Centro di lavoro verticale VMT3 di Pama

Presentata in occasione della scorsa EMO 2019 ad Hannover, VMT3 è un centro di lavoro verticale a 5 assi con struttura a portale di tipo gantry e tavola mobile, concepita per la lavorazione di pezzi con swing sino a 3000 mm. Grazie a un approccio volto al miglioramento continuo, Pama ha intrapreso la realizzazione del primo modello di digital twin sulle proprie macchine alzando il livello di integrazione tra prodotto fisico e digitale. Ancor più attenzione è stata posta nello sviluppo sotto molteplici punti di vista. Le strutture della macchina sono state studiate mediante le moderne tecniche di analisi a elementi finiti con lo scopo di ottimizzare le masse e garantire elevata rigidezza statica e dinamica, nonché maggior termosimmetria.

Cinematica e assi

La concezione “meccatronica” del sistema macchina ha permesso di effettuare miglioramenti sostanziali per quanto riguarda le catene cinematiche di tutti gli assi lineari e rotativi al fine di ottimizzarne componentistica e concezione, garantendo elevata dinamicità con accelerazioni sino a 3 m/s2 e velocità sino a 50 m/min.

La lavorazione a 5 assi in continuo è resa possibile dalla testa universale HVA dotata di sistema dual drive ad alte prestazioni; disponibile nella versione con elettromandrino, e la testa è stata aggiornata con interventi atti a migliorarne dinamica e velocità di rapido. Presenta inoltre la possibilità di installare in maniera automatica le teste accessorie. Ora è disponibile anche una testa A con asse tiltante. La struttura in acciaio elettrosaldato del centro di lavoro cnc di Pama è stata ottimizzata per garantire la massima precisione e stabilità anche durante le lavorazioni più gravose e il movimento di tilt è generato da un motore coppia in grado di erogare 5000 Nm.

In entrambe le versioni di testa, particolare attenzione è stata posta verso la manutenibilità, adottando concezioni in grado di ridurre drasticamente i tempi di fermo macchina durante le operazioni di manutenzione ordinaria e straordinaria. La completa ed efficiente termostabilizzazione completa le caratteristiche di stabilità delle teste. Il cambio teste accessorie è realizzato tramite pick-up. Il movimento di inserimento in macchina della slitta è comandato elettricamente per garantire la perfetta integrazione con gli assi Y e Z della macchina in un esempio di elevata automazione. La gamma di teste accessorie installabili è in grado di garantire poliedricità e versatilità per l’utilizzatore rendendo la macchina adatta anche al settore degli stampi, dell’energia e della meccanica generale.

Tavole per fresatura e tornitura

Per quanto riguarda la tavola, sono state sviluppate sia la versione di sola fresatura (tavola TR per VM) sia quella di fresatura/tornitura (tavola TRT per VMT). Entrambe le versioni sono realizzate secondo la concezione ibrida brevettata da Pama, che unisce i vantaggi dei cuscinetti a rotolamento a quelli del sostentamento idrostatico. La versione per fresatura consente di caricare pezzi sino a 10.000 kg di peso e la rotazione è garantita da un sistema dual drive ad alte prestazioni. La tavola in versione multitasking è azionata da un motore diretto in grado di raggiungere i 200 giri/min. La scelta del motore è stata eseguita in maniera accurata, al fine di garantire le massime prestazioni congiuntamente a una limitata dispersione termica al fine di avere la massima stabilità sulla tavola. Per questa configurazione è inoltre disponibile il sistema PTB (Pama Table Balancing), che consente la bilanciatura dei pezzi definendo il corretto posizionamento delle masse rotanti. Per entrambe le versioni di tavola sono disponibili la configurazione non pallettizzata con diametro di 2200 mm e con cambio pallet (disponibile nella versione 2000 x 2000 mm o con diametro 2200 mm) sino a 6 posizioni o integrata in un sistema FMS per offrire al cliente la massima flessibilità operativa.

