Storia di successo

Entrano i pezzi non lavorati, escono i pezzi finiti

La soluzione FMS di Starrag consente la produzione completamente automatizzata di pale turbina

Il più recente sistema di produzione flessibile (FMS) progettato e creato da Starrag è diretto in Cina. Un'azienda attiva nell'industria aeronautica cinese lavora ogni anno 35.000 pale di turbina forgiate in Inconel o titanio fino al completamento attraverso un processo completamente automatizzato. L'operatore inserisce semplicemente i pezzi non lavorati nel magazzino e poi estrae le pale pronte per l'installazione all'altra estremità. 

I sistemi di produzione flessibile stanno diventando una tendenza globale. Le industrie dell'aviazione e dell'energia, in particolare, traggono vantaggio dai vantaggi qualitativi ed economici offerti dalla produzione in serie automatizzata. Starrag è un fornitore di prim'ordine per questi sistemi altamente esigenti e da oltre vent'anni progetta e fornisce FMS per la produzione di parti di turbine e componenti strutturali per aeromobili. In questo periodo sono stati creati circa 60 sistemi automatici multimacchina, che hanno permesso all'azienda di accumulare un grande bagaglio di esperienza tecnologica. 

Il Dr. Markus Ess, Head of Development presso lo stabilimento di Starrag a Rorschacherberg, spiega: "Oltre alle nostre competenze principali nel campo delle macchine utensili, degli utensili, degli staffaggi e del sistema CAM, disponiamo di un'ampia esperienza in progetti "chiavi in mano". Nell'FMS integriamo la nostra tecnologia di lavorazione con componenti di automazione e tutti gli altri componenti necessari, in modo da poter fornire al cliente un sistema di produzione completo e affidabile."

I parametri di riferimento fissati dall'ultimo impianto sono più alti che mai. L'FMS ordinato da questa azienda aeronautica cinese deve essere in grado di elaborare 35.000 pale di turbina attraverso processi automatizzati ogni anno. Questo volume totale comprende quattro diversi tipi di pala con dimensioni che vanno da 80 mm a 200 mm. Queste pale sono note come "pale a guida variabile" e sono posizionate nella parte verticale della turbina in modo da poter essere regolate per modificare il flusso o la spinta secondo necessità. Dato che le dimensioni effettive dei lotti per i quattro tipi sono pari a circa 200 pezzi, l'FMS deve garantire un elevato livello di precisione e la corrispondente produttività, mostrando al contempo un alto grado di flessibilità. 

Un processo di produzione esigente

In precedenza la produzione di pale veniva effettuata senza una grande automazione su diverse macchine individuali e le pale di turbina venivano ancora lucidate a mano come fase finale. Per questo motivo il cliente aveva un'idea chiara di ciò che desiderava dal nuovo FMS di Starrag e dei vantaggi aggiuntivi di cui voleva beneficiare: Il processo doveva essere ottimizzato attraverso una moderna tecnologia di produzione, con la massima affidabilità del processo e un livello di qualità superiore nel prodotto finale. Particolare enfasi è stata posta sull'automazione del sistema per evitare errori derivanti dal funzionamento manuale.

"In una certa misura, il sistema FMS dovrebbe essere un sistema a scatola nera in cui l'operatore si limita a caricare un magazzino con i semilavorati all'inizio del processo e a rimuovere le pale di turbina pronte per essere installate alla fine", spiega Markus Ess. "La progettazione dell'intero processo ha rappresentato una sfida importante. Quale sequenza di operazioni è utile? Come deve essere eseguita la movimentazione?"

Ad esempio, per evitare che la società operativa debba spegnere l'intero impianto durante i lavori di manutenzione, il team di sviluppo guidato da Markus Ess ha organizzato il sistema in due sezioni quasi identiche e ridondanti. Ogni sezione contiene un'area di setup, un robot di movimentazione montato su un portale mobile lungo 20 metri, un sistema di lavaggio, un robot di lucidatura, un dispositivo di misurazione delle coordinate e un sistema di etichettatura. Il compito principale di lavorazione del prodotto è completato da un totale di sette centri di lavoro Starrag LX 021, quattro dei quali sono assegnati a un lato, mentre gli altri tre sono assegnati all'altro lato.

markus ess

Un robot è responsabile dell'intero processo di movimentazione

Un deposito di materiale che l'operatore dell'impianto carica con pezzi semilavorati funge in un certo senso da interfaccia per la cella automatizzata. È da questo deposito che il robot a portale mobile preleva un semilavorato di forgiatura, lo blocca nel primo staffaggio e lo trasporta al centro di lavoro. La prima fase nel centro di lavoro è un processo di misura, durante il quale la geometria prevista del pezzo finito viene misurata rispetto alla pala semilavorata. Questo processo avviene nel centro di lavoro stesso. Questa prima operazione comprende anche la fresatura del punto di bloccaggio per il secondo setup. Il robot blocca quindi il componente in un altro staffaggio che lo ritrasporta alla macchina. In questo modo, il componente viene caricato in un sistema di gestione pallet che funge anche da punto di stoccaggio intermedio compatto, disaccoppiando così il meccanismo di trasporto dal processo di lavorazione.

