Sistemi di Produzione: Concetti Chiave

Ecco le note di studio del testo fornito:

• Un sistema di produzione (SP) è un insieme integrato di macchinari e risorse umane che esegue operazioni di trasformazione o montaggio
• Le macchine integrate includono macchine utensili, sistemi di movimentazione, attrezzature di bloccaggio e computer di controllo
• Le macchine possono essere manuali, semiautomatiche o completamente automatiche

Classificazione dei macchinari

• Manuali: gestiti direttamente dall'uomo, che fornisce controllo ed energia
• Semiautomatici: automatizzano alcune fasi, con l'uomo che gestisce le restanti
• Completamente automatici: operano senza la presenza umana, anche per lunghi periodi

Componenti del Sistema di Produzione

• Stazione di lavoro: area dove si svolge una specifica operazione
• Sistema di movimentazione: carica, scarica e posiziona i pezzi
• Procedure di carico: inizia con il pezzo prelevato da una posizione esterna all'unità di lavoro.
• L’attrezzatura fissa assiste nel bloccaggio del pezzo.
• Gestione del percorso dei pezzi tra le stazioni in modo manuale o automatico, singolarmente o in lotti.
• Percorso fisso o variabile, e l'utilizzo di attrezzature pallet per il trasporto.

Funzioni del Computer nei Sistemi Moderni

• Nei moderni SP un computer coordina e supervisiona le operazioni.
• Supporto all'operatore: guida e istruzioni per l'assemblaggio, controllo della coppia di serraggio.
• Download programmi di lavoro per macchine a CN.
• Gestione delle operazioni: gestisce il ciclo di produzione direttamente o indirettamente.
• Controllo della movimentazione: coordina il sistema di movimentazione col ciclo di lavoro.
• Schedulazione della produzione: localmente in alcune situazioni.
• Diagnostica dei guasti: semplifica riparazioni e riduce i fermi macchina.
• Controllo qualità: ispezione quote a bordo macchina, interagendo con la macchina.
• Statistica: monitora lo stato della macchina e genera report.

Sistemi di Lavorazione vs. Sistemi di Assemblaggio

• Sistemi di lavorazione o linee di montaggio distinguono le attività svolte
• La geometria del pezzo (rotazionale o prismatica) influenza la movimentazione
• Il numero di stazioni di lavoro impatta la complessità e produttività del ciclo

Parametri Caratteristici

• Livello di automazione: misurato con l'indice di presidio (M), che definisce il livello di lavoro umano necessario.
• Indice Medio di Presidio M = sommatoria(wu + wi) / n, con wu operai indiretti, wi operai diretti, n stazioni
• Capacità di gestire varianti: impossibilità, gestione a lotti o gestione casuale (mix di prodotti).

Archetipi di Sistemi di Produzione

• Tipo 0: stazione singola con operatore (n=1, w=1, M=1).
• Tipo 1: stazione singola non sorvegliata (n=1, w<1, M<1).
• Tipo 2: sistema a più stazioni tutte sorvegliate (n>1, wi=1, M>1).
• Tipo 3: sistema a più stazioni completamente automatico (n>1, wi=0, M<1).
• Tipo 4: sistema ibrido con stazioni sorvegliate e automatiche (n>1, wi=0/1, M<1).

Tipologie di Sistemi Rispetto alla Flessibilità e alla Produzione

• Sistemi rigidi: per parti identiche con macchinari progettati per efficienza e automazione rigida.
• Sistemi flessibili: per famiglie di prodotti simili, richiedono riattrezzaggio e automazione flessibile..
• Sistemi che gestiscono mix di produzione con il massimo grado di flessibilità(senza riattrezzaggio).

Curva di Apprendimento

• Tempo per ciclo di produzione si riduce con il numero di pezzi prodotti
• Nei sistemi automatizzati, l'apprendimento avviene con l'eliminazione di errori iniziali (bugs) e ottimizzazione umana.
• Tasso di apprendimento dipende dall'attività (Tabella X.1).
• Tempo previsto dopo n-esimo pezzo: Tn = T1 * (n^m), con m = ln(TA)/ln(2) e TA come tasso di apprendimento.

Controllo Numerico (CN)

• Strumento per flessibilità nelle macchine utensili, riducendo i tempi di riattrezzaggio.
• Evoluzione: dal controllo macchine ad asportazione di truciolo a robot e altro.

Cronologia del Controllo Numerico

• Fine II Guerra Mondiale: Uso dati numerici per muovere tavole di lavoro.
• 1949: MIT sviluppa prototipo macchina utensile a controllo numerico per U.S. Air Force.
• 1956: U.S. Air Force finanzia sviluppo macchine a controllo numerico.
• 1958: Sviluppo del linguaggio di programmazione APT.
• 1958-1960: Introduzione MU a CN in diverse industrie aeree.
• 1975-1980: Sviluppo dei primi CNC.

