Come costruttori di torni plurimandrino, abbiamo iniziato a chiederci da un po’ di tempo in che modo avremmo potuto agevolare i nostri clienti in questa sfida quotidiana e concreta.
Se fino a qualche anno fa l’unica risposta possibile era la precisione costante della camma meccanica, oggi l’automazione industriale offre un’alternativa vincente: la flessibilità della camma elettronica
Insieme a un nostro cliente siamo entrati nel vivo della questione, progettando una soluzione su misura. È stata una collaborazione che ha permesso ad entrambi di raggiungere un piccolo ma importante traguardo: da un lato, la sua produzione ha fatto un salto di qualità; dall'altro, noi di AXIS abbiamo sviluppato una nuova risorsa per essere al fianco di chi sceglie di lavorare con noi
Prima di raccontarvi questo progetto, partiamo dalle basi: in questo primo articolo metteremo a confronto il funzionamento e i limiti della camma meccanica rispetto a quella elettronica. Vi daremo così gli strumenti per capire quando preferire l’una all’altra e quando, invece, la scelta migliore è farle lavorare in sinergia.
In un tornio plurimandrino, il ciclo di lavoro necessario per produrre un pezzo corrisponde ad una rotazione di 360° degli alberi porta camme. La sincronizzazione di tutte le lavorazioni previste nelle 6 o 8 stazioni di lavoro del tamburo è coordinata da questo sistema cinematico che trasforma il moto rotatorio costante degli alberi in movimenti rettilinei delle slitte portautensili e, di conseguenza, degli utensili che vi sono montati sopra.
Le direzioni d'azione degli utensili, in questo caso, sono due:
- camme radiali: muovono gli utensili in direzione perpendicolare al pezzo, eseguendo le lavorazioni esterne e di taglio (come la sfacciatura e la troncatura);
- camme assiali: muovono gli utensili in direzione parallela all'asse del pezzo, gestendo le lavorazioni frontali e di penetrazione (come la foratura e la tornitura longitudinale).
Poiché ogni slitta è governata da una camma specifica e dedicata, ciascun utensile assume una posizione lineare definita e indipendente per ogni singolo grado o intervallo di gradi durante il ciclo di lavoro; di conseguenza, allo stesso grado di rotazione dell'albero di comando, slitte diverse effettuano lavorazioni indipendenti, ciascuna con il proprio specifico valore di spostamento e velocità di avanzamento. Questa indipendenza consente di ottimizzare i tempi ciclo, adattando perfettamente il movimento di ogni singolo utensile alla specifica lavorazione della stazione in cui si trova.
Proprio per questa contemporaneità d'azione, il tempo ciclo finale necessario per produrre il pezzo è determinato esclusivamente dalla lavorazione più lunga tra quelle previste nelle 6 o 8 stazioni; la durata di tutte le altre operazioni, avvenendo in parallelo, viene infatti completamente assorbita da quella più lenta.
È importante sottolineare che nell'arco di questa rotazione di 360° è compreso anche il cosiddetto "tempo morto" di indicizzazione: una frazione di gradi del ciclo viene infatti utilizzata per arretrare rapidamente le slitte, far ruotare (indicizzare) il tamburo per spostare i mandrini alla successiva stazione di lavoro e bloccarlo in posizione per l'inizio del ciclo successivo.
Per sintetizzare significativamente la dinamica di processo, possiamo quindi dire che: ad ogni rotazione del tamburo nella prima stazione la barra di metallo avanza per fare il suo ingresso nella zona di lavoro e iniziare ad essere sagomata, mentre nell’ultima stazione il pezzo completato viene troncato ed evacuato all’esterno del tornio. Nel mentre, nelle stazioni intermedie, il diametro della barra viene progressivamente sagomato.
Ma come fa il semplice movimento rotatorio di un albero a trasformarsi in una sequenza così complessa, precisa e ripetitiva di movimenti geometrici lineari propri delle slitte? Grazie alla camma meccanica.
Dal punto di vista costruttivo, la camma meccanica è un disco piatto in acciaio dal profilo asimmetrico, sagomato con rampe di salita, tratti a raggio costante e discese. Questo componente viene calettato direttamente sugli alberi portacamme, sia radiali che assiali, che ospitano una camma specifica per ogni singola posizione di lavoro e girano in perfetta sincronia.
Durante la rotazione dell’albero, il profilo esterno di ciascuna camma a lui solidale funge da pista per il rullo di una leva, la cui spinta culmina nel movimento lineare della slitta portautensile, concretizzando così la conversione del moto rotatorio in moto di lavoro rettilineo.
Il perfetto sincronismo cinematico di questo meccanismo costituisce una sicurezza anticollisione intrinseca: il vincolo meccanico diretto tra gli alberi e i profili delle camme garantisce infatti una coordinazione costante, rigida e immutabile tra le diverse slitte.
Tuttavia, a fronte di questa precisione meccanica, il principale limite del sistema emerge durante il cambio produzione. Quando varia la geometria del pezzo da lavorare, il tornio deve essere riattrezzato sostituendo parzialmente o totalmente le camme per adeguarne corse e movimenti. Questo intervento, eseguito manualmente da un attrezzista, comporta prolungati fermi macchina che riducono la flessibilità dell’azienda, specialmente nella gestione dei piccoli lotti.
È in questo contesto che l’automazione diventa una risorsa fondamentale attraverso la camma elettronica.
Il suo funzionamento si basa sulla relazione sinergica tra due elementi fondamentali gestiti da un PLC: il Master (asse guida) e lo Slave (asse comandato).
Il Master rappresenta la variabile indipendente, ovvero il punto di riferimento assoluto al quale l'intero sistema si sincronizza. Lo Slave è la variabile dipendente, il cui stato cinematico (posizione, velocità, accelerazione) viene calcolato istante per istante in funzione dello stato del Master.
La legge matematica che governa questa relazione è infatti:
Per calare questo concetto nella realtà di un tornio plurimandrino, pensiamo alla movimentazione delle slitte portautensili: il Master è un asse rotativo che rappresenta l'intero ciclo macchina (360°): la posizione reale dell’albero meccanico principale della macchina viene letta istante per istante da un encoder e tradotta in segnale digitale. Lo Slave è invece la slitta portautensile, mossa da un motore indipendente che trasla avanti e indietro seguendo fedelmente il profilo geometrico della camma elettronica scritta nel software. Applicando questo principio a più stazioni di lavoro, le slitte rimangono perfettamente sincronizzate tra loro perché attingono tutte allo stesso identico Master digitale.
In sintesi: la camma elettronica sostituisce il vincolo meccanico con un vincolo software, riproducendo via codice e con assoluta precisione matematica l'azione che un profilo in acciaio compirebbe fisicamente.
Questa digitalizzazione del movimento non è solo un concetto teorico, ma ridefinisce l'efficienza produttiva salvaguardando l'operatività tradizionale.
Nelle macchine totalmente meccaniche, infatti, l'attrezzista può far girare la macchina lentamente a mano usando un volantino meccanico collegato all'albero principale per verificare visivamente i movimenti, controllare i punti di passaggio critici e accertarsi che gli utensili non vadano in collisione. Il grandissimo vantaggio della camma elettronica risiede nella capacità di integrarsi perfettamente in questa modalità operativa: quando l'operatore agisce sul volantino meccanico per muovere la macchina a mano, l'asse elettronico rileva lo spostamento dell'albero principale, che funge da Master, e si attiva di conseguenza. Rispettando rigorosamente la propria legge di movimento, questa slitta "Slave" avanza o arretra in perfetta sincronia con la meccanica tradizionale, esattamente come se fosse mossa da un profilo fisico in acciaio. Il risultato è un coordinamento totale tra i componenti, che elimina alla radice ogni rischio di collisione in fase di verifica.
Inoltre, una volta definita la "ricetta" di movimento di una camma e verificato il suo corretto funzionamento, il riattrezzaggio delle sue posizioni non richiede più alcun intervento manuale. Per passare ad un nuovo pezzo, infatti, basta selezionare la ricetta, o il set di ricette, direttamente dal pannello operatore (HMI). La sostituzione fisica e la messa a punto delle camme meccaniche vengono così rimpiazzate da un cambio formato digitale istantaneo; l'integrazione della camma elettronica nei punti più strategici della macchina trasforma quindi radicalmente l'efficienza produttiva, riducendo significativamente il tempo di setup: un drastico abbattimento dei tempi morti che garantisce un'elevata flessibilità, ideale anche per lotti di dimensioni ridotte.
Questo approccio ibrido, basato su camme elettroniche localizzate, offre inoltre un vantaggio netto rispetto all’integrazione di slitte CNC nelle medesime posizioni. In caso di arresto del ciclo, infatti, un asse CNC perderebbe il proprio riferimento cinematico, richiedendo una procedura di riazzeramento. Al contrario, la camma elettronica rimane costantemente vincolata e sincronizzata agli alberi portacamme meccanici: indipendentemente da pause o stop improvvisi, lo Slave conosce sempre l'esatta posizione del Master, azzerando i tempi di ripristino. Si ottiene così la precisione geometrica tipica del controllo numero, garantita da motori brushless e viti a ricircolo di sfere, combinata con una tecnologia che si integra alla perfezione con la cinematica propria del tornio meccanico.
Chiarite le basi, nel prossimo articolo entreremo nel vivo del progetto: vi racconteremo la nostra prima applicazione di una camma elettronica speciale, dedicata alla lavorazione di ripresa.
A questo link trovate una piccola anteprima video che dimostra come gli spostamenti delle due camme elettroniche vengono analizzati lentamente grazie all’utilizzo del volantino:
https://youtube.com/shorts/jVkGSquIUXE
Restate connessi!