Utensili e smaltimento trucioli

Tra le novità di questa macchina cnc di Pama, il cambio utensile è basato su un nuovo sistema di cambio completamente elettrico sia nel movimento di estrazione, sia di rotazione dell’utensile. Congiuntamente alla gestione elettrica del portellone di cambio la soluzione riesce a garantire un sincronismo perfetto, che consente di portare il tempo di cambio da truciolo a truciolo sotto i 9 secondi. La soluzione si può accoppiare sia con i magazzini a catena (a partire da 60 posti) sia con quelli rack con manipolatore, in grado di ospitare centinaia di utensili. Lo smaltimento del truciolo è assicurato da un sistema a doppia coclea interno alla macchina, con evacuazione posteriore diretta o tramite tappeto laterale in funzione delle esigenze tecniche e di layout del cliente. L’impianto di lavaggio dell’area di lavoro è stato migliorato al fine di garantire la massima pulizia. Il design e l’ergonomia sono stati rinnovati grazie anche alla preziosa collaborazione con Pininfarina, marchio di design italiano conosciuto a livello internazionale. Il linguaggio del design della nuova VM si concentra sulla semplicità di pochi elementi essenziali, che vanno a esprimere l’elevata precisione di lavorazione di questo centro di lavoro. I colori chiari, uniti all’ottima illuminazione interna nonché alle grandi finestre su due lati della macchina e alla possibilità di avere una telecamera ad alta definizione posizionata dal lato cambio utensile, assicurano all’operatore una piena visibilità sul pezzo in lavorazione. La parte posteriore di colore scuro identifica invece le aree di manutenzione, dove gli accessi agli elementi so ono stati curati nei minimi dettagli per consentire la massima praticità ed ergonomia delle operazioni.

Un nuovo modo di progettare e usare le macchine

Dal punto di vista software, l’innovazione risiede principalmente nell’utilizzo del controllo numerico Sinumerik One di Siemens. Le peculiarità di questo sistema risiedono nel miglioramento di tutte le funzionalità esistenti e sul potenziamento del sistema PLC, ora integrato, che ha portato notevoli vantaggi durante la fase di programmazione. L’integrazione con il gemello digitale ha inoltre consentito di testare tutte le funzionalità del controllo numerico in fase di progetto, limitando i tempi di messa in servizio e rendendo possibile la verifica della rispondenza delle prestazioni prima della fase di assemblaggio. Il sistema MSM (Machine Sensor Monitoring) è stato implementato, con notevoli miglioramenti rispetto alla precedente versione. Tutti i sensori presenti sulla macchina sono ora programmabili da pagina grafica direttamente da pannello operatore, ed è possibile monitorare nel tempo le grandezze misurate. Questo consente, dopo una fase di apprendimento del funzionamento nominale della macchina, di controllare in tempo reale lo stato di tutti i sistemi presenti sulla VM3, generando l’invio di segnalazioni di preallarme qualora una qualsiasi funzione si discosti dal normale funzionamento. Sfruttando la nuova possibilità di comunicazione diretta della CPU con i sistemi di gestione dati è possibile raccogliere queste segnalazioni e implementare le strategie di manutenzione predittiva. Sul fronte delle prestazioni, sono numerose le funzionalità aggiuntive del nuovo controllo numerico. Tra queste, il simulatore di inerzia che consente di ottimizzare i parametri di controllo delle tavole girevoli; in questa direzione è inoltre possibile creare differenti mappature dei parametri CNC, in modo da adattare il comportamento della macchina alla specifica lavorazione che si vuole effettuare. Infine il collision avoidance consente all’utilizzatore di sfruttare appieno le potenzialità del gemello digitale, permettendo la fase di verifica dei nuovi part program in tempo mascherato senza la necessità di avere la macchina a disposizione e limitando drasticamente i tempi di set-up produttivi. Il nuovo pannello operatore integra il power ride con feedback tattile e visivo, con livelli di soglia programmabili da PLC. Questa funzionalità permette di facilitare l’utilizzo della macchina da parte dell’operatore, consentendogli di modificare i parametri di lavora zione senza distogliere l’attenzione dal pezzo in lavoro. Completano il pacchetto i sistemi PEM (Pama Energy Management), che consente il controllo intelligente dello stand-by consentendo una tangibile riduzione dei consumi di energia e PR2, il Predictive Production Manager di Pama. Grazie alla sua interfaccia utente particolarmente intuitiva consente la gestione delle risorse impegnate in produzione (operatori, utensili, attrezzature e programmi) in tempo reale e in modo predittivo. Grazie alle sue caratteristiche di scalabilità, la suite PR2 può essere configurata partendo dalla connessione della singola macchina fino alla gestione di un sistema produttivo complesso, formato da più macchine utensili di diversa configurazione, marca e CNC, da magazzini, sistemi automatizzati di movimentazione pallet e tool room anche dislocati in siti produttivi differenti. La piattaforma PR2 permette di ottenere considerevoli risparmi, minimizzando l’intervento di personale dedicato, riducendo il numero di utensili doppi necessari al sito produttivo, dal momento che i magazzini utensili delle diverse macchine sono visti come un’unica grande tool room.

Nelle foto qui sotto, a sinistra le teste adottano soluzioni in grado di ridurre drasticamente i tempi di fermo macchina durante le operazioni di manutenzione ordinaria e straordinaria, a destra le geometrie complesse dei settori aeronautico ed energetico possono essere affrontate in maniera produttiva sulla Speedmat VMT3.