Il concetto “Pit-Stop” guida l’assemblaggio dei cassetti

Progettare e realizzare un impianto di montaggio di sponde per cassetti in metallo e dei relativi sottoassiemi – capace di garantire una produttività di 700 kit cassetto/h, ognuno dei quali composto da una sponda cassetto destra e da una sponda cassetto sinistra per un totale di 1.400 pezzi/h da assemblare. È questa la sfida raccolta e vinta da Cosberg che a messo a punto un impianto capace, tra le altre cose, di cambi di produzione rapidi in quanto il prodotto finale viene realizzato in 21 varianti, frutto della combinazione di tre diverse altezze con sette differenti lunghezze. A tutto ciò si aggiunge la complessità dell’elemento e della sua configurazione finale in quanto, in totale, i componenti da assemblare per ogni kit finito sono più di 60.

di Fabrizio Garnero

Alcune macchine che compongono l’intero impianto per il montaggio di sponde per cassetti, in grado di assemblare 1.400 pezzi/ora. il concetto “pit-stop” guida l’assemblaggio dei cassetti Il concetto “Pit-Stop” guida l’assemblaggio dei cassetti 1 18
Alcune macchine che compongono l’intero impianto per il montaggio di sponde per cassetti, in grado di assemblare 1.400 pezzi/ora.

Una sfida produttiva ardua e complicata che Cosberg ha affrontato rafforzando quei plus che da sempre garantisce sui propri prodotti per ridurre i “fermi macchina”, assicurando un tempestivo avviamento e facendo tutto il necessario per mantenere elevati livelli di produttività. L’intento è quello di avvicinarsi il più possibile al concetto “Pit-Stop”, ovvero macchine per le quali vengono ridotti al minimo, se non azzerati, i fermi macchina dovuti, per esempio, ai cambi di produzione o agli interventi di manutenzione. Proprio come avviene in Formula 1, dove vittoria o sconfitta spesso si determinano nelle soste ai box, sulle macchine diventa vitale standardizzare il più possibile e studiare sistemi che minimizzino i tempi morti, pur mantenendone elevate la flessibilità e l’affidabilità.

Tavola rotante composta da 30 stazioni, che monta uno dei sottoassiemi. il concetto “pit-stop” guida l’assemblaggio dei cassetti Il concetto “Pit-Stop” guida l’assemblaggio dei cassetti 2 16
Tavola rotante composta da 30 stazioni, che monta uno dei sottoassiemi.

Pertanto, per soddisfare le esigenze del cliente e, al contempo, perseguire la strada verso il concetto “Pit Stop”, Cosberg ha proposto e poi realizzato quattro impianti distinti: due montano i meccanismi denominati “torrette” e sono composti a loro volta da due tavole rotanti; un impianto assembla le torrette destre e uno quelle sinistre. Un terzo sistema è costituito da una tavola rotante che assembla il “gruppo di regolazione” nelle varianti destra e sinistra. Infine, il quarto impianto, è a valle dei precedenti tre ed è costituito da una macchina in linea a pallet liberi atta al montaggio delle coperture cassetto; tra i componenti usati da questa linea ci sono i tre sottogruppi assemblati dai tre sistemi a monte e da qui escono i kit completi e finiti.

Un Robot Scara dell’impianto di montaggio delle torrette. il concetto “pit-stop” guida l’assemblaggio dei cassetti Il concetto “Pit-Stop” guida l’assemblaggio dei cassetti 3 10

Le scelte fatte rispettando pienamente il concetto Pit-Stop

Uno dei fattori che ha convinto il cliente a scegliere la soluzione Cosberg è stata proprio la flessibilità delle soluzioni, che in questo impianto risulta fondamentale. Su tutte le macchine sono stati utilizzati gruppi di alimentazione interamente studiati e prodotti da Cosberg, in combinazione con soluzioni MoxMec, tra cui, per esempio, gli sbrogliatori per molle.
Per la movimentazione dei componenti – che avviene da punti e piani di prelievo differenti – e per il posizionamento in tavola di diversi pezzi, oltre ai tradizionali moduli pick&place sono stati scelti sia robot scara che antropomorfi.

