ITBS20010102A1 - Macchina utensile automatica, e metodo di processo, per effettuare operazioni meccaniche multiple combinando processi di lavoro differenti. - Google Patents

Description

D E S C RI Z I O N E

del BREVETTO per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

“MACCHINA UTENSILE AUTOMATICA, E METODO DI PROCESSO, PER EFFETTUARE OPERAZIONI MECCANICHE MULTIPLE COMBINANDO PROCESSI DI LAVORO DIFFERENTI”

Campo del'Invenzione

La presente invenzione è diretta al settore delle macchi utensili a postazioni multiple con più unità, teste operatrici o mandrini. Più specificamente, l’invenzione si riferisce a una macchina utensile automatica perfezionata per l’esecuzione di processi di lavoro distinti, nonché a un metodo di lavorazione di pezzi con una tale macchina.

Stato dell’Arte

Nel campo delle macchine utensili, per ottenere una produzione più elevata di quella permessa da macchine tradizionali che eseguono sequenzialmente sul pezzo le operazioni meccaniche necessarie per la sua lavorazione, si possono impiegare più macchine identiche, costituendo così una batteria di mezzi di produzione identici, che operano contemporaneamente, o porre in opera macchine ad elevata produzione a postazioni multiple dotate di più unità, teste operatrici o mandrini (da qui in avanti chiamati semplicemente unità). Inoltre esistono anche macchine in grado, esse stesse, di lavorare due o più pezzi contemporaneamente e anche le macchine a postazioni multiple possono essere realizzate per lavorare due o più pezzi contemporaneamente.

L'incremento di produzione può avvenire producendo più pezzi nel tempo altrimenti necessario per lavorare un solo pezzo, oppure producendo un pezzo in un tempo inferiore a quello altrimenti necessario, suddividendone la lavorazione in più operazioni eseguite contemporaneamente in postazioni di lavoro successive.

La prima soluzione indicata consente di incrementare la produzione, ma determina maggiori costi di attrezzatura e di attrezzamento e un notevole impegno di spazio e di personale di sorveglianza e di manutenzione per la pluralità dei mezzi impiegati.

La seconda soluzione permette di migliorare la produttività per unità di tempo, in quanto consente di produrre un pezzo finito in un tempo inferiore. E’ il caso delle macchine utensili del tipo a trasferta, delle macchine di tornitura multimandrino e simili. Il pezzo da lavorare segue un percorso definito, venendo esso spostato, tramite un meccanismo di trasferimento - quale per esempio una tavola girevole o un tamburo nelle macchine transfer circolari o un tamburo dei mandrini (rotore) nelle macchine di tornitura multimandrino - attraverso una serie di n postazioni di lavoro, in ciascuna delle quali operano una o più unità che eseguono una o più operazioni della sequenza prevista.

Dato che in ogni istante sono contemporaneamente in lavorazione n pezzi, ciascuno ad uno stadio di lavorazione differente a seconda della postazione in cui il pezzo si trova, il processo può essere identificato, qui e nel prosieguo della descrizione, come "esecuzione contemporanea di operazioni differenti in sequenza " o più semplicemente "processo sequenziale".

In questo processo la produttività è condizionata dalla durata dell'operazione più lunga non divisibile, vale a dire che non può essere interrotta in una postazione e ripresa in una successiva. Tale operazione, con l'aggiunta del tempo di trasferimento del pezzo semilavorato fra una postazione e la successiva, determina il tempo ciclo del processo. Il tempo eliclo è tanto inferiore quanto più la lavorazione del pezzo può essere frazionata in diverse operazioni e quanto più queste hanno durata simile.

