla tavola 2.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni che seguono non si descrive in dettaglio l'architettura di ciascuna unità operatrice 20, in quanto tale struttura può essere realizzata in un qualunque modo noto, ed in quanto essa, presa a sé stante, non rientra nell'ambito del presente trovato. Ai fini della presente invenzione, quello che importa è che ciascuna unità operatrice 20 presenta una tavola portapezzo 2 ed un mandrino mobile su più assi (ad esempio cinque) per l'esecuzione di operazioni di lavorazioni di macchina sul pezzo situato sopra la tavola portapezzo .

Ai fini di trasferire i pezzi da un'unità all'altra della linea, l'invenzione prevede una pluralità di dispositivi trasferitori modulari T disposti fra un'unità e l'altra nonché fra l'estremità di carico I e la prima unità 10 e fra l'ultima unità 40 e l'estremità di scarico 0.

Ciascun dispositivo trasferitore modulare T include una incastellatura fissa di supporto 5 che è saldamente ancorata all'intelaiatura fissa 3 di ciascuna unità ad essa adiacente. Essenzialmente, l'incastellatura 5 comprende almeno una colonna metallica 6 ed almeno una trave orizzontale sopraelevata 7, che come si vedrà ha funzione di supporto e di guida per il dispositivo trasferitore T, e che è ancorata alla sommità della colonna 6, nonché ad esempio ad una colonna 8 facente parte dell'intelaiatura fissa 3 della rispettiva unità.

Come visibile in dettaglio nella figura 6, ciascuna trave orizzontale sopraelevata 7 porta guide 9 sulle quali sono montati pattini scorrevoli 10 portati da una prima slitta 11, che risulta così spostabile lungo la trave 7. Come visibile nelle figure 1-5, le varie travi orizzontali sopraelevate 7 dei dispositivi trasferitori T sono tutte disposte sostanzialmente alla stessa altezza e si trovano tutte sostanzialmente 1 'una sul prolungamento dell'altra, nella direzione longitudinale della linea. Con riferimento ancora alla figura 6, nel caso dell'esempio illustrato, sulla prima slitta 11 è montata scorrevole verticalmente una seconda slitta 12 (che tuttavia potrebbe anche essere sostituita da un montante fisso) la cui estremità inferiore porta in modo girevole intorno ad un asse verticale 13 un dispositivo di presa pezzo 14 fissato alla flangia 15, di qualunque tipo noto, preferibilmente conformato per consentire anche un ribaltamento del pezzo. Nella figura 6, i mezzi motori che comandano la traslazione della prima slitta 11, la traslazione della seconda slitta 12 e la rotazione del dispositivo di presa 14, nonché i mezzi attuatori montati a bordo del dispositivo 14 per attivare o disattivare gli organi di presa e di eventuale ribaltamento del pezzo di cui esso è provvisto non sono illustrati in dettaglio, in quanto essi possono essere realizzati in un qualunque modo noto e non rientrano, presi a sé stanti, nell'ambito dell'invenzione. Inoltre, l'eliminazione di tali dettagli dai disegni rende questi ultimi di più pronta e facile comprensione. Nella figura 7, i blocchi 17 indicano a titolo schematico i vari mezzi motori/attuatori di cui è provvisto ciascun dispositivo trasferitore T, che sono controllati da un'unità elettronica di controllo 16, che provvede simultaneamente a controllare anche i mezzi motori/attuatori di tutti gli altri dispositivi trasferitori T della linea. Puramente a titolo esemplificativo si segnala comunque che i mezzi motori associati alle slitte 11, 12 possono essere costituiti da motori elettrici lineari, oppure da motori elettrici tradizionali associati a sistemi a vite/madrevite.

Durante il funzionamento della linea, i dispositivi trasferitori T (vedere figure 1-4) provvedono a trasferire i pezzi da un'unità operatrice all'altra, facendoli avanzare lungo la linea. I vari dispositivi trasferitori T sono controllati dall'unità 16 in modo completamente indipendente l'uno dall'altro, ma tuttavia in un modo coordinato per consentire che quando un ciclo di operazioni sul pezzo che si trova in una determinata unità della linea viene ultimato, i due dispositivi trasferitori a monte e a valle di tale unità si trovino già in adiacenza della tavola portapezzo 2, al fine di prelevare il pezzo lavorato portandolo nella unità successiva della linea e contemporaneamente caricare sull'unità precedente un nuovo pezzo da lavorare.

