Nell’industria e nella robotica, i robot svolgono generalmente delle operazioni monotone che sono in grado di ripetere quasi all’infinito con precisione costante. Un nuovo tipo di cambia utensili ha trasformato la linea specializzata in grandi serie in flessibili strumenti multifunzione in grado di produrre in modo economico perfino piccole serie e pezzi singoli. L’innovativa serie di cambia utensili TKX creata dagli specialisti di IPR ha un motore Faulhaber nell’azionamento elettrico del cambia utensili automatico.
La lista dei compiti svolti dai robot si è allungata infinitamente. Comprende operazioni di presa, tenuta e manipolazione quali il serraggio e l’avvitatura fino alla schiumatura e alla saldatura. Inoltre, nella produzione di massa standardizzata si può ricorrere a robot specializzati capaci di effettuare gli stessi compiti notte e giorno. Tuttavia, numerosi processi richiedono flessibilità, come ad esempio nel caso della produzione di singoli pezzi. Ciò è importante anche per ridurre i costi di investimento. Quante più operazioni un robot è in grado di svolgere, meglio è.
È qui che entra in gioco il cambia utensili di TKX. Montato all’estremità del braccio robotizzato, può prelevare dal rack un’ampia serie di utensili diversi. Ad esempio, permette al robot di afferrare e posizionare un pezzo in lavorazione, di lavorarlo con gli utensili e infine di controllare e documentare la qualità con un sensore per contorni o una videocamera. Per riuscirci, l’adattatore necessita di passanti elettrici adeguati per le rispettive funzioni dell’utensile. Da questo punto di vista, la serie TKX fornisce tutte le opzioni possibili, oltre a varie superfici laterali per l’avvitamento di ulteriori moduli. Il principale compito del cambia utensili, però, è quello di bloccare in sicurezza l’utensile quando viene prelevato e di sbloccarlo di nuovo quando viene riposto dopo l’uso, in maniera rapida e sicura.
Sistema pneumatico o elettrico?
Tradizionalmente, molte applicazioni industriali utilizzano a tale scopo delle trasmissioni pneumatiche. La tecnologia ad aria compressa si è dimostrata efficace per decenni e si presta bene anche alla manipolazione di oggetti molto pesanti. Un sistema pneumatico, tuttavia, richiede compressori, tubazioni e un proprio sistema di controllo con numerosi componenti meccanici, il che richiede un notevole investimento in nuovi sistemi. Nei settori con maggiori requisiti di pulizia e igiene, quali la microelettronica o l’alimentare, i sistemi pneumatici sono esclusi in molti processi a causa dell’inevitabile emissione di aria compressa. Inoltre, sono assolutamente proibiti nelle camere bianche.
L’azienda IPR (Intelligent Peripherals for Robots) di Eppingen ha assistito a una significativa tendenza verso l’uso di azionamenti elettrici anziché pneumatici: “Oltre alla sicurezza igienica, i motori elettrici si caratterizzano per un uso molto più flessibile. A differenza dei collegamenti ad aria compressa, le prese elettriche sono presenti pressoché ovunque. Negli stabilimenti industriali di nuova costruzione, i sistemi pneumatici non vengono generalmente più installati. Per i cobot e i robot più piccoli nonché per le sedi decentralizzate, la soluzione preferita è quasi sempre quella elettrica”.
Il fatto che oggi gli azionamenti elettrici siano una reale alternativa ai sistemi pneumatici è legato anche alla tecnologia dei motori, come spiega Roman Batz, ingegnere di sviluppo presso IPR: “Negli ultimi anni sono stati fatti passi da gigante. Per le nostre applicazioni, abbiamo bisogno di molta potenza in dimensioni estremamente compatte. Faulhaber fornisce motori in grado di tenere testa senza problemi agli azionamenti pneumatici”.
Apertura, chiusura, tenuta
In questo caso, il termine “tenuta” è inteso proprio nel senso di “mantenere”: il modello elettrico attualmente più potente della serie TKX, il TKE 300, è in grado di manipolare oggetti fino a 300 chilogrammi di peso. Nella lavorazione dei metalli, i carichi pesanti quali i blocchi in ghisa o i pezzi forgiati di grandi dimensioni, sono movimentati da robot. La forza di trazione della loro massa totale agisce quindi sull’anello di bloccaggio del cambia utensili TKX. La coppia erogata dal motore in modalità standby sarebbe di per sé già sufficiente per garantire una tenuta sicura. Tuttavia, per assicurare un fissaggio particolarmente affidabile, IPR ha installato anche un cinematismo ad autoritenuta, sviluppato internamente.
Un motore brushless della famiglia Faulhaber BXT fornisce la forza necessaria per le operazioni di apertura, chiusura e tenuta. Con la sua tecnologia a rotore esterno, raggiunge un rapporto di coppia rispetto al peso e al volume che non ha eguali sul mercato. Questa densità di potenza è uno dei prerequisiti della caratteristica esclusiva di vendita della nuova famiglia di prodotti offerti da IPR, che Roman Batz descrive con queste parole: “La serie TKX propone sul mercato i primi cambia utensili disponibili sulla stessa piattaforma sia con azionamenti pneumatici che elettrici e per i quali la gamma prodotti include anche una versione manuale. Ciò significa che è possibile utilizzare l’intera varietà di accessori con tutti i tipi di azionamenti senza necessità di riattrezzaggio. Inoltre, passare al funzionamento elettrico risulta alquanto semplice. In questo modo si schiudono nuove potenzialità per l’automazione robotizzata”.
Affidabili e facili da combinare
I cambia utensili TKE saranno disponibili in sette misure per la manipolazione di pezzi da 3 a 300 chilogrammi. La versione elettrica della famiglia di prodotti copre dunque un’ampia serie di applicazioni, dai robot leggeri alle applicazioni fisse. Le dimensioni dei motori BXT utilizzati vengono adattate all’applicazione.
“La gamma di dimensioni e l’ampia selezione di ingranaggi appropriati per una riduzione ottimale in ogni caso hanno rappresentato per noi un importante criterio di scelta”, spiega Roman Batz. “I robot devono riuscire a raggiungere un numero di cicli a sette cifre senza manutenzione. Pertanto, l’unica opzione era usare un motore brushless con la massima qualità di elaborazione possibile. Quest’ultimo deve essere semplice da controllare e gestire senza un controllo aggiuntivo: a questo provvede il controllo di velocità integrato. Infine, ma non da ultimo, i componenti devono essere in grado di sopportare temperature fino a +80 °C”.
Per tutti i micromotori, IPR si rifornisce da Faulhaber. “La collaborazione tra le due aziende è iniziata molti anni fa, ben prima del mio arrivo”, racconta l’ingegnere di sviluppo. Oltre alla straordinaria qualità dei prodotti, vi sono altri aspetti che reputa importanti: “Prima di tutto, il design estremamente semplice delle combinazioni motore-riduttore presenti sul sito Web di Faulhaber. Basta solo qualche clic per farsi subito un’idea generale. Le specifiche tecniche sono descritte accuratamente e quando si tratta di calcolare con precisione gli aspetti più dettagliati, quali efficienza, consumo energetico, andamento della temperatura nel tempo ecc., ricevo sempre tutto il supporto di cui ho bisogno”.