Cos'è un apparecchio? Come si sta sviluppando la tecnologia?

Perché abbiamo bisogno di infissi?

Sia nella produzione tradizionale che nei moderni sistemi di produzione flessibili, le attrezzature svolgono un ruolo fondamentale nel processo di produzione e lavorazione. La loro funzione principale è quella di fissare e posizionare il pezzo in modo che rimanga stabile e preciso durante la lavorazione. In particolare, ci sono diverse ragioni importanti per utilizzare le attrezzature:

1. Garantire l'accuratezza e la qualità dell'elaborazione

Posizionamento preciso: il dispositivo può posizionare con precisione il pezzo in lavorazione per garantire l'accuratezza di ogni posizione di lavorazione durante la lavorazione. Ciò aiuta a mantenere coerenti le dimensioni e la forma del pezzo in lavorazione e a garantire la qualità del prodotto finale.

Il serraggio stabile impedisce lo spostamento e le vibrazioni del pezzo, riducendo errori e difetti superficiali.

2. Migliorare l'efficienza di produzione

L'utilizzo di dispositivi riduce i tempi di serraggio e regolazione, migliorando l'efficienza produttiva. Ad esempio, è possibile regolare rapidamente un dispositivo combinato per diversi pezzi in lavorazione.

Aumento della velocità: un dispositivo stabile consente velocità di elaborazione più elevate, incrementando la produttività.

3. Migliorare la sicurezza dei lavoratori

Evitare di tenere il pezzo in lavorazione: tenere il pezzo in lavorazione non è sicuro durante il taglio ad alta velocità o la lavorazione pesante. L'attrezzatura può fissare saldamente il pezzo in lavorazione, riducendo il rischio che i lavoratori entrino in contatto diretto con utensili e pezzi in lavorazione.

L'uso di dispositivi di fissaggio riduce le regolazioni manuali e il serraggio, riducendo l'affaticamento dei lavoratori.

4. Migliorare la consistenza del pezzo

Precisione di ripetizione: il dispositivo rende coerenti la posizione e il metodo di lavorazione di ogni pezzo, assicurando così la coerenza della lavorazione. Ciò è particolarmente importante per la produzione di massa, che può garantire che le specifiche e le prestazioni di ogni lotto di prodotti siano le stesse.

Produzione standardizzata: il dispositivo garantisce un serraggio e una lavorazione standardizzati, semplificando la produzione e riducendo errori e difetti.

5. Risparmiare sui costi di produzione

Riduzione degli scarti: i dispositivi di fissaggio migliorano la precisione e la coerenza, riducendo al minimo gli scarti derivanti da posizionamenti imprecisi o da serraggi instabili e riducendo i costi di produzione.

Riduzione dei tempi di lavorazione: gli attrezzi riducono i tempi di serraggio e regolazione, aumentando la velocità e accorciando il ciclo di produzione, con conseguente risparmio sui costi.

6. Adattarsi alla produzione multi-varietà e in piccoli lotti

Siamo in grado di adattare rapidamente attrezzature flessibili per soddisfare le esigenze di lavorazione di diversi pezzi, ideali per produzioni multivarietà e di piccoli lotti.

Siamo in grado di sostituire e regolare rapidamente gli impianti, riducendo i tempi di cambio e migliorando la flessibilità della produzione.

7. Migliorare la controllabilità del processo produttivo

Controllo del processo: le attrezzature di fissaggio garantiscono uniformità e ripetibilità durante la lavorazione, rendendo il processo più controllabile, facile da monitorare e da regolare.

L'utilizzo di dispositivi di fissaggio per il fissaggio del pezzo in lavorazione migliora la tracciabilità della qualità in ogni fase della produzione, agevolando il controllo di qualità.

La progettazione degli impianti è fondamentale nella produzione, poiché influisce direttamente sulla qualità, l'efficienza e i costi della lavorazione.

Cos'è un apparecchio flessibile?

Un dispositivo flessibile è un dispositivo di fissaggio del pezzo progettato per adattarsi alla produzione di più varietà e piccoli lotti. È possibile regolarlo e riconfigurarlo in modo flessibile per adattarlo alle forme e alle dimensioni di diversi pezzi. Il concetto di progettazione dei dispositivi flessibili è quello di migliorare l'efficienza della produzione, ridurre i costi e ridurre i tempi di regolazione delle attrezzature per adattarsi alle esigenze della produzione moderna in termini di flessibilità e risposta rapida.

Le attrezzature flessibili sono nate con lo sviluppo di sistemi di produzione flessibili e sistemi di produzione integrati al computer (CIMS). Con l'introduzione di CIMS, la produzione di piccoli lotti multi-varietà ha ricevuto sempre più attenzione e le attrezzature flessibili che si adattano alle esigenze di tali prodotti e ai cambiamenti di produzione sono ancora più indispensabili.

Fasi fondamentali della progettazione degli apparecchi

La progettazione degli impianti generalmente comprende i seguenti passaggi:

Pianificazione dell'installazione: confermare il posizionamento, il numero di serraggi, il metodo di posizionamento del pezzo in ogni serraggio, g e la superficie di lavorazione durante la lavorazione.

Pianificazione: confermare la superficie di posizionamento, il punto di posizionamento, il punto di non posizionamento e la superficie di serraggio e il punto di serraggio sul pezzo durante la lavorazione.

Progettazione della configurazione: selezionare i componenti del dispositivo di fissaggio e assemblarli in un dispositivo in grado di bloccare il pezzo in lavorazione.

La progettazione della configurazione delle attrezzature di fissaggio è diventata una questione importante nel campo del CAFD. Con l'impiego di un numero sempre maggiore di macchine utensili CNC e centri di lavoro , molti processi possono essere completati in un'unica fase di serraggio, il che richiede una progettazione affidabile della configurazione delle attrezzature di fissaggio.

Ricerca e sviluppo di dispositivi flessibili

1. Panoramica sullo sviluppo di dispositivi flessibili

L'attrezzatura di processo del processo di produzione include la selezione e la progettazione di utensili, dispositivi, apparecchiature di collaudo e stampi. Per ridurre i costi di serraggio e i tempi di preparazione alla produzione, è essenziale un serraggio flessibile.

In generale, un dispositivo flessibile si adatta ai cambiamenti e rimane utilizzabile anche quando la forma e le dimensioni del pezzo in lavorazione cambiano in una certa misura.

La variazione del pezzo in lavorazione può essere piccola, con forme e dimensioni simili, oppure grande, con differenze significative di forma e dimensione.

La definizione di dispositivi flessibili rimane vaga, senza confini o definizioni chiare. In generale, si tratta di dispositivi che le macchine utensili e i centri di lavorazione utilizzano per serrare una varietà di pezzi diversi.

Gli apparecchi flessibili includono apparecchi combinati, apparecchi programmabili, apparecchi flessibili generali, apparecchi flessibili con materiali a cambiamento di fase e altri apparecchi.

Utilizzando diversi materiali a cambiamento di fase è possibile realizzare vari tipi di apparecchi.

Le attrezzature meccaniche bloccano solo piccole aree o singoli punti, mentre le attrezzature con materiali a cambiamento di fase bloccano efficacemente pezzi complessi e deformabili.

1.1 Dispositivi flessibili innovativi

Inclusi tre tipi

1) Apparecchiature autentiche a cambiamento di fase e apparecchi flessibili a pseudo-cambiamento di fase.

Questo tipo di dispositivo sfrutta le proprietà fisiche del materiale per la transizione tra le fasi liquida e solida. Quando il materiale è nella sua fase liquida, l'utente posiziona il pezzo in lavorazione in un contenitore riempito con il materiale. La stimolazione esterna innesca quindi la rapida solidificazione del materiale, bloccando il pezzo in lavorazione in posizione. Dopo l'elaborazione, l'utente riporta il materiale dalla sua fase solida alla sua fase liquida per rilasciare e recuperare il pezzo in lavorazione.

Il materiale a pseudo-cambiamento di fase simula le proprietà bidirezionali del vero materiale a cambiamento di fase utilizzando un letto fluidizzato di particelle. Questo approccio impiega un metodo fisico per forzare il materiale a passare da uno "stato solido" a uno "stato di flusso". Questo processo, chiamato pseudo-cambiamento di fase, imita l'aspetto di un cambiamento di fase senza che si verifichi un cambiamento di fase effettivo.

Il principio di base prevede il riempimento del letto fluidizzato con particelle metalliche fini e l'introduzione di aria attraverso le prese d'aria sul fondo del letto. Le particelle metalliche fini seppelliscono i componenti standard posizionati all'interno. Il processo inizia con il serraggio del pezzo in lavorazione e quindi l'introduzione di gas dalle prese d'aria per allentare le particelle. Infine, gli operai rimuovono il pezzo in lavorazione per completare la lavorazione.

2) Apparecchi adattabili:

Si tratta di dispositivi i cui elementi di serraggio possono adattarsi automaticamente alla forma del pezzo in lavorazione, ovvero possono cambiare forma durante il serraggio per adattarsi ai cambiamenti del pezzo in lavorazione.

3) Apparecchiature modulari controllate da programma:

Un servosistema aziona gli elementi di posizionamento, serraggio e supporto. I programmi CNC installano questi elementi su una guida mobile bidirezionale e progettano diverse configurazioni di fissaggio.

1.2 Innovazione degli apparecchi tradizionali

Gli apparecchi regolabili e gli apparecchi combinati dividono gli apparecchi tradizionali in due categorie.

Gli apparecchi regolabili includono apparecchi regolabili generali e apparecchi regolabili speciali. Questi ultimi utilizzano principalmente la tecnologia di raggruppamento come strumento tecnico.

La standardizzazione dei componenti ha portato allo sviluppo di dispositivi combinati come nuovo tipo di apparecchiatura di processo.

2. Apparecchio combinato

Questo dispositivo è un nuovo tipo di apparecchiatura di processo sviluppata in base alla standardizzazione delle parti. Il sistema di dispositivi di combinazione include una varietà di componenti e può essere utilizzato per vari scopi, come il posizionamento e il serraggio verticale o orizzontale.

È possibile suddividere gli apparecchi combinati in diverse tipologie in base alle occasioni in cui vengono utilizzati:

Attrezzature per torni, attrezzature per trapani, attrezzature per alesatrici e attrezzature per bancali.

È suddiviso in otto categorie: parti di base, parti di supporto, parti di posizionamento, parti di guida, parti di serraggio, elementi di fissaggio, parti ausiliarie e parti di assemblaggio.

Gli impianti combinati riducono i tempi di preparazione della produzione, garantiscono la qualità e migliorano i vantaggi economici, rendendoli ideali per la produzione di più varietà in piccoli lotti.

Con il rapido sviluppo di apparecchiature e sistemi di lavorazione flessibili, per i sistemi di produzione sono diventati essenziali dispositivi di combinazione altamente flessibili con componenti standardizzati.

Esistono generalmente due tipi di sistemi di fissaggio combinati:

Sistemi basati su scanalature a T e su perni (chiamati anche sistemi basati su fori).

L'industria manifatturiera ha sviluppato e utilizzato il dispositivo di fissaggio combinato basato sulla scanalatura a T per oltre 50 anni.

Il posizionamento preciso del pezzo in lavorazione avviene tramite le scanalature a T parallele e perpendicolari presenti sulla base.

In questo sistema, quando si fissano i componenti dell'attrezzatura sulla stessa fila di scanalature a T, è opportuno organizzare in modo ragionevole l'ordine di assemblaggio dei componenti dell'attrezzatura.

Nel mondo esistono molti sistemi di fissaggio combinati basati sulle cave a T; i più noti sono: i sistemi Wharton Unitool (Inghilterra), YCT (Russia), CATIC (Cina) e Halder (Germania).

Il dispositivo di fissaggio combinato basato su perni realizza principalmente il posizionamento e il fissaggio precisi dei componenti del dispositivo attraverso i fori di posizionamento sulla base.

I sistemi principali sono:

BlucoTechnik (Germania, Stati Uniti), Kipp (Germania), Qu-Co (Stati Uniti), Stevens (Stati Uniti), CarLane (Stati Uniti), SAFE (Stati Uniti), TJMGS (Cina), CPI (Russia).

Le attrezzature modulari sono metodi di serraggio flessibili con grandi potenzialità in FMS e CIMS. Una tecnologia chiave per la loro applicazione è la tecnologia delle attrezzature assistite da computer, che include CAFD, verifica i progetti delle attrezzature e gestisce le attrezzature.

Per adattarsi alla produzione agile, è emerso un nuovo concetto di attrezzatura e un nuovo sistema di serraggio, ovvero le attrezzature agili, che sono l'estensione e lo sviluppo delle attrezzature modulari tradizionali e delle attrezzature flessibili.

L'industria degli impianti lo apprezza sempre di più per la sua buona riconfigurabilità, scalabilità, apertura, forte adattabilità, risposta rapida ai nuovi prodotti e rapida velocità di ricostruzione.

È fondamentale migliorare la capacità dei sistemi di produzione di rispondere rapidamente ai cambiamenti di prodotto, abbreviare i cicli di progettazione e produzione, aumentare la flessibilità, ridurre i costi e migliorare la qualità del prodotto.

Progettazione assistita da computer (CAFD)

1. Sviluppo del CAFD

Nell'ultimo decennio, la ricerca in ambito manifatturiero si è concentrata sul miglioramento di CAD/CAM e CAPP.

Solo negli ultimi 20 anni CAFD si è evoluto in un componente importante della tecnologia integrata CAD/CAM e in un aspetto importante di CAPP. È il collegamento tra progettazione e produzione nell'ambiente CIMS.

Con l'avvento dei sistemi CAD/CAM, i progettisti applicano la tecnologia CAFD alla progettazione delle attrezzature, puntando a ridurre i costi e i cicli di produzione, con l'accorciamento del ciclo di preparazione come obiettivo fondamentale.

Fuh et al. hanno introdotto la prima generazione di un sistema di progettazione di dispositivi CAFD interattivo (I-CAFD), che si integra con il software CAD, sfrutta le capacità di elaborazione grafica del CAD e include una libreria di componenti di dispositivi e un menu di sequenze di assemblaggio.

Lo scopo dello sviluppo dell'I-CAFD è:

1) Un maggior numero di progettisti può progettare in modo interattivo gli apparecchi per completare attività di progettazione di apparecchi più complesse;

2) Ridurre i tempi del ciclo di sviluppo fornendo strumenti per le operazioni geometriche;

La seconda generazione di CAFD sviluppata a metà degli anni '1980 ha prodotto due tipi di sistemi CAFD basati su metodi varianti e generativi:

Tecnologia di gruppo (GT) e conoscenza (KB).

Nel metodo di progettazione delle varianti di fissaggio, i progettisti adattano i progetti esistenti per pezzi simili all'interno di una famiglia di componenti modificando le caratteristiche di lavorazione, le operazioni e le sequenze di installazione.

Grazie al sistema di codifica della tecnologia di gruppo, adattiamo gli elementi di fissaggio originali simili nella libreria di fissaggi ai requisiti di lavorazione del nuovo pezzo.