Starrag FMS

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Starrag centres take over complete hybrid machining

Il passo successivo è la lavorazione di semilavorati forgiati in Inconel o titanio. Oltre a sottoporre le pale di turbina a un processo di fresatura a cinque assi, è necessario far ruotare due attacchi dell'albero per consentire la regolazione della pala durante il successivo utilizzo. "La nostra LX 021, un centro di lavoro progettato per lavorare su componenti di piccole dimensioni — principalmente per le pale dei motori degli aerei — è ben adatto a questo processo di lavorazione ibrido completo", dice Markus Ess.

Starrag ha sviluppato la serie LX proprio per la lavorazione simultanea, estremamente precisa ed efficiente, delle pale di turbina. La versione più piccola è la LX 021 — "Essendo la prima macchina per pale, la velocità di rotazione di questo sistema è davvero notevole", sottolinea il responsabile dello sviluppo. "Per far sì che ciò avvenga, la LX 021 è dotato di un asse circolare a rotazione rapida, che raggiunge velocità fino a 4000 giri/min. Questo è essenziale per la lavorazione completa di piccole pale con attacchi d'albero di circa 10 mm." Per quanto riguarda il processo di fresatura, la LX 021 fornisce l'elevato livello di precisione richiesto sulla pala della turbina a forma libera, grazie non solo a macchine di alta qualità ma anche al processo di lavorazione: Il software CAM RCS sviluppato da Starrag serve a generare i programmi di fresatura, mentre gli utensili di fresatura in metallo duro garantiscono prestazioni di taglio ottimali.

In base alla quantità annuale di pezzi da produrre, gli sviluppatori di Starrag hanno calcolato che sette dei centri di lavoro LX 021 avrebbero dovuto essere integrati nel FMS. Tutti e sette i centri di lavoro hanno le stesse caratteristiche e possono eseguire gli stessi compiti. 

High-quality components complement
the automated production cell

Dopo la lavorazione, il robot a portale mobile trasporta i componenti alla stazione di lavaggio. Una volta rimossi tutti i residui di refrigerante dai componenti, questi vengono sottoposti a un processo di lucidatura. Un robot programmato appositamente per questo compito garantisce il rispetto dei severi requisiti di superficie. Il controllo finale viene poi effettuato in una cella di misura a coordinate 3D, dove vengono verificate tutte le caratteristiche specificate dal cliente. Successivamente, la pala di turbina viene etichettata con un numero di identificazione univoco, in modo che ogni fase di produzione possa essere rintracciata in un secondo momento. Infine, il robot a portale mobile preleva il componente completamente lavorato dallo staffaggio finale e lo riposiziona nel deposito di materiale, dove l'operatore può rimuovere il pezzo finito.

L'intero impianto è controllato da un'unità di controllo cella con un sistema PPC. Tutte le funzioni e le strategie necessarie del sistema sono state definite dal team di sviluppo guidato da Markus Ess. Il responsabile dello sviluppo fa notare che non è solo la cella a essere inclusa nell'ordine — Starrag è responsabile anche dei processi ausiliari come, ad esempio, il setup degli utensili. "Forniamo l'attrezzatura adatta per la contrazione e la misura e garantiamo che i dati vengano trasferiti in modo affidabile all'FMS, assicurando così che i controlli del centro di lavoro ricevano sempre le corrette geometrie degli utensili."

Dato che Starrag di solito agisce come appaltatore generale nell'implementazione di tali sistemi di produzione e si assume la completa responsabilità del processo — dalla progettazione dell'impianto alla consegna del sistema "chiavi in mano" — l'azienda monitora da vicino i partner e i fornitori associati coinvolti in qualsiasi componente aggiuntivo. Dal punto di vista del cliente, Markus Ess ritiene che quanto segue sia un "must": "Lavoriamo esclusivamente con aziende leader che sono in grado di soddisfare il nostro elevato livello di prestazioni e disponibilità."

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