Talvolta, però, una o più operazioni risultano particolarmente più lunghe di ogni altra e un buon bilanciamento delle durate non è realizzabile. Operazioni lunghe indivisibili, o non divisibili senza intaccare la qualità del pezzo finito, possono essere per esempio forature a cannone, lunghe operazioni di finitura o qualunque sequenza di operazioni che richieda di essere effettuata dalla medesima unità o nella medesima postazione. La presenza di una o alcune operazioni lunghe limita la produttività di una macchina operante con il processo di "esecuzione contemporanea di operazioni differenti in sequenza", rendendola poco competitiva nella lavorazione di determinati pezzi, dato che non consente di ridurre sensibilmente i tempi di produzione, a meno di frazionare l'esecuzione in postazioni successive con implicazioni negative sulla qualità del pezzo lavorato. In sostanza, rincremento di produttività, ovvero la qualità di lavorazione, ottenibile con le tipiche macchine per alte produzioni trova un limite nella presenza di lunghe operazioni indivisibili.

Per la lavorazione di pezzi che includono nella loro sequenza di lavoro operazioni particolarmente più lunghe delle altre, la tecnica attuale non consente l'impiego di un'unica macchina ad elevata produzione a stazioni multiple, ma prevede l'adozione di linee di produzione composte da più macchinari. Per la lavorazione di determinati pezzi, allo stato attuale della tecnica, debbono, per esempio, essere installate e gestite complesse linee di produzione composte da macchine a trasferta o tomi multimandrino e da una pluralità (batteria) di macchine identiche che effettuano in parallelo fra loro le operazioni lunghe. I pezzi semilavorati ottenuti con una macchina a postazioni multiple vengono trasferiti a una pluralità di macchinari che lavorano in parallelo e, talvolta, ripresi nuovamente su un’altra macchina a postazioni multiple per l'esecuzione di altre operazioni di durata più breve. Ciò comporta ovviamente ingombri notevoli e la necessità di vari operatori per la sorveglianza e la manutenzione dell'impianto. Inoltre, complesse movimentazioni di pezzi semilavorati comportano rischi di danneggiamento dei pezzi e la presenza di magazzini intermedi determina inerenti costi di stoccaggio.

Scopi e Sommario deirinvenzione

Scopo della presente invenzione è di creare le condizioni ottimali per consentire un incremento di produttività nelle situazioni succitate, combinando processi di lavorazione differenti nell’ ambito di un solo macchinario collocabile in opera e gestibile unitariamente.

Un altro scopo deirinvenzione è di fornire una macchina composita per operazioni multiple che permetta di non frazionare in postazioni di lavoro differenti le lavorazioni ritenute critiche per la qualità del pezzo, senza che questo ne limiti la produttività.

Un altro scopo ancora dell’invenzione è di proporre un metodo innovativo per effettuare in una stessa macchina lavorazioni/operazioni che richiedono un tempo anche molto diverso di esecuzione.

Detti scopi, e gli inerenti vantaggi che ne derivano, sono raggiunti con una macchina utensile automatica secondo almeno la rivendicazione 1 e con un metodo di lavorazione secondo almeno la rivendicazione 6.

Effettivamente l’invenzione è diretta a una macchina utensile di nuova concezione che combina e integra in un unico macchinario i mezzi operativi per due processi differenti:

• "V esecuzione contemporanea di operazioni differenti in sequenza ", tipica di talune macchine, quali le macchine transfer e i tomi multimandrino;

• "l'esecuzione parallela di una sequenza di altre operazioni ", che però viene "scalata temporalmente" (ovvero l'esecuzione di queste altre operazioni, ad opera di un numero sufficiente di unità di lavoro, non avviene in parallelo, ma con un tempo di inizio e di fine scalato fra loro).

Breve descrizione dei disegni

Maggiori dettagli deH’innovazione risulteranno peraltro evidenti dal seguito della presente descrizione fatta con riferimento all 'allegato disegno, indicativo e non limitativo, nel quale è schematicamente rappresentata una macchina secondo l’invenzione. Descrizione dettagliata dell invenzione

La macchina qui proposta comprende essenzialmente due campi tridimensionali di movimentazione (A) e (B) che identificano due semi-aree di lavoro (A) e (B) - di seguito ognuna definita brevemente “area”. La macchina è asservita al suo interno da almeno un dispositivo di manipolazione (M) in grado di trasferire i pezzi semilavorati fra un'area e l'altra.