L’impianto deve consentire tempi rapidi per i cambi produzione e gestire 21 varianti prodotto. il concetto “pit-stop” guida l’assemblaggio dei cassetti Il concetto “Pit-Stop” guida l’assemblaggio dei cassetti 5 2

Per l’avvitatura sono state usate unità progettate e realizzate da Cosberg composte da una parte meccanica, di grande resistenza e durevolezza, gestita da un motore brushless “di commercio” facilmente programmabile attraverso l’HMI della macchina, unitamente a un motore standard che Cosberg utilizza anche per altri moduli come i bracci, le unità di ribaditura e le slitte. In questo modo si evita l’onere di dover installare un’altra centralina e si ottiene invece una standardizzazione delle diverse unità che agevola la programmazione dell’interfaccia, l’utilizzo da parte dell’operatore e la gestione delle parti di ricambio perché, in pratica, con soli due codici prodotto si gestiscono i motori che azionano una molteplicità di unità presenti. Quest’ultima caratteristica facilita il lavoro di manutenzione e, soprattutto ne riduce i tempi, rispettando pienamente il concetto Pit-Stop. Sempre in quest’ottica, si aggiunge la possibilità di sostituire in modo celere la lama di avvitatura, così come rapida sarebbe l’eventuale sostituzione del motore, che viene facilitato dalla posizione del supporto. La scelta di un motore standard permette inoltre una configurazione semplice delle unità, che non richiede necessariamente l’intervento di un tecnico esperto.

Due lineari alimentano un perno e un rivetto, sui quali, grazie a un portale a doppia pinza, viene inserito e centrato un terzo componente. il concetto “pit-stop” guida l’assemblaggio dei cassetti Il concetto “Pit-Stop” guida l’assemblaggio dei cassetti 4 4
Due lineari alimentano un perno e un rivetto, sui quali, grazie a un portale a doppia pinza, viene inserito e centrato un terzo componente.

Anche i nuovi sistemi di ribaditura Cosberg – per plasmare eccentrico, perni e rivetti – sono dotati di motori brushless che consentono il controllo e la parametrizzazione del processo di ribaditura, permettendo di programmare sia la velocità che la forza. In questo modo, la stessa unità può eseguire operazioni su inserti differenti e su piani diversi e può inoltre compensare le varie tolleranze nella lunghezza dell’inserto. Il montaggio dell’unità di ribaditura su assi cartesiani ne consente la movimentazione nello spazio per eseguire con un’unica unità più operazioni di ribaditura e su inserti diversi (rivetti, perni, eccentrico). Ciò consente di utilizzare la stessa unità anche per pezzi differenti, riducendo fortemente i tempi dei cambi produzione, anche questo in linea con la filosofia Pit-Stop.
Controlli e verifiche presenti in più fasi dei questi quattro processi di assemblaggio vengono effettuati attraverso sistemi di visione interamente programmati da Cosberg, che oltre a contribuire alla qualità del risultato finale, permettono di intervenire da remoto qualora sia necessaria l’assistenza.

L’assemblaggio delle torrette parte da un insieme di ben 20 componenti. il concetto “pit-stop” guida l’assemblaggio dei cassetti Il concetto “Pit-Stop” guida l’assemblaggio dei cassetti 6
L’assemblaggio delle torrette parte da un insieme di ben 20 componenti.

Gli impianti di assemblaggio delle torrette

Vediamo ora nel dettaglio i quattro impianti Cosberg iniziando da quelli più a monte destinati all’assemblaggio delle torrette, che partono da un insieme di ben 20 componenti per produrre 800 pezzi l’ora cadauno e gestiscono due varianti di prodotto: modello alto e modello basso.
Il cambio produzione è davvero rapido, inferiore ai 5 minuti, in quanto limitato al tempo per impostare il codice prodotto. Non solo: il sistema è predisposto per essere collegato al MES del cliente, attraverso il quale potrebbe avviare in automatico la produzione.