La figura 1 illustra a titolo esemplificativo una condizione di funzionamento della linea, in cui le unità 20, 30 sono in lavoro, mentre l'unità 10 ha appena terminato la lavorazione sul pezzo che si trovava presso di essa, per cui il dispositivo trasferitore indicato con T2 è pronto per prelevarlo, mentre il dispositivo trasferitore TI è pronto con un nuovo pezzo da caricare nell'unità 10. Simultaneamente, l'unità 40 ha terminato il suo ciclo di operazioni, per cui il dispositivo trasferitore T5 sta per trasferire il pezzo precedentemente lavorato sull'estremità di scarico 0, mentre il dispositivo trasferitore T4 sta caricando sull'unità 40 un nuovo pezzo da lavorare.

La figura 2 illustra una situazione successiva alla precedente, in cui il dispositivo trasferitore TI sta tornando verso l'estremità di carico I per caricare un nuovo pezzo, l'unità 10 è in lavoro, in quanto il dispositivo T2 ha portato il pezzo precedentemente prelevato dall'unità 10 in prossimità dell'unità 20; il dispositivo trasferitore T3 ha appena prelevato il pezzo precedentemente lavorato dall'unità 20, le unità 30 e 40 sono in lavoro e il dispositivo trasferitore T5 sta scaricando all'uscita O il pezzo precedentemente lavorato dall'unità 40. Nella situazione successiva illustrata nella figura 3 il dispositivo trasferitore TI è pronto per caricare un nuovo pezzo sull'unità 10, l'unità operatrice 20 è in lavoro, il dispositivo trasferitore T3 sta scaricando il pezzo precedentemente lavorato dall'unità 20 sopra l'unità 30, che può così cominciare a lavorare, e i dispositivi trasferitori T4 e T5 sono in adiacenza all'unità 40, l'uno (T5) in attesa che il pezzo sia ultimato per prelevarlo dall'unità 40 e l'altro (T4) in attesa di caricare un nuovo pezzo sull'unità 40.

La figura 4 illustra ancora una situazione successiva in cui il dispositivo trasferitore TI sta per caricare un nuovo pezzo sull'unità 10, le unità 20 e 30 sono in lavoro, il dispositivo trasferitore T5 sta prelevando il pezzo precedentemente lavorato dall'unità 40 per scaricarlo all'uscita della linea, mentre il dispositivo trasferitore T4 è pronto a caricare un nuovo pezzo sull'unità 40.

Come si vede quindi, nelle fasi successive che sono state sopra descritte del ciclo di lavorazione della linea, alcune unità operatrici stanno lavorando sui rispettivi pezzi, mentre le altre sono in fase di carico o scarico del pezzo. Inoltre si vede come il pezzo da lavorare transita in sequenza dalla posizione I, alle unità 10, 20 30, 40, per essere poi depositato nella posizione O. I dispositivi trasferiti associati alle unità utilizzano il tempo che deve comunque trascorrere per consentire alle unità che stanno lavorando di ultimare le loro operazioni al fine di predisporre i pezzi immediatamente in adiacenza delle stazioni successive ove devono essere scaricati. Pertanto, i dispositivi trasferitori secondo l'invenzione consentono di controllare il funzionamento della linea in modo ottimale, riducendo al minimo i tempi morti. In sostanza, il tempo ciclo della linea diventa il tempo ciclo dell'unità della linea destinata ad eseguire l'operazione più lunga.