Nell'area (A) il pezzo viene trasferito per mezzo di un dispositivo porta-pezzi (11), quale ad esempio una tavola girevole o un tamburo, attraverso una pluralità di postazioni di lavoro (12), in ciascuna delle quali vengono eseguite una o più operazioni (normalmente differenti da postazione a postazione a seconda di un ciclo di lavoro). Ogni pezzo da lavorare viene collocato sulla tavola/tamburo e, una volta terminate le lavorazioni, rimosso da questa mediante un meccanismo manipolatore (13) posto in corrispondenza di una postazione di carico e scarico

Nell'area (B) il pezzo viene trasferito per mezzo del dispositivo di manipolazione (M). Questo, in corrispondenza di una postazione di lavoro dell'area (A), estrae un pezzo alla volta dalla tavola/tamburo (11) portandolo nell’area (B) in corrispondenza di uno dei gruppi di lavoro (14). I gruppi di lavoro (14), presenti in numero (m) di due o più, sono fra loro identici e sono tutti destinati ad eseguire la medesima operazione o la medesima sequenza di operazioni (ad opera di uno o più utensili ed eventualmente anche di più unità operatrici). Eseguita la sequenza di operazioni previste, il pezzo viene riconsegnato alla tavola/tamburo (11) tramite il dispositivo di manipolazione (M) o analogo. I due posaggi/serraggi nelle due aree di lavoro possono essere differenti e quindi consentire eventualmente due tipologie di lavorazione differenti, come ad esempio lavorazioni a pezzo fisso nell'area (A) e a pezzo rotante nell'area (B), o viceversa.

Nell'area (A) vengono effettuate le operazioni di durata più breve, per le quali è possibile ottenere un buon bilanciamento dei tempi di esecuzione. Nell'area (B) vengono effettuate le operazioni la cui durata superiore (ad esempio doppia o tripla) avrebbe determinato un tempo ciclo notevolmente più lungo e una minore produttività del macchinario.

La tavola/tamburo (11) porta progressivamente i pezzi nelle differenti postazioni di lavoro dell’area (A) per la sequenza di operazioni ivi previste. Ad un determinato stadio di lavorazione il dispositivo di manipolazione (M) estrae dalla tavola/tamburo un pezzo semilavorato e lo trasferisce selettivamente a uno degli m gruppi di lavoro che operano parallelamente nell’area (B), consegnando il pezzo al primo gruppo libero (non operativo).

Nel "processo sequenziale " che si realizza nell'area (A) la produttività e il tempo ciclo sono condizionati dalla durata dell'operazione più lunga da effettuarsi nelle postazioni di lavoro (12) dell'area (A). Nel "processo parallelo" che si realizza nell'area (B), la produttività (numero di pezzi nell'unità di tempo) viene ottenuta simile a quella del processo dell'area (A) grazie ad un numero sufficiente di gruppi identici (14). Per quanto riguarda il tempo ciclo, l'inizio e la fine delle operazioni presso ciascuno dei gruppi (14) vengono scalate dall'inizio/fine delle lavorazioni presso il gruppo successivo di un tempo pari alla durata della sequenza di operazioni realizzate nell’area (B) diviso per il numero m dei gruppi. Questo valore determina il valore minimo del tempo ciclo ottenibile in area (B) e il tempo intercorrente fra quando si libera un gruppo da quando si libera il successivo. Il valore maggiore dei tempi ciclo dei due processi determina il tempo ciclo complessivo dell'impianto tciclo