Impianto per il montaggio del “gruppo di regolazione”: può assemblare contemporaneamente due varianti di prodotto. il concetto “pit-stop” guida l’assemblaggio dei cassetti Il concetto “Pit-Stop” guida l’assemblaggio dei cassetti 7
Impianto per il montaggio del “gruppo di regolazione”: può assemblare contemporaneamente due varianti di prodotto.

Ogni impianto è composto da due tavole rotanti: la prima conta ben 30 stazioni ed esegue il montaggio del meccanismo, mentre la seconda (di 8 stazioni) si occupa del completamento e del controllo finale. In pratica, dalla prima tavola esce la torretta premontata, che viene poi trasferita verso la seconda tavola rotante tramite un nastro che funge da buffer.
Nella prima, il corretto orientamento di tutti i componenti è verificato da appositi sistemi prima che i pezzi vengano posizionati e centrati perfettamente sui posaggi della tavola. Tra le lavorazioni di questo processo, citiamo la maschiatura di un foro presente su una piastra, con una maschiatrice a patrona Cosberg. Al termine, la piastra filettata viene posizionata in modo da centrarla rispetto a tutti gli altri elementi già presenti sul posaggio, tra cui alcuni rivetti che vengono cadenzati grazie a selettori speciali, caratterizzati da un’entrata e più uscite e da unità speciali che si occupano di inserirli nel posaggio. Alcuni componenti vengono invece manipolati da robot scara, in grado di gestire e posizionare in modo preciso anche pezzi prelevati da piani diversi. Questa prima parte di assemblaggio delle torrette viene ultimata dalle unità speciali di rivettatura Cosberg montate su assi X-Y, che plasmano i rivetti e l’eccentrico. Infine, i pezzi buoni vengono messi su nastro per essere convogliati verso la seconda tavola.

L’impianto per il montaggio del “gruppo di regolazione” produce 1.500 pezzi/ora. il concetto “pit-stop” guida l’assemblaggio dei cassetti Il concetto “Pit-Stop” guida l’assemblaggio dei cassetti 8
L’impianto per il montaggio del “gruppo di regolazione” produce 1.500 pezzi/ora.

Nella seconda tavola, viene eseguita l’avvitatura di un grano tramite l’unità di avvitatura standard Cosberg, dotata – come spiegato in precedenza – di motore elettrico con controllo ad assorbimento di corrente, che oltre ad avvitare mette in posizione il grano. Sempre un’unità standard Cosberg si occupa di plasmare alcuni rivetti sulla piastra anteriore. Il processo viene ultimato da un dispositivo che riarma la torretta, in modo tale che la molla venga compressa e il meccanismo sia pronto a scattare, controllando nel contempo anche la forza mediante una cella di carico. Il sottogruppo, finito e testato, viene quindi scaricato armato, pronto per essere trasferito alla successiva macchina in linea che lo utilizzerà per assemblare i kit finali.

Il montaggio del gruppo di regolazione

Passiamo ora all’impianto per il montaggio del “gruppo di regolazione”, che parte da un insieme di sette componenti. È stato studiato un posaggio universale per le due varianti di prodotto: destro e sinistro. In questo modo la tavola può produrre contemporaneamente entrambe le versioni oppure dedicare l’intera produzione a un solo modello, senza necessità di essere riattrezzata.
La cadenza è di 1.500 pezzi/h, sia che vengano prodotte 750 coppie di gruppi destro + sinistro, sia nel caso in cui la produzione riguardi uno solo dei due modelli. La scelta dei posaggi universali consente un cambio produzione davvero rapido in quanto si limita al tempo per il set-up automatico delle singole unità di lavoro in funzione del codice prodotto scelto: in tutto meno di 5 minuti.

Unità speciali di rivettatura Cosberg programmate per plasmare più rivetti. il concetto “pit-stop” guida l’assemblaggio dei cassetti Il concetto “Pit-Stop” guida l’assemblaggio dei cassetti 9
Unità speciali di rivettatura Cosberg programmate per plasmare più rivetti.

Il processo parte dal carico e dall’alimentazione sulla tavola di una camma, nella versione destra o sinistra, a seconda del lotto di produzione impostato. Stesso discorso per una squadretta che viene caricata, anch’essa nella versione destra o sinistra in base al codice prodotto che si sta processando. A seguire un braccio preleva la piastra e la posiziona sopra la camma, sul posaggio della tavola.
Successivamente, un dispositivo inserisce quattro perni. Il lavoro viene completato da unità standard Cosberg che permettono la ribaditura di 4 rivetti contemporaneamente. In ultimo, un altro dispositivo effettua lo scarico dei pezzi, che verranno poi utilizzati nel processo successivo.

Tutto ruota attorno alla clinciatura

Arriviamo infine alla macchina in linea. Si parte da quattordici componenti per montare coppie di coperture (destra + sinistra) di sette diverse lunghezze, ognuna delle quali può avere tre altezze, quindi la macchina deve gestire ventun varianti di prodotto. La cadenza, come già detto, è di 700 kit (ovvero coppie)/h.
Nonostante il numero consistente di varianti da gestire, il cambio produzione è di soli 15’: limitato al tempo di svuotamento della macchina (in automatico) in funzione del codice prodotto scelto e al successivo set-up manuale di alcuni componenti del sistema.
Lo scarico dei pezzi montati avviene manualmente, nella prima stazione della macchina, così come manuale è anche il carico delle “coperture” e dei “profili di collegamento” nella stazione successiva in quanto è necessario un check visivo dei prodotti. Tuttavia, queste postazioni sono già predisposte per essere automatizzate, operazione che in passato è già stata fatta anche su altri impianti di questo cliente.

Per il montaggio del “gruppo di regolazione” la scelta di realizzare posaggi universali consente un cambio produzione rapido. il concetto “pit-stop” guida l’assemblaggio dei cassetti Il concetto “Pit-Stop” guida l’assemblaggio dei cassetti 10
Per il montaggio del “gruppo di regolazione” la scelta di realizzare posaggi universali consente un cambio produzione rapido.

Il processo inizia con il caricamento delle coperture e dei profili di collegamento, nelle versioni destra e sinistra. Successivamente i profili di collegamento, sia destri che sinistri, vengono agganciati da un robot antropomorfo alle relative coperture mediante un movimento di rotazione.
Come anticipato, la sequenza di assemblaggio prevede anche l’utilizzo dei sottogruppi montati dagli altri impianti. Infatti, due torrette, una destra e una sinistra vengono fissate alle rispettive coperture tramite una vite sparata e avvitata da un’unità Cosberg munita di motore elettrico con controllo ad assorbimento di corrente.
Nello step successivo viene eseguito il fissaggio degli elementi. Per questa operazione, Cosberg ha studiato una stazione di clinciatura completamente elettrica: soluzione che, oltre a garantire un risparmio in termini di tempo e costi di manutenzione, nonché di costi energetici, permette – attraverso algoritmi – di rilevare lo spessore della vernice e regolare automaticamente la forza e la penetrazione dell’utensile che eseguirà la clinciatura affinché rimangano costanti, assicurando così un risultato “zero defect”. In pratica, la stazione si adatta in base alle caratteristiche dell’elemento da lavorare e garantisce una corretta tenuta anche in presenza di eventuali difformità.

Un prodotto finale tracciato e collaudato al 100%

Il montaggio prosegue con l’inserimento di gommini nel profilo di collegamento e, nella fase successiva, con l’inserimento di altre due torrette – una destra e una sinistra – di plastica. Queste torrette, in tre varianti di altezza, sono prelevate da un robot antropomorfo, che seleziona il modello corretto in funzione del codice prodotto che si sta processando, e lo posiziona nelle coperture. Lo stesso robot antropomorfo si occupa anche di alloggiare nelle torrette il gruppo di regolazione montato da uno degli impianti descritti in precedenza.

Per il montaggio del “gruppo di regolazione” la scelta di realizzare posaggi universali consente un cambio produzione rapido. il concetto “pit-stop” guida l’assemblaggio dei cassetti Il concetto “Pit-Stop” guida l’assemblaggio dei cassetti 10
Per il montaggio del “gruppo di regolazione” la scelta di realizzare posaggi universali consente un cambio produzione rapido.

Il fissaggio delle torrette avviene attraverso viti gestite da unità Cosberg munite di motore elettrico brushless. La flessibilità offerta da tale unità, che può contare sulla regolazione di forza e coppia grazie al motore brushless, permette di risolvere in modo ottimale le problematiche di avvitatura legate alla differenza dei due materiali (metallo prima, plastica poi). Sono impiegati robot antropomorfi perché garantiscono grande flessibilità, molto utile per ridurre i tempi – come per esempio nella stazione appena descritta – o per fare movimenti particolari, come nel caso dell’aggancio tra le coperture e il profilo di collegamento. Nell’ultima stazione descritta, il robot consente di gestire efficientemente i diversi modelli di torrette, riducendo – anche per questa fase complessa – il cambio produzione a un semplice settaggio del codice prodotto, rispettando pienamente la filosofia Pit-Stop.
Successivamente, un’altra unità di avvitatura con motore elettrico ad assorbimento di corrente fissa dei ganci alla copertura. Il processo si conclude con una stazione che esegue la marcatura laser di ogni singolo pezzo, consentendo la tracciabilità del lotto di produzione e rispondendo così all’esigenza del cliente di marcare ogni prodotto in modo permanente, associando a questo una serie di informazioni indelebili legate al processo produttivo.
In ultimo, viene eseguito un controllo del corretto funzionamento dei meccanismi interni alla sponda. In questo modo si ottiene un prodotto finale non solo “tracciato”, ma anche collaudato al 100%.

I tempi per i cambi di produzione sono ridotti al minimo

In generale, nella progettazione e nella realizzazione dell’intero impianto, Cosberg ha tenuto fede ai principi che da sempre caratterizzano i suoi prodotti: parliamo per esempio della facile manutenzione i cui interventi che, grazie all’applicazione di sensori e attuatori (soggetti a usura) in una posizione esterna alla meccanica, risultano più semplici e quindi più rapidi ed economici. Lo stesso principio viene adottato per le parti meccaniche soggette ad usura, come a esempio le testine delle unità di inserimento rivetti, le unitwà di avvitatura o le canaline sui distributori lineari (studiate e realizzate per consentirne un cambio veloce senza dover smontare l’intera stazione). A tutto ciò si aggiunge la standardizzazione già descritta in precedenza, che agevola manutenzione e gestione dei ricambi e non richiede l’intervento di tecnici esperti.

La flessibilità è un’altra peculiarità importante; i tempi per i cambi di produzione sono infatti ridotti al minimo grazie all’accorgimento di predisporre la macchina al montaggio di tutte le varianti, senza necessità di svuotare i caricatori e grazie all’utilizzo di tecnologie come i robot antropomorfi che consentono di eseguire più operazioni in tempi rapidi.
Altra caratteristica fondamentale di questo impianto è rappresentata dal fatto che le tavole rotanti e la linea sono costruite su chassis monoblocco, agevolando smontaggio e trasporto. Grazie alle soluzioni costruttive, in soli tre giorni l’intero impianto è stato installato e avviato.
Appare quindi evidente come Cosberg trasformi in soluzioni concrete i principi della filosofia Pit-Stop, che si traducono in vantaggi concreti e misurabili sul piano della competitività dei suoi clienti, in modo che anch’essi possano vincere il loro “Gran Premio”.

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