Mai così tanta attenzione al controllo di processo della macchina utensile. I costi di produzione sono elevati, il personale scarseggia, i cicli di lavorazione devono soddisfare una domanda personalizzata che obbliga frequenti riconfigurazioni e settaggi macchina. L’esigenza espressa da molte imprese è aumentare i volumi di produzione riducendo errori e scarti. «Rendere più performanti i cicli di lavorazione e automatizzare i processi sono esigenze sempre più sentite, afferma Roberto Rivetti, amministratore delegato di Renishaw Italia. Tutti i nostri prodotti sono dimensionati e concepiti in funzione del tipo di macchina in cui devono essere installati. Torni, fresatrici, centri di lavoro, stampanti 3D, a ciascuno la sua configurazione».
L’interfaccia operatore? Attraverso il controllo numerico oppure via app con un semplice smartphone. Come dire, massima facilità di utilizzo anche da parte di chi non è esperto di programmazione: una volta stabilito cosa si vuole ottenere, l’app restituisce le righe di codice per eseguire uno specifico controllo. Dagli anni settanta a oggi la multinazionale inglese continua a innovare per fare in modo che i processi siano eseguiti con la massima rapidità, accuratezza, stabilità e flessibilità possibile. Detiene oltre 1.800 brevetti e investe in ricerca e sviluppo circa il 15% del fatturato. Mercati target? L’automotive, innanzitutto, e poi l’aeronautica, la meccanica di precisione, il medicale, il nautico e il ferroviario. «Siamo trasversali a ogni processo industriale, dice Rivetti. Quello che ci distingue è la capacità di fare controllo di processo dall’inizio alla fine per poi arrivare alla validazione metrologica. Non ci sono altre aziende in grado di intervenire in tutte le fasi con prodotti specifici».
Ridurre il tempo necessario per produrre e ispezionare i componenti, mantenere il funzionamento delle macchine sicuro e affidabile, Renishaw è controllo di processo e di misura per la sostenibilità produttiva del settore manifatturiero. Fondata nel 1973 dall’attuale presidente David McMurtry, fatturato di 671 milioni sterline, ha il suo quartiere generale nel Regno Unito e filiali in tutto il mondo. Il primo prodotto commercializzato è stata una sonda a contatto per eseguire ispezioni sui motori Olympus Rolls Royce utilizzati sugli aerei Concorde. Sistemi per automatizzare il presetting utensili e la misura dei pezzi, encoder per il controllo movimento, sistemi di interferometria laser per la valutazione delle prestazioni macchina, stampa 3d di metalli per produzione di grandi volumi, ecco la fotografia a 360 gradi di Renishaw.
Controllo di processo end to end, dalla verifica macchina al settaggio utensile
I tool di Renishaw aiutano gli operatori a far sì che il pezzo venga eseguito nei limiti di tolleranza stabiliti. Il controllo avviene per tutte le fasi di processo, a partire dalla verifica della macchina: è nella condizione corretta per eseguire il lavoro assegnato? Lo stabiliscono gli strumenti che verificano gli assi lineari e rotativi della macchina, generando un’informazione puntuale e precisa che consente di passare alla fase successiva, quella della produzione del pezzo. «A questo punto si devono mettere gli utensili nella condizione di essere riconosciuti dal controllo macchina, spiega il manager. Lo si fa con i sistemi di presetting, che servono a determinare lunghezza, diametro e, in alcuni casi, la forma stessa dell’utensile». Una volta settata la macchina e gli utensili viene caricato il pezzo da lavorare che deve essere allineato individuando il punto di origine della lavorazione, operazione che viene fatta in automatico con l’utilizzo di apposite sonde. Sistemata la macchina, gli utensili e il pezzo da lavorare, si può partire con la produzione. «A fine operazione con la sonda di presetting è possibile controllare l’usura dell’utensile e inviare le informazioni alla tabella correttori del controllo numerico per compensare un’eventuale usura, dice Rivetti. Allo stesso modo è possibile verificare che la lavorazione sia conforme alle aspettative nel rispetto della banda di tolleranza precedentemente definita. Quest’ultima operazione può essere fatta direttamente in macchina, attraverso sonde, oppure con un sistema esterno»
Obiettivo numero uno: garantire la stabilità della produzione dal primo all’ultimo pezzo
