Centro di lavoro Matrix 800 di Breton

di Andrea Pagani

Matrix è un modello particolarmente caro al brand Breton: si tratta infatti del primo prodotto pensato per il settore dell’asportazione di truciolo metallico ed è tra quelli che hanno permesso all’azienda di entrare dapprima nel mondo della modellistica e della stampistica e, successivamente grazie a opportune personalizzazioni, anche nel settore aerospace. Nato negli anni 90, questo centro di lavoro ha subito nel corso del tempo diversi aggiornamenti: oggi è giunto alla quarta versione. Se per le prime versioni si è trattato di aggiornamenti e ottimizzazioni questa volta la riprogettazione è stata totale, mantenendo ovviamente le caratteristiche peculiari che hanno portato al successo la Matrix 800.

Flessibile e produttiva

Matrix è una macchina molto flessibile poiché, attraverso una serie di accessori e personalizzazioni, può essere adattata a diversi ambiti applicativi, anche se nasce in particolare per rispondere alle esigenze degli stampisti e delle modellerie. Alla recente EMO di Hannover è stata presentata in anteprima l’ultima versione, equipaggiata con il controllo numerico Siemens Sinumerik One. È stata infatti riprogettata per offrire rigidità, stabilità, precisione e alta dinamica: caratteristiche difficili da coniugare in una sola macchina, ma i progettisti Breton hanno saputo mettere a fattor comune diverse tecnologie per ottenere i risultati voluti. Tutto ciò è conseguenza del fatto che sia nel settore degli stampi che in quello aerospace ormai alle macchine vengono richieste sia elevate prestazioni in sgrossatura, sia qualità e precisione in finitura, lavorando materiali tenaci o dove sia richiesto un alto numero di giri.

Migliore sotto tutti gli aspetti

Generalmente la progettazione di una nuova macchina comincia “a monitor”, creando modelli CAD che vengono testati con appositi software e, una volta raggiunti risultati accettabili, vengono realizzati i primi prototipi che vengono ulteriormente valutati in condizioni reali per comprenderne l’effettiva risposta. Con la nuova Matrix 800, Breton si è spinta oltre grazie all’impiego delle nuove funzionalità del controllo numerico Sinumerik One di Siemens. Interessante come l’approccio che ha permesso di creare il Sinumerik One (dapprima tutto in digitale, per poi dare forma all’elettronica e all’hardware) sia lo stesso utilizzato anche per lo sviluppo della nuova Matrix 800: all’interno di un ambiente virtuale sono state inserite tutte le caratteristiche della macchina, incluse quelle dei componenti commerciali forniti da terzi (viti a ricircolo di sfere, cuscinetti, motori e così via) al fine di ottenere una simulazione quanto più possibile realistica e verificarne il comportamento in base ai diversi criteri e ai vari scenari di utilizzo. Tra il modello simulato e la realtà solitamente è ragionevole aspettarsi una certa discrepanza: in questo caso, invece, reale e virtuale sono risultati sovrapponibili quasi al 100%.

Approccio digitale

L’impiego del nuovo controllo numerico Sinumerik One ha permesso a Breton non solo di massimizzare la resa tecnica della macchina, ma anche di svilupparla in tempi e con costi molto contenuti. Per esempio, in passato stabilità e resistenza alle vibrazioni richiedevano strutture sovradimensionate e pesanti basamenti. Oggi sappiamo che non è necessario appesantire una macchina per renderla più stabile: è sufficiente valutare la risposta alle diverse frequenze, posizionare il materiale dove occorre e alleggerire il resto per poter contare su stabilità in lavorazione e alta dinamica negli spostamenti. Sono state eliminate quelle frequenze critiche che hanno un impatto negativo sulla macchina e sul pezzo lavorato, simulando con estrema precisione varie condizioni d’uso e ottenendo informazioni inequivocabili: la corrispondenza tra simulazione e prove reali ha dimostrato la bontà del progetto. L’approccio digital first si è rivelato utile anche nella fase di assemblaggio e di messa in servizio. Grazie al digital twin è possibile effettuare parte dell’attività di messa in servizio in tempo mascherato e in questo modo recuperare giorni preziosi durante la fase di assemblaggio. Il tutto si traduce in un aumento produttivo di circa due macchine all’anno, a parità di spazio occupato nello stabilimento. Queste funzionalità risultano utili anche in ottica di servizio post vendita: in caso di necessità, il cliente potrà segnalare un problema e il costruttore sarà in grado di verificare le condizioni della macchina e del processo sia connettendosi da remoto, sia replicando sul digital twin l’attività “incriminata”. Il cliente stesso potrà simulare come il pezzo verrà eseguito mentre la macchina è ancora impegnata con un’altra lavorazione, massimizzandone quindi l’utilizzo ben oltre quello che sarebbe possibile fare con una simulazione CAM.

