Taiwan, una macchina per la produzione di ingranaggi ad evolvente e cicloidale per la robotica, con l’aiuto di NUM
NUM sta aiutando l’azienda taiwanese di macchine utensili Chien Wei Precise Technology a sviluppare rettificatrici CNC innovative per la produzione di ingranaggi speciali utilizzati in applicazioni robotiche. Basate interamente sulla piattaforma NUM Flexium+ 68, CNC di ultima generazione, le nuove macchine di Chien Wei sono progettate per velocizzare la produzione di ingranaggi di precisione a profilo sia ad evolvente che cicloidale. Si ritiene che siano le prime rettificatrici per ingranaggi sul mercato in grado di gestire entrambi i tipi di profili di ingranaggi. Esistono due versioni della rettificatrice, una per gli ingranaggi interni e l’altra per gli ingranaggi esterni.
Fondata nel 1981, Chien Wei Precise Technology Co., Ltd. ha sede nel distretto di Fengshan nel sud di Kaohsiung, Taiwan. L’azienda si è inizialmente specializzata in macchine utensili di precisione come rettificatrici verticali e centri di lavoro, insieme a macchine di misura a coordinate (CMM). Nel corso del tempo si è diversificata anche in sistemi di automazione robotizzata.
I sistemi robotici utilizzano tipicamente riduttori epicicloidali dotati di ingranaggi ad evolvente, oppure unità cicloidali basate sulla combinazione di un rotore epitrocoide ridotto e di uno statore cicloide. Mentre i riduttori epicicloidali sono in circolazione da molto tempo e godono di un uso estensivo, le unità cicloidali hanno un numero di parti in movimento molto inferiore e offrono un mezzo più efficiente per ottenere tassi di riduzione estremamente elevati. Un riduttore di velocità con un rapporto di 200:1 avrebbe tipicamente bisogno di una catena di tre riduttori epicicloidali con dodici ingranaggi ad evolvente in movimento. Lo stesso rapporto di riduzione potrebbe essere ottenuto con una trasmissione cicloidale che utilizza uno statore e un rotore. Tuttavia, gli ingranaggi cicloidi sono notoriamente difficili e costosi da produrre.
Nel 2015, Chien Wei ha deciso di portare la produzione di ingranaggi all’interno dell’azienda, sviluppando una propria rettificatrice per ingranaggi. Producendo i propri riduttori, l’azienda ha potuto controllare la qualità, ridurre i tempi di consegna e ridurre i costi. Ciò consentirebbe inoltre di vendere i riduttori ai costruttori di macchine - ed eventualmente le macchine stesse ai produttori di ingranaggi.
Chien Wei ha inizialmente basato la sua rettificatrice per ingranaggi su un sistema CNC Fanuc serie 0i-MF, che utilizza per altre macchine utensili, insieme al software CAD/CAM Mastercam e alla propria CMM. Ma ben presto divenne chiaro che la complessità del profilo degli ingranaggi cicloidali rendeva i dati della macchina di misura inadeguati per il controllo del processo di produzione. Un altro grande svantaggio era che i clienti che desideravano acquistare le macchine avrebbero dovuto investire in un costoso sistema CAD/CAM e in personale supplementare.
Secondo il presidente di Chien Wei, il sig. Lee, “Abbiamo rapidamente deciso che ciò di cui avevamo bisogno era un sistema CNC che supportasse i cicli di rettifica degli ingranaggi al suo interno, in modo che i nostri clienti potessero semplicemente inserire i parametri degli ingranaggi che volevano, con il CNC che controllava tutti gli aspetti dei processi di ravvivatura e rettifica della macchina in tempo reale. NUM è stata una scelta ovvia, grazie alla sua comprovata esperienza nelle applicazioni di rettifica degli ingranaggi CNC. L’azienda era anche disposta a collaborare allo sviluppo congiunto del sistema CNC, che comprende un HMI (interfaccia uomo-macchina) specifico per l’applicazione e varie funzioni di controllo dedicate.
La nuova generazione di rettificatrici per ingranaggi di Chien Wei, insieme alla nuova tecnologia di rettifica di profili di NUM, offre ora la capacità e la flessibilità per produrre sia ingranaggi cicloidi che a evolvente sulla stessa macchina.
Adrian Kiener, CSO Asia e Amministratore Delegato di NUM Taiwan, sottolinea che questa applicazione sottolinea l’importanza della strategia di supporto decentrato di NUM. “Fornendo l’accesso diretto agli esperti CNC e alle ampie strutture di sviluppo che abbiamo qui a Taiwan, così come a quelli di molti altri paesi in tutto il mondo, siamo in grado di fornire ai nostri clienti un servizio di risposta molto rapido che li aiuta a ridurre significativamente il loro time-to-market. In combinazione con la conoscenza e l’esperienza del nostro gruppo di prodotti per ingranaggi in Svizzera, questo ha portato al pacchetto completo che NUM sta fornendo. Comprende l’interfaccia utente, la tecnologia e i calcoli, nonché tutti i cicli NC.”