Nello stesso tempo, la struttura dei dispositivi trasferitori T è estremamente semplice e di basso costo. La predisposizione dell'incastellatura costituita dalla colonna e dalla trave sopraelevata 7 è estremamente semplice e consente facili riconfigurazioni del sistema in funzione delle esigenze e degli spazi disponibili. Poiché ciascun dispositivo trasferitore T è in posizione sopraelevata, la possibilità di accesso alle varie unità operatrici è totale, con conseguenti vantaggi nell'esecuzione delle operazioni di pulizia e/o manutenzione. I dispositivi trasferitori secondo l'invenzione comportano anche un ridotto ingombro fra una unità operatrice e l'altra, così da consentire di ridurre notevolmente l'ingombro totale della linea. Come già sopra indicato, il sistema può essere predisposto per trasferire i pezzi da un'unità all'altra facendo compiere loro una traiettoria senza sostanziali variazioni di altezza, così da evitare sprechi di energia alla scopo di sollevare i pezzi. Nell'esempio illustrato, le travi 7 dei dispositivi trasferitori T si trovano tutte sostanzialmente alla stessa altezza, come chiaramente visibile nelle figure 1-5.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, i particolari di costruzione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Linea di unità operatrici (10-40) per l'esecuzione di una sequenza di operazioni di lavorazione di macchina su una serie di pezzi (P) che vengono alimentati in successione ad un'estremità di carico (I) della linea e procedono lungo la linea fino ad un'estremità di scarico (O) della linea, in cui detta linea comprende mezzi per trasferire i pezzi (P) dall'estremità di carico (I) alla prima unità (10) della linea, da ciascuna unità della linea a quella successiva, e dall'ultima unità (40) della linea all'estremità di scarico (O), caratterizzata dal fatto che detti mezzi di trasferimento includono: - una incastellatura fissa (5) comprendente una pluralità di travi (7) orizzontali di supporto e di guida, in posizione sopraelevata rispetto al pavimento su cui è disposta la linea, dette travi estendendosi nella direzione longitudinale della linea, ciascuna in corrispondenza di uno spazio compreso fra un'unità operativa e l'unità adiacente, - un dispositivo di trasferimento (T) montato su ciascuna delle suddette travi (7) di supporto e di guida, detto dispositivo comprendendo: una prima slitta (11) mobile lungo la rispettiva trave (7) di supporto e di guida nella direzione longitudinale della linea, un montante verticale (12) montato su detta prima slitta (11), e mezzi di presa (14) montati all'estremità inferiore di detto montante verticale (12) e orientabili intorno ad un asse verticale (13), mezzi motori per il comando della prima slitta (11), e di detti mezzi di presa e ribaltamento (14), e mezzi di controllo (16) atti a controllare i mezzi motori (17) dei vari dispositivi di trasferimento (T) della linea indipendentemente l'uno dall'altro, ma secondo una sequenza fra loro coordinata .
2. Linea secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto montante verticale costituisce una seconda slitta (12) mobile verticalmente su detta prima slitta (11), detti mezzi motori essendo previsti per comandare anche il movimento di detta seconda slitta (12).
3. Linea secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di controllo sono atti a comandare i mezzi motori dei vari dispositivi di trasferimento (T) in modo tale per cui quando una qualsiasi unità operatrice (10-40) ha terminato il suo ciclo di operazioni su un pezzo (P), il dispositivo di trasferimento a valle di tale unità è già in attesa presso di essa per prelevare il pezzo lavorato, e il dispositivo di trasferimento a monte dell'unità è già in attesa vicino ad essa per caricare su di essa un nuovo pezzo da lavorare.
4. Linea secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che le varie unità operatrici (10-40) hanno rispettive tavole (2) di supporto del pezzo (P) in lavorazione montate ciascuna in modo orientabile intorno ad un asse verticale .
5. Linea secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che le travi (7) sopraelevate di supporto e di guida dei vari dispositivi di trasferimento (T) si estendono tutte sostanzialmente alla stessa altezza e sostanzialmente 1'una sul prolungamento dell'altra.
6. Linea secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che l'incastellatura fissa di ciascun dispositivo di trasferimento (T) comprende una colonna (6) e la suddetta trave sopraelevata orizzontale (7).
7. Linea secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di presa sono atti ad eseguire anche un ribaltamento in posizione rovesciata del pezzo prelevato. Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.