Case History C.B. Ferrari e Heidenhain: precisione, velocