Automatizzare la produzione di ingranaggi

NUM sta aiutando un’azienda taiwanese di macchine utensili, specializzata nella rettifica CNC degli ingranaggi, ad automatizzare la produzione di ingranaggi sia a evolvente che cicloidali destinati alla robotica. L’esclusiva tecnologia di rettifica multi-profilo di NUM offre la capacità e la flessibilità per produrre entrambi i tipi di ingranaggi sulla stessa macchina, con un netto incremento di produttività.

di Elena Magistretti

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 a evolvente che cicloidale. Queste macchine figurano tra le prime rettificatrici per ingranaggi sul mercato in grado di gestire entrambi i tipi di profilo. Sono due le versioni della rettificatrice disponibili, una per gli ingranaggi interni e l’altra per gli ingranaggi esterni.

I riduttori tipicamente utilizzati nei sistemi robotici
I sistemi robotici utilizzano tipicamente riduttori epicicloidali dotati di ingranaggi a evolvente, oppure unità cicloidali basate sulla combinazione di un rotore epitrocoide ridotto e uno statore cicloide. Mentre i riduttori epicicloidali sono in circolazione da molto tempo e sono ampiamente utilizzati, le unità cicloidali hanno un numero di parti in movimento molto inferiore e offrono un mezzo più efficiente per ottenere tassi di riduzione molto elevati. Un riduttore di velocità con un rapporto di 200:1 avrebbe tipicamente bisogno di una catena di tre riduttori epicicloidali con dodici ingranaggi a 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 difficili e costosi da produrre. Nel 2015, la casa taiwanese 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 i costi.
Ciò le consente inoltre di vendere i riduttori ai costruttori di macchine, ed eventualmente le macchine stesse ai produttori di ingranaggi.

Produrre ingranaggi sia cicloidali che a evolvente sulla stessa macchina
Chien Wei aveva 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 è divenuto 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 svantaggio era che i clienti che desideravano acquistare le macchine avrebbero dovuto investire in un costoso sistema CAD/CAM e in personale supplementare.
Il sistema CNC scelto dal costruttore come soluzione ottimale è in grado di supportare i cicli di rettifica degli ingranaggi al suo interno, in modo che i clienti possano semplicemente inserire i parametri degli ingranaggi che intendono produrre, mentre al CNC è demandato il controllo di tutti gli aspetti dei processi di ravvivatura e rettifica della macchina in tempo reale.
La scelta è caduta su NUM grazie alla sua comprovata esperienza nelle applicazioni di rettifica degli ingranaggi CNC. L’azienda ha collaborato 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 ingranaggi sia cicloidi che a evolvente sulla stessa macchina.

Le caratteristiche e il funzionamento delle due rettificatrici
La rettificatrice per ingranaggi interni è una macchina a 9 assi. Il piano di lavoro è montato su un asse lineare che si muove assialmente verso la mola, azionata da una cinghia 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. In questo caso 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 forme sia cicloidi sia a involvente.
La rettificatrice per ingranaggi esterni è invece 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 si occupa della ravvivatura, ma la forma dello spazio del dente può essere ridotta in epitrochoidi o involuti. Entrambe le macchine sono in grado di eseguire la correzione manuale delle forme dei denti degli ingranaggi e sono comandate dai sistemi CNC NUM Flexium+ 68, dotati di pannelli operatore NUM FS153i touchscreen. 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.