Generazioni di Controllo Numerico

• Hard-wired: funzioni sviluppate circuitalmente tramite componenti elettronici.
• Soft-wired o CNC: funzioni ottenute via S/W usando microprocessori.

Elementi del Controllo Numerico

• Unità di governo.
• Servomotore.
• Sistema di misura o trasduttore di posizione.
• Meccanica associata.
• Programma (part program).

Schema di Asse di Macchina a CN

• Asse possiede due anelli di regolazione: posizione e velocità.
• Anello di posizione chiuso internamente all'unità di governo (U.G.).
• Anello di velocità esterno, associato al servomotore.
• Strategie per il controllo numerico della posizione includono Cut-off e Proporzionale.
• Cut-off: il comparatore provvede ad emettere un segnale che inibisce il movimento del servomotore quando X-X = 0.
• Proporzionale: al servomotore giunge un segnale diverso da zero (riferimento di velocità) solo se : X-X ≠ 0

Tipologie di Controllo

• Controllo punto a punto: non esiste relazione funzionale tra gli assi.
• Controllo continuo: precisa relazione funzionale, richiede interpolatore per calcolare coordinate intermedie

Classificazione Unità di Governo

• 2 assi (Torni).
• 2½ assi (Fresatrici).
• 3...5 assi (Fresatrici, macchine per elettroerosione, rettificatrici, ecc.).

• 5 assi (Robot).

Interpolatore

• Funzione di interpolatore:
  • Lineare la curva viene segmentata.
  • Circolare - per ridurre il numero di dati.
  • Elicoidale - funzione speciale per la filettatura.
  • Parabolico e Iperbolico Assai poco diffuso
  • Spline Consente la valutazione dell'accelerazione locale
• Requisiti:
  • Approssimare al meglio il contorno del pezzo.
  • Controllare la velocità dell'asse.
  • Raggiungere il punto finale con la massima precisione.
  • Semplificare algoritmi per frequenze d'interpolazione elevate.

Metodi di Interpolazione Lineare

• Searchstep: retta congiungente due punti, interpolata secondo la direzione positiva dell'asse X.
• Integrazione o DDA (Digital Differential Analyzer): l'utensile deve muoversi a velocità costante tra due punti P e Pe, il problema è di calcolare ad ogni passo il valore della funzione, poiché gli incrementi sono costanti (Figura 1.6 e 1.7.)

Unità di Governo (U.G.) – Funzioni Principali

• Interfaccia uomo-macchina: colloquio con l'operatore, monitor a colori con prestazioni grafiche evolute e tastiera alfanumerica.
• Struttura H/W: basata su uno o più microprocessori (MPST).
• Interfaccia verso la macchina utensile: scambio di dati numerici e analogici.
• Architettura aperta a tre livelli: PC-based, componenti reperibili sul mercato, processori generici completamente programmabili.

Anello di Posizione

• Genera posizione x(t) con velocità che dipende dalla velocità di avanzamento (vf).
• Applica segnale d'errore &x; segnale n0 di riferimento per il controllo del motore n0 = k*&x.
• Velocità dell'asse v₁ = x = k’*n.
• Diagramma spazio-tempo rappresentato da una retta: x = x0 * t + C
• Guagliano dell'anello di velocità:-kv=x/ε

Capitolo 2: Trasduttore di Posizione

Trasduttori di Posizione

• Dispositivi distinti in base al segnale (digitale o analogico), modo di indicazione (incrementale o assoluto) e modo di effettuare la misura (diretto o indiretto).
• Trasduttori digitali: quantificazione dello spostamento e scanner fotoelettrico.
• Trasduttori analogici: tipo elettromagnetico (resolver ed inductosyn).

L'Encoder

• Trasduttore incrementale d'angolo con sistema di scansione in luce trasmessa.
• Disco di vetro con alternarsi tratti trasparenti/opachi.
• Scanner con 4 serie di incisioni sfasate di ¼ di passo e trasduzione del segnale

Riga Ottica

• Analoga lineare dell'encoder
• Griglia trasparente o acciaio con reticolo in oro.
• Testina di lettura con fotocellule ed elettronica.

Trasduttori Analogici

• Funzionano in base all'induzione elettromagnetica (legge di Lenz)
• Variazioni del campo magnetico dipendenti dalla posizione relativa dei conduttori creano segnali misurabil

Resolver

• Trasduttore di posizione angolare con statore e rotore avvolti
• Misura dello sfasamento per determinare la posizione angolare.