Come evidenziato dal disegno, nell'area (B) operano due o più gruppi (14) che eseguono ognuno la stessa sequenza di operazioni, il numero m di questi gruppi essendo tale da poter consentire la medesima o simile produttività del processo che si realizza nell’area (A), pur in presenza di operazioni più lunghe da effettuarsi. Tramite il dispositivo di manipolazione interposto (M), gli m gruppi che operano nell'area (B) ricevono ognuno ad ogni tcici0 un pezzo parzialmente lavorato. I vari gruppi operano con un tempo d'inizio scalato temporalmente di tcici0, terminando così le loro operazioni con un tempo scalato di tciclo, tale da consentire allo stesso dispositivo di manipolazione (M) (o eventualmente ad altro manipolatore ausiliario) di riprendere il pezzo lavorato in area (B) e riconsegnarlo nuovamente nella stessa postazione di lavoro dell’area (A) dal quale è stato prelevato o in una postazio successiva. Poi si può procedere, se necessario, al completamento della lavorazione del pezzo nell’area (A) od eseguire operazioni di montaggio o di controllo, o semplicemente realizzare lo scarico del pezzo in un pallet da parte del manipolatore di carico/scarico predisposto per asservire l’area (A).

Il tempo ciclo del macchinario risulta pertanto determinato dal "processo sequenziale" realizzato nell'area (A) o nel "processo parallelo scalato" realizzato nell'area (B), ma non più limitato dalla durata delle operazioni lunghe indivisibili, consentendo miglioramenti di produttività di circa m volte quelli consentiti dalle usuali macchine ad elevata produzione.

Qualora sia possibile con il metodo descritto caricare, lavorare e trasferire due o più pezzi contemporaneamente (così come già avviene in macchine transfer a doppia/multipla produzione) è possibile incrementare ulteriormente la produzione, producendo due o più pezzi per ciclo.

Claims (14)

1. RI V E N D I C A Z I O N I 1. Macchina utensile automatica per l’esecuzione di lavorazioni/operazioni multiple su un pezzo in più postazioni di lavoro caratterizzata dal comprendere: una prima semi-area di movimentazione e di lavoro (A) per delle prime determinate operazioni di una data durata, a partire da una postazione di carico e scarico del pezzo; una seconda semi-area (B) per almeno un’altra operazione intercalata tra dette prime operazioni eseguite nella prima area (A) ed avente una durata maggiore di dette prime operazioni; e almeno un dispositivo di manipolazione intermedio (M) per il trasferimento di ogni pezzo dalla prima area (A) alla seconda area (B) per effettuare dette seconde operazioni e riportare poi il pezzo nella prima area (A) per procedere ad eventuali altre operazioni o allo scarico del pezzo.
2. 2. Macchina utensile automatica secondo la rivendicazione 1 in cui la prima semi-area di lavoro (A), la seconda semi-area di lavoro (B) e il dispositivo di manipolazione intermedio (M) formano un unico complesso riuniti in una singola macchina.
3. 3. Macchina utensile automatica secondo le rivendicazioni 1 e 2, in cui detta prima area (A) include una tavola girevole o tamburo porta-pezzi, e detta seconda area (B) comprende due o più gruppi di lavoro, riforniti selettivamente da detto manipolatore, e dove detti gruppi hanno dispositivi di serraggio del pezzo fissi oppure rotanti.
4. 4. Macchina utensile automatica secondo le rivendicazione 1 e 2, in cui detta prima area (A) include un tamburo porta-mandrini, detta seconda area (B) comprende due o più gruppi di lavoro, riforniti selettivamente da detto dispositivo di manipolazione, e dove detti gruppi hanno dispositivi di serraggio del pezzo fissi oppure rotanti (mandrini), per l'esecuzione di lavorazioni a pezzo fisso oppure a pezzo rotante.
5. 5. Macchina utensile automatica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui una delle lavorazioni/operazioni da effettuare non è frazionabile, caratterizzata dall’affiancamento ad un’area di lavoro (A) a postazioni multiple di una seconda area di lavoro (B) dove si realizza la lavorazione/operazione non frazionabile con l’impiego di due o più gruppi di lavoro che lavorano parallelamente.
6. 6. Metodo per effettuare lavorazioni/operazioni multiple su un pezzo in postazioni di lavoro successive destinate ciascuna ad una determinata lavorazione/operazione comprendente i passi di: - caricare almeno un pezzo in una prima postazione di una prima area di lavoro (A); - trasferire il pezzo ad almeno una successiva postazione di lavoro della prima area di lavoro (A); - rimuovere e trasferire il pezzo da detta successiva postazione di lavoro ad una seconda area di lavoro (B), comprendente due o più gruppi di lavoro per effettuare almeno un’altra lavorazione del pezzo; - riportare il pezzo nella postazione di lavoro della prima area di lavoro dalla quale era stato rimosso o in una postazione successiva, per effettuare almeno un’ulteriore lavorazione/operazione o lo scarico del pezzo dalla prima area di lavoro; e dove rimozione e trasferimento del pezzo dalla prima area alla seconda area di lavoro è effettuato consegnando selettivamente i pezzi a uno dei gruppi di detta seconda area di lavoro, e detta altra lavorazione del pezzo in detta seconda area di lavoro richiede un tempo più lungo di ogni altra lavorazione/operazione in ognuna delle postazioni della prima area di lavoro.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 6, nel quale lavorazioni/operazioni nella prima area (A) sono effettuate con pezzo fisso e nella seconda area condotte a pezzo rotante.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 6, nel quale lavorazioni/operazioni nella prima area (A) sono effettuate a pezzo rotante e nella seconda area condotte a pezzo fisso.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 6, nel quale il tempo ciclo del processo è indipendente dalla durata della lavorazione/operazione più lunga da effettuarsi, ma maggiore fra due valori: la durata della lavorazione/operazione più lunga eseguita nelle postazioni di lavoro dell'area (A), e la durata della sequenza di operazioni realizzate in area (B) diviso per il numero dei gruppi che ivi operano con processo "parallelo scalato".
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 6, nel quale il tempo ciclo nella prima area (A) corrisponde alla durata della lavorazione/operazione più lunga eseguita nelle postazioni di lavoro in deta prima area, e il tempo ciclo della seconda area (B) è ricondoto ad un valore simile, moltiplicando il numero di gruppi di lavoro in deta seconda area che eseguono la stessa sequenza di operazioni.
11. 11 . Metodo secondo la rivendicazione 6, nel quale la lavorazione eseguita da ogni gruppo nella seconda area di lavoro (B) ha un tempo di esecuzione maggiore di ogni operazione/lavorazione eseguita presso ognuna delle postazioni della prima area di lavoro (A) e ogni gruppo nella seconda area di lavoro (B) effettua la stessa sequenza di operazioni.
12. 12. Metodo per l'esecuzione di lavorazioni/operazioni multiple su un pezzo in più postazioni di lavoro caraterizzato dal combinare processi di lavorazione differenti realizzati in due semi-aree di lavoro (A, B) comprendenti meccanismi di trasferimento dei pezzi fra postazioni di lavoro successive e da un'area all'altra.
13. 13. Metodo per l esecuzione di lavorazioni/operazioni multiple su un pezzo in più postazioni di lavoro secondo la rivendicazione 12 e dove una delle lavorazioni/operazioni da effettuare non è frazionabile, caraterizzato dall 'affrancamento ad un’area di lavoro a postazioni multiple di una seconda area di lavoro nella quale si realizza la lavorazione/operazione non frazionabile con l’impiego di due o più gruppi di lavoro che lavorano parallelamente.
14. 14. Macchina utensile automatica e metodo di processo per effettuare operazioni meccaniche multiple, come sostanzialmente sopra descritto, illustrato e rivendicato per gli scopi specificati.