Quando è impossibile ripristinare un dispositivo simile, è possibile utilizzare il metodo di progettazione generativa dei dispositivi per creare un nuovo schema di progettazione dei dispositivi e quindi aggiungere il codice del dispositivo appena generato alla libreria dei dispositivi come riferimento per la progettazione successiva.

Il CAFD sviluppato dopo gli anni '1990 è la terza generazione. La caratteristica del CAFD in questa era è che si è rivolto alla progettazione software di dispositivi con lo scopo di strutturare il dispositivo del prodotto e l'effettiva applicazione della produzione come orientamento.

Attualmente, lo sviluppo del CAFD ha notevolmente ridotto il ciclo di sviluppo della produzione, ottimizzato il processo di produzione, verificato il flusso del processo di produzione e sta svolgendo un ruolo sempre più importante in FMS e CIMS.

La progettazione assistita da computer di dispositivi è principalmente focalizzata sulla ricerca sulla pianificazione dei dispositivi, incluso l'algoritmo proposto da Demeter per la selezione delle posizioni di posizionamento e di serraggio:

Menasa e DeVries hanno studiato la pianificazione degli impianti basata sull'analisi cinematica;

Il sistema basato su regole sviluppato dagli studiosi europei Pham, de Sam Lazaro, ecc., viene utilizzato per progettare dispositivi combinati per pezzi prismatici:

Hargrove SK e Kusiak A hanno effettuato un'analisi completa dello sviluppo del CAFD contemporaneo nella letteratura e hanno proposto tendenze e necessità di sviluppo future.

Il CAFD basato sulla conoscenza organizza la conoscenza degli esperti in regole e ottiene varie decisioni basandosi sul meccanismo di ragionamento del sistema esperto.

Poiché l'applicazione delle regole non è molto realistica, ShuHuang Sun e JaHau Lewis Chen hanno proposto un sistema di progettazione di dispositivi intelligenti basato sul ragionamento basato sui casi (CBR) per affrontare i problemi che i sistemi esperti basati su regole non sono in grado di risolvere:

1) Le conoscenze nella progettazione sono troppo complesse per essere semplificate in regole.

Le regole vengono accumulate da situazioni simili in passato, mentre la progettazione viene eseguita per casi specifici. È difficile completare la progettazione di casi specifici tramite regole;

2) Gli esperti non riescono ad esprimere chiaramente le loro conoscenze;

3) Per i sistemi esperti basati sulla conoscenza, l'acquisizione della conoscenza rappresenta ancora un ostacolo.

Il sistema proposto memorizza l'esperienza come casi. Quando affronta nuovi problemi, trova il caso più simile tra quelli precedenti e modifica il caso per soddisfare la nuova situazione.

Una volta risolto il problema, la nuova soluzione viene memorizzata come caso nella libreria dei casi e può essere nuovamente applicata quando si presentano situazioni simili.

2. Principali aree di ricerca nel campo del CAFD

1) Metodi di classificazione basati sulla tecnologia di gruppo e sul ragionamento basato su casi nella progettazione di dispositivi;

2) Determinazione dei punti di posizionamento e dei punti di fissaggio mediante analisi cinematica;

3) Selezione delle superfici di posizionamento e di serraggio mediante sistemi esperti basati sulla conoscenza;

4) Pianificazione degli arredi basata sull'analisi geometrica;

5) Analisi della relazione di precisione per la selezione del riferimento di posizionamento;

6) Progettazione della configurazione degli apparecchi combinati.

Sviluppo della progettazione di dispositivi automatizzati (AFD)

Negli ultimi anni, il settore degli infissi si è concentrato ampiamente sulla progettazione di sistemi di infissi modulari e parte della letteratura ha esaminato gli ultimi sviluppi in questo campo.

Tao, Kumar, Nee et al. hanno verificato il problema del bloccaggio della forza nella configurazione dell'attrezzatura mediante un metodo di calcolo geometrico e hanno proposto un metodo di ragionamento geometrico per determinare il punto di serraggio ottimale e la sequenza di serraggio.

