Assemblaggio di piccoli componenti preciso e a tutta velocità con i motori di Faulhaber

L’automazione compatta è un sistema meccatronico che esegue in modo autonomo tutta una serie serie di passaggi produttivi consecutivi. Il termine compatto si riferisce alle piccole dimensioni, nell’ordine del millimetro e del centimetro, dei prodotti da lavorare. La progettazione e la costruzione di tali impianti è una delle attività principali del produttore austriaco di macchinari Stiwa. Il suo sistema modulare LTM-CI è stato ottimizzato per l’assemblaggio di piccoli componenti. I micromotori lineari e rotanti di Faulhaber svolgono compiti fondamentali in questi sistemi.

La valvola è composta da pochissimi componenti ed è lunga appena otto millimetri. Fa parte del sistema antibloccaggio delle ruote di un importante fornitore di automobili che ogni anno ne richiede quantità a sette cifre. Per far fronte a questo livello di quantitativi, la produzione deve lavorare ad intervalli di mezzo secondo. Ovviamente tutto ciò avviene in modo del tutto automatico e ad una velocità tale che l’occhio umano riesce a malapena a seguire le singole fasi di assemblaggio.

I singoli componenti vengono innanzitutto trasportati da contenitori di stoccaggio, poi separati con l’ausilio di un vibratore ed infine correttamente posizionati su un nastro trasportatore, pronti per il loro primo passaggio produttivo. Giungono così nella rispettiva stazione di appartenenza, dove delicate pinze li prelevano e li assemblano o li lavorano diversamente. Osservando il macchinario al lavoro, l’attenzione viene catturata dallo spettacolo offerto dal trasporto fluido dei nastri trasportatori, combinato con i rapidi movimenti angolari delle pinze che insieme danno vita ad un ritmo e ad un intreccio unici.

Il macchinario che esegue questi complessi movimenti con una sincronizzazione precisa è un sistema di automazione compatta della serie LTM-CI di Stiwa. È concepito per prodotti con una diagonale spaziale di massimo 30 millimetri ed è, esso stesso, il risultato di un processo di miniaturizzazione, come ci spiega Roland Schiermayr, responsabile del reparto di ricerca e sviluppo dell’automazione: “Un cliente dell’Austria occidentale che produce ammortizzatori per un rinomato rivenditore di mobili, ogni anno ordina milioni di questi componenti. La società voleva acquistare un nuovo macchinario per la produzione, perché quello esistente era lungo 10 metri: una lunghezza davvero eccessiva per la produzione di piccoli componenti di pochi centimetri in un sito di produzione nel cuore di una stretta valle alpina. È stato proprio questo che ci ha spinto a sfruttare appieno tutte le possibilità offerte dalla miniaturizzazione”.

Dal lavoro svolto dal team di sviluppo è nato il macchinario ad automazione compatta descritto sopra o, per essere più precisi, una piattaforma di automazione che a seconda della configurazione e dell’equipaggiamento adottato, può arrivare fino a 3 o 4 metri. La base è costituita da un sistema di trasporto rigidamente collegato mentre gli altri componenti del sistema dipendono dalle necessità e dalle specifiche del cliente. “Possiamo integrare fino a 22 moduli funzionali, ognuno di 90 millimetri di larghezza, per fasi di lavoro diverse”, ha spiegato Christian Mersnik, che ha partecipato allo sviluppo sin dal primo giorno. “Queste funzioni comprendono, ad esempio, il pick-and-place, la saldatura laser fino a cinque gradi di libertà, l’avvitatura, la pressatura, l’etichettatura nonché processi di test e di misurazione”.

L’automazione compatta è stata molto apprezzata dai clienti. A colpirli, tra i vari aspetti, sono state la fluidità e l’uniformità dei movimenti, senza urti né vibrazioni, in grado di garantire un processo stabile. Un cliente ha paragonato il sistema ad una macchina da cucire. Con LTM-CI, i tempi di ciclo sono scesi a quasi mezzo secondo, il che equivale ad un significativo balzo in avanti in termini di produttività.

Gli azionamenti utilizzati negli attuatori all’interno del macchinario contribuiscono in modo determinante alla fluidità del movimento e all’alta velocità. Nelle loro prime versioni, venivano utilizzati motori elettrici con una categoria di dimensione completamente diversa; per l’automazione compatta gli sviluppatori hanno scoperto i prodotti di Faulhaber. Nel sistema LTM-CI ora riveste un ruolo fondamentale il motore lineare LM 1247, che opera su una ventina punti nel sistema, comprese le unità di arresto (valvole che interrompono il flusso del materiale) e le pinze. Uno dei maggiori punti di forza dei motori lineari Faulhaber è la loro velocità estremamente elevata. Questo azionamento genera anche un’enorme spinta: con soli 12,5 mm di larghezza e 19,1 mm di altezza, produce una forza continua di 3,6 Newton. “A piena potenza raggiunge addirittura 10,7 Newton”, sottolinea Roland Schiermayr. “Sul mercato non esiste un altro motore lineare compatto con una tale densità di potenza”.

Gli ingegneri di Stiwa hanno espresso lo stesso apprezzamento per il motore brushless della serie BX4 2250. Nella movimentazione a portale dell’automazione compatta, questo motore aziona le unità girevoli che spostano gli utensili o i componenti in una determinata posizione. Oltre ai punti di forza tipici dei motori Faulhaber, nella fase di scelta dell’azionamento più adatto, ha giocato un ruolo chiave la disponibilità di un accessorio, come spiega Christian Mersnik: “In questo punto del sistema abbiamo bisogno di un livello di precisione e di ripetibilità estremamente elevato. Ecco perché per noi è stato determinante che Faulhaber fosse in grado di fornire un motore con un encoder assoluto multigiro adeguato. I segnali provenienti da questo encoder sono necessari per ottenere una qualità di produzione elevata e per garantirne la qualità”.

Ma per Stiwa a fare la vera differenza sono la longevità e l’affidabilità a lungo termine di tutti i componenti. L’azienda garantisce ai suoi clienti un funzionamento del sistema di automazione compatta privo di intoppi per almeno 60 milioni di corse: un numero che tutti i componenti mobili tra cui, ovviamente, anche i motori devono raggiungere. «Sottoponiamo a test di resistenza sia i nostri componenti che quelli acquistati esternamente», spiega Roland Schiermayr. “Durante questi test cerchiamo di distruggere i componenti usurandoli e sottoponendoli a condizioni sfavorevoli. Solo quei componenti che riescono a superare i test di resistenza vengono montati sui macchinari. I motori di Faulhaber hanno dimostrato di saper far fronte a requisiti così estremi. Ci aiutano a raggiungere eccellenti risultati con un ingombro minimo e tempi di ciclo più brevi possibili”.

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