Una “fabbrica nella fabbrica”

Per lo sviluppo di nuovi prodotti come la rinnovata Matrix 800, in Breton viene applicato un approccio chiamato “fabbrica nella fabbrica”, che permette di ridurre sensibilmente i tempi di realizzazione. Vengono create vere e proprie startup interne che operano in maniera agile e in totale autonomia per sviluppare prodotti e tecnologie che poi verranno utilizzate sui nuovi modelli. Slegati dalle attività quotidiane dell’azienda, i tecnici possono così concentrarsi completamente sul proprio progetto e portarlo a termine in tempi ridotti; ogni 15 giorni circa vengono monitorati gli sviluppi, aggiornate le caratteristiche, effettuate riunioni per contribuire a migliorare le tecnologie oggetto dello sviluppo.

Dimensioni e prestazioni

La nuova Matrix 800 mantiene indicativamente il volume di lavoro dei modelli precedenti (2000 x 2500 x 800 mm), ma si sviluppa in larghezza anziché in profondità per una serie di motivi pratici. Innanzitutto l’operatore ha così la possibilità di vedere il pezzo sul lato lungo; inoltre questa configurazione ben si adatta a sfruttare gli spazi in officina. Interessante anche il lato libero posteriore che permette l’affiancamento di più macchine, l’accostamento a una parete o l’impiego in un FMS. Ovviamente nella parte frontale sono presenti ampie porte che agevolano il carico e lo scarico dei pezzi, mentre lateralmente troviamo il convogliatore di truciolo, il magazzino utensili, gli armadi e i pannelli per le ispezioni. Questa configurazione ha reso la macchina facilmente trasportabile, movimentabile e installabile nel giro di un paio di settimane grazie alla necessità di fondazioni minime (è sufficiente un buon pavimento industriale). In Breton il “Footprint Efficiency Ratio” è un coefficiente che indica il rapporto tra lo spazio occupato a terra e l’area di lavoro; l’obiettivo è migliorare di circa il 20-25% rispetto a quanto disponibile sul mercato, ovviamente senza scendere a compromessi con altre caratteristiche della macchina. Argomento particolarmente sentito nelle officine degli stampisti, anche da questo punto di vista la rinnovata linea Matrix risulta più compatta rispetto al passato, pur migliorando l’ergonomia d’uso. Sul fronte delle prestazioni, Matrix 800 è pensata per l’high speed machining: l’offerta dei mandrini include modelli da 16 a 40 mila giri/min con coppie da 52 fino a 100 Nm in continuo, mentre l’alta dinamica viene garantita dall’impiego di motori in presa diretta sulle viti, che assicurano accelerazioni fino a 3 m/s2 e jerk fino a 40 m/s3, con velocità massime sugli assi X e Y di 50 m/min (40 m/min su Z). Simili valori sono possibili grazie alla struttura monoblocco ad alta rigidità e capacità di smorzamento in aggiunta a un RAM dalla sezione generosa (450 x 450 mm), così da assicurare alti rendimenti anche su materiali molto tenaci (come le leghe per il settore aeronautico o gli acciai da stampi fortemente legati). Sempre a favore della precisione e della dinamica sono stati eliminati o ridotti i componenti e i rinvii non necessari, come il sistema di bilanciatura degli assi e le cinghie (che introducono costi di manutenzione, incertezze nella precisione e negli spunti, vibrazioni) ottenendo in definitiva prestazioni paragonabili a quelle dei motori lineari pur senza i vincoli che questi impongono (consumi, necessità di sistemi di raffreddamento e così via). Gli assi lineari sono stati pensati con lubrificazione a grasso, che ne garantisce il ciclo di vita ideale eliminando nel contempo il rischio di perdite di olio (con relativa contaminazione del lubrorefrigerante, odori sgradevoli e altro). La precisione nasce siadalle scelte progettuali, sia da quelle tecniche legate alla componentistica: nella Matrix 800 le righe ottiche sono posizionate in modo simmetrico e sono vicine all’organo in movimento per avere la massima accuratezza tra il movimento reale e quello misurato; le strutture termosimmetriche evitano l’insorgenza di deformazioni difficili da compensare; il brevetto Breton ThermalShield, infine, è un sistema passivo che isola termicamente il campo di lavoro grazie a un “cappotto” che mantiene costante la temperatura della macchina e riduce le distorsioni geometriche.