La rettificatrice per ingranaggi interni di Chien Wei è una macchina a 9 assi. Il piano di lavoro è montato su un asse lineare che si muove assialmente verso la mola, che è azionata da una cinghia (a causa di vincoli di spazio all’interno dell’ingranaggio) e montata su un asse verticale azionato da un motore lineare. Quando la mola gira, viene spinta su e giù dall’asse lineare, mentre il piano di lavoro si muove continuamente. Entrambi i fianchi dell’ingranaggio vengono rettificati simultaneamente. La macchina gestisce anche la ravvivatura degli ingranaggi. Durante il ciclo di ravvivatura, l’intera testa dell’utensile viene spostata orizzontalmente a destra e un disco ravvivatore simmetrico si muove lungo la forma esterna della mola in tre sezioni, fianco destro/sinistro e punta. Possono essere ravvivate sia le forme cicloidi che quelle a involvente.
La rettificatrice per ingranaggi esterni è una macchina a 8 assi. Molto simile in termini operativi a quella per ingranaggi interni, è dotata di una mola ad azionamento diretto. Anche in questo caso, come la rettificatrice per ingranaggi interni, si occupa della ravvivatura. Tuttavia, in questo caso la forma dello spazio del dente può essere ridotta in epitrochoidi o involuti.
La correzione manuale delle forme dei denti degli ingranaggi è possibile su entrambe le macchine.
Entrambe le macchine sono comandate dai sistemi CNC NUM Flexium+ 68, dotati di pannelli operatori NUM FS153i sensibili al tocco. L’HMI specifico per l’applicazione, sviluppato congiuntamente da NUM Taiwan e Chien Wei, controlla sia i cicli di rettifica che di ravvivatura, e consente agli utenti di specificare in toto il profilo dentato richiesto semplicemente inserendo i parametri appropriati. I file grafici DXF (Drawing Interchange Format) possono essere importati ed esportati in sistemi CAD, e il sistema dispone di una banca dati completa per mole e pezzi da lavorare. I programmi NC vengono generati in modo completamente automatico, senza alcun coinvolgimento dell’operatore.
Come sottolinea Johnny Wu, Sales Manager di NUM Taiwan, “Le piattaforme CNC ad architettura aperta di NUM, insieme alla disponibilità dell’azienda a collaborare con i costruttori di macchine nello sviluppo di soluzioni specifiche per applicazioni, è un elemento di differenziazione chiave quando si tratta di scegliere un fornitore CNC.”
Riduttori per applicazioni robotizzate
La maggior parte dei sistemi robotizzati richiedono un movimento a bassa velocità regolare, preciso e altamente affidabile. Derivando quel movimento da un motore che funziona in modo ottimale, ad esempio, a 1000 giri/minuto, è necessaria una qualche forma di riduttore di velocità. I progettisti possono scegliere tra due tipi di riduttori: riduttori epicicloidali e riduttori a cicloide.
I riduttori epicicloidali (o riduttori) utilizzano un ingranaggio solare al centro e i riduttori epicicloidali attorno ad esso, tutti incorporati in un anello. Tutti gli ingranaggi, compreso l’anello, hanno un profilo ad evolvente. Questi tipi di azionamenti sono onnipresenti - sono utilizzati in un’ampia gamma di applicazioni, comprese le automobili e altri veicoli stradali, e sono prodotti da quasi tutti i produttori di ingranaggi del mondo.
L’altro tipo di riduttore di velocità è la scatola del cambio cicloidale. Non ha ingranaggi solari e planetari, quindi non è un riduttore epicicloidale. Invece, un cambio cicloide ha uno o due rotori esterni al centro e uno statore interno come anello.
I riduttori che utilizzano ingranaggi cicloidi hanno pochissime parti in movimento e sono alcuni dei riduttori di velocità più efficienti e affidabili oggi disponibili sul mercato. Le combinazioni statore/rotore singolo possono adattarsi a rapporti fino a 300:1 e possono fornire rendimenti superiori al 93%.
Le rettificatrici per ingranaggi di ultima generazione di Chien Wei, che incorporano la nuova tecnologia di rettifica dei profili di NUM, consentono ora ai produttori di ingranaggi sia cicloidi che ad evolvente sulla stessa macchina. Questo aumenta significativamente la flessibilità di produzione - la produzione può essere cambiata da un tipo di ingranaggi all’altro senza dover cambiare macchina.
(Settembre 2019)