Questo metodo è molto semplice ed efficace per determinare il punto di serraggio ottimale a partire dalla disposizione dei punti di serraggio candidati, dopo aver considerato la forza di bloccaggio.

Utpal Roy e Jianmin Liao hanno introdotto un meccanismo di ragionamento geometrico per la progettazione di dispositivi automatici, combinando ragionamento qualitativo e quantitativo. Hanno analizzato due tipi di deformazione: deformazione da contatto da serraggio e flessione da forze di taglio. Sulla base di ciò, hanno ottimizzato le posizioni di supporto e serraggio, assicurando un fissaggio saldo e preciso del pezzo durante la lavorazione e hanno implementato il sistema in un prototipo.

Il sistema AFD fornisce un ambiente di progettazione di dispositivi automatici intelligenti, costituito da 4 moduli principali:

1) modello di prodotto completamente informatizzato;

2) base di conoscenza;

3) meccanismo di ragionamento;

4) configurazione finale dell'apparecchio.

In base al grado di automazione, dividiamo i sistemi di progettazione degli impianti in tipologie interattive, semiautomatiche e automatizzate.

Un sistema di progettazione di dispositivi interattivi fornisce un'interfaccia utente per aiutare gli utenti a selezionare componenti adatti in base alle conoscenze del progettista. Tuttavia, è dispendioso in termini di tempo poiché gli utenti devono scegliere superfici di serraggio, punti e componenti in base alla geometria del pezzo e ai requisiti di lavorazione, e non ha sviluppato completamente le sue funzioni informatiche.

Il miglioramento del sistema di progettazione di dispositivi semi-automatici si basa sul sistema interattivo, che riduce la necessità di conoscenze professionali da parte del progettista. Il sistema di progettazione di dispositivi automatizzato migliora ulteriormente l'efficienza e la qualità del processo di progettazione di dispositivi determinando automaticamente i punti di serraggio e selezionando punti di serraggio accurati da un elenco di punti candidati.

Kumar, Fuh, Kow, ecc. hanno sviluppato un sistema di progettazione automatica di dispositivi modulari basato sull'applicazione di tecnologie CAD e AI avanzate nei dispositivi modulari, utilizzando metodi CAD e la tecnologia software 3-DCADICAM.

Il sistema è integrato con un sistema di progettazione di dispositivi interattivo e semi-automatico. Oltre a determinare automaticamente il punto di serraggio, può anche utilizzare un sottomodulo di rilevamento delle interferenze di lavorazione per prevenire interferenze tra l'utensile da taglio e il dispositivo durante la lavorazione.

Hu e Rong hanno proposto un algoritmo di rilevamento rapido delle interferenze, che semplifica il modello del componente di fissaggio in un modello di ruota bidimensionale con informazioni elevate. È diverso dal processo di rilevamento che utilizza entità riempite ed è più efficace nella verifica del fissaggio.

Conclusione

Guardando allo sviluppo del settore degli infissi e agli ultimi risultati delle ricerche, nonostante oltre un decennio di ricerche, non esiste ancora al mondo un software commerciale maturo per gli infissi.

Pertanto, lo sviluppo di un software CAD pratico per le attrezzature dovrebbe essere la massima priorità nell'attuale ricerca di software di produzione. Un sistema di progettazione di attrezzature automatico completo e completo che integri la tecnologia CAD/CAMI/CAE con programmi CNC e possa rilevare interferenze tra utensili da taglio e attrezzature combinate è la tendenza di sviluppo futura.

A causa della complessità della progettazione degli impianti e della situazione attuale in continua evoluzione, è difficile per la ricerca AFD fare una svolta in un breve periodo. C'è ancora molto lavoro da fare per ottenere l'applicazione nella produzione effettiva.