Inductosyn

• Componenti: scala e regolo (slider) con conduttore a spirale schiacciata
• Causa sfasamento: Spostamento tra slider e scala

Capitolo 3: Struttura Macchine a CN

Requisiti delle Strutture delle Macchine Utensili a CN

• Rigidezza statica e dinamica adeguata, per corretto impiego.
• Mantenimento nel tempo della geometria e delle dimensioni.
• Ridotte distorsioni e variazioni dimensionali al variare della temperatura.
• Buona resistenza agli agenti corrosivi esterni

Materiali

• Ghisa fusa: buon smorzamento interno, facili da lavorare.
• Acciaio saldato: elevata rigidezza, minori spessori e volumi, elevato smorzamento, richiede riprogettazione rispetto alla ghisa.

Rigidezza Statica e Dinamica

• Rigidezza strutturale statica (k): rapporto tra forza applicata e deformazione relativa.
• Importante per garantire sia la precisione geometrica della parte lavorata/il taglio • Per sollecitazioni flessionali trave incastrata • Per sollecitazioni torsionali la rigidezza dipende da Mt , momento torcente/0, l'angolo di rotazione
• Rigidezza dinamica dipende dallo smorzamento quindi rapporto k/m elevato

Supporto

• La rigidezza dipende dalla forma, geometria, dai collegamenti polidirezionali e di giunzioni

Capitolo 4: La Trasmissione del Movimentio

Il Movimento degli Assi

• Traslazione delle tavole e testate dipende dal servomotore e dalla vite a ricircolo di sfere o alternativamente motori lineari
• Considera servomotori il muscolo dell'asse della macchina
  • Direttamente collegato con cervello (Unità di Governo
• Il cervomotore Rotativo
  • Accoppiato con vite a ricircolo di sfere con coppia rocchetto a cremagliera
• Servomotore in corretti continua
  • Tecnologia degli azionamenti transistor a modulazione
  • Motori brushless che eliminano l'inconveniente del collettore rotante

Motor a Passo

• Visti come motori elettrici senza commutatore
• bobine parte dello statore
• il rotore è un magnete permanente
• Inerzia ridotta a un motore, volume e peso, alti valori di coppia motrice.
• sono di piccola taglia, con perdita di passi che comporta errore di spostamento.
• Con encoder eliminando l'errore di spostamento

Servomotori Lineari

• Motore rotativo sezionandolo secondo semopiano
• si adatta a diversi motori Caratteristiche -Alta velocità -Alta accelerazione vantaggi - Migliore efficienza della movimentazione
  • Corno lunche a parità di rigidita Svantaggi
• Basso rendimento • Complessità di protezione

Motore Brushless Sincrono

• Altre carattteristiche Cmax in una condizione di Pmax = cost, rappresenta la massima compatibile con il dispositivo di controllo e l'integrità del motore. Vediamo brevemente l'importanza della riduzione del momento d'inerzia rotorico sulla dinamica della macchina tenendo conto che l'accelerazione è oggi una caratteristica di notevole importanza tale da condizionare le scelte progettuali. τ = vmax/V * 1000 (m/min)dove: tutto con l'inerzia rotorica della forza peso

Controllo della Potenza

• PWM (Pulse Width Modulation)
• Con due anelli di retroazione
• -Anello della velocita
• Anello della Coreente

Vite à Circolo di Sfere

• Trasformazione dell'asse lineare
• I solchi entrò cal sono temprai à induzione. Vantaggi : Elevato rendimento e durata Riduzione drasticà dell'attrito for le party è Contatto Elevato rendimento per l'attrito Ridotta produzione di calore par attrittò Grande precisione dil posizionamento Notevole rigidità assiale Cuscineti assiali vericolari P =F/4

Il rendimento meccanico delle vite è all'incirca 0.75- O,95

##Capitlo5

• ATC è il dispositivo di cambio automatico dell'utensile.

I device

• Tipologia di magazzino principale
• Posizone utensile nel magazzino
• Ti po di meccanismo per il cambio
• Logica di allocazione magazzino
• Fase di preparazone del cambo

Quindi i magazzini a bordo Maccoino per gestire utensili In uso di stoccaggio per utensili

Componenti

• Inerzia e dificili

II controllo è nel cuore del Cambiamenti nel Sistema

• Elettronica a Schede di rete

Questo quiz esplora i fondamenti dei sistemi di produzione, dalle macchine manuali a quelle completamente automatizzate. Affronta i ruoli dei sistemi di movimentazione, l'organizzazione delle stazioni di lavoro e le funzioni del controllo numerico. Metti alla prova la tua comprensione dei diversi componenti e operazioni di un sistema di produzione.