Dettagli che contano

Quattro sono le teste disponibili: Ghibli (adatta alla lavorazione su alluminio e compositi, molto compatta e con motorizzazione meccanica ad alta precisione), Typhoon (monolaterale, ottima per lo stampista, azionata tramite Direct Drive, può montare elettromandrini fino a 100 Nm) e per finire Phoenix e Tornado (a forcella con doppi motori direct drive raffreddati per la massima precisione, con possibilità di montare elettromandrini fino a 80 kW, ideali per l’aerospace o per gli stampisti che necessitano di prestazioni superiori). Per quanto riguarda il magazzino utensili è presente uno scambiatore veloce che richiede una apertura più piccola sulla spalla della macchina (che così mantiene una elevata rigidezza strutturale) riducendo i tempi di cambio utensile e lasciando all’utilizzatore finale la scelta sulla tipologia di magazzino (rastrelliere modulari fino a 200 posti, un sistema robotizzato e così via). Ampia anche la scelta dei convogliatori di trucioli: per gli stampisti, che tipicamente lavorano alluminio e acciaio, sono presenti due coclee laterali inglobate nella struttura della macchina che portano al trasportatore frontale (a tapparelle o raschiante) che recupera anche i liquidi per il lavaggio della zona di lavoro. Al posto delle coclee possono essere montati ugelli ad alta pressione per effettuare i lavaggi laterali (ideale per chi fa truciolo più leggero o per chi lavora materiali plastici o compositi). Per la lavorazione del carbonio e conseguente produzione di polveri, negli stessi passaggi laterali dove vengono installate le coclee possono essere inseriti dei tubi di aspirazione che raccolgono le polveri e le convogliano in un sistema di filtrazione.

Può operare a secco, con lubrorefri gerante convenzionale, con spray mist minimale aria/olio o con acqua pura (che richiede alcuni ulteriori accorgimenti come la nichelatura di alcuni componenti, protezioni particolari e pareti interne in acciaio inox). Oltre al già citato Sinumerik One, Matrix 800 è disponibile anche con il controllo numerico Heidenhain TNC 640 che, integrato perfettamente alla macchina, permette di garantire il massimo livello prestazionale. Ottima la resa anche sul fronte della manutenzione grazie alla riduzione degli organi meccanici e all’accurata scelta della componentistica, nonché alla riprogettazione delle aree di manutenzione ordinaria ora facilmente accessibili. ProfiBus e ProfiNet hanno semplificato la costruzione della macchina e, insieme alla suite Breton Sentinel, consentono di avere una diagnostica evoluta permettendo il monitoraggio remoto sulla base dei principali parametri (temperatura, vibrazioni e altro) rilevati dai sensori di bordo. A corredo il software Smart Doc mostra anche su dispositivi mobili tutta la documentazione necessaria.