«Interventi correttivi di processo sono indispensabili, dice Rivetti. L’utensile lavora e si usura. Se al termine di una serie di lavorazioni la misura scende da 10 a 9,98 millimetri, quest’informazione viene passata al controllo numerico che compensa la lavorazione in modo tale da poter eseguire il pezzo nello stesso identico modo in cui sono stati prodotti i primi pezzi. Se la misura del pezzo è in eccesso, si può intervenire con opportune correzioni, se in difetto, diventa uno scarto. L’obiettivo del controllo di processo è di non essere mai in una condizione di difetto. Il controllo di processo fa sì che l’utensile lavori esattamente come la prima volta, compensando di volta in volta eventuali alterazioni. Se con la verifica dell’utensile il diametro risulta variato, la correzione compenserà la variazione. Va da sé – aggiunge Rivetti – che senza strumenti di questo tipo il numero di scarti è maggiore. Il controllo di processo serve a garantire stabilità e ripetibilità della produzione. L’obiettivo non è tanto la precisione di per sé stessa. Micron o centesimi di millimetro. Quello che conta è mantenere invariata la qualità del processo». La macchina è per definizione imperfetta perché opera in un contesto dinamico, bisogna tenere sotto controllo le variabili che influiscono sulla stabilità della macchina nel tempo, le variazioni termiche, l’usura utensile, mille ragioni. Obiettivo di Renishaw è diminuire questa variabilità fino a portarla a un livello accettabile. Come spiega Rivetti, «Grazie al controllo su assi lineari e rotativi, sull’utensile, sulla definizione origine pezzo si tengono sotto controllo tutte le variabili che possono influire negativamente sulla lavorazione. A fine ciclo, si esce dalla zona di controllo di processo e si entra nella misura metrologica, che serve a validare il pezzo: certifica che la lavorazione è stata eseguita rispettando le caratteristiche che ci eravamo prefissati».
Controllo di processi su stampanti 3D per produzione additiva in metallo
Il controllo di processo è possibile applicarlo anche alla manifattura additiva impostando alcune delle caratteristiche che i sistemi Renishaw offrono per controllare cosa sta succedendo. «Nell’additive non c’ è ancora uno sviluppo così forte sul controllo di processo in automatico però si possono mettere sotto controllo una serie di parametri per mantenere il processo stabile con la ragionevole certezza che il pezzo venga prodotto conforme alle aspettative, afferma Rivetti. Rispetto a una macchina utensile non ci sono strumenti come le sonde, bisogna tenere sotto controllo altri valori, la forza di fusione, il flusso del gas, tutti quei parametri che possono determinare delle devianze». Accanto a soluzioni di controllo, le macchine Renishaw per la stampa 3D sono pensate per la produzione di piccoli e grandi volumi di pezzi in metallo e prevedono il ricircolo automatico delle polveri (non è più richiesto l’intervento dell’operatore per raccoglierla, setacciarla e rimetterla in macchina). La gamma spazia da modelli monolaser a modelli multilaser e possono essere impostate per lavorare uno o più materiali. La RenAM 500Q, una delle ultime stampanti compatte introdotta da Renishaw, è per esempio dotata di quattro laser, un sistema di setacciamento automatico delle polveri e un ambiente brevettato per la preparazione dell’atmosfera. «Grazie alla sua elevata produttività, la RenAM500Q è in grado di realizzare produzioni in metallo in grandi volumi con un rapporto qualità prezzo assolutamente competitivo», afferma Rivetti.
Investire in controllo di processo per ridurre i costi di aggiornamento dei cicli di lavorazione
«Nella produzione attuale sono ormai all’ordine del giorno frequenti settaggi e cambi utensili. Tutte operazioni che portano via tempo e introducono un potenziale errore. Ebbene, più sono frequenti queste operazioni, più ha senso investire nel controllo di processo», dice Rivetti. Il tempo di ammortamento della soluzione può essere stabilito incrociando numero di applicazioni, numero di settaggi e numero di utensili associati all’utilizzo della specifica macchina. Inseriti questi dati si calcola il tempo di ammortamento. Se ho tenuto sotto controllo assi lineari e rotativi, se ho impostato gli utensili e l’origine del pezzo correttamente, controllato l’esito di ogni lavorazione, che cosa succede in sala metrologica? «In questo caso lo scopo della misura non è trovare l’errore ma validare il pezzo, dice Rivetti. Gli errori vanno risolti a valle, nel controllo di processo, con le sonde e i vari sistemi di controllo macchina. E’ il controllo di processo che mi da la sicurezza di poter produrre dei pezzi esenti da errori. C’è chi fa controllo di processo quando deve iniziare una nuova produzione, oppure su intervalli di tempo, ogni 5 o 100 pezzi, dipende da quanto le variabili possono influire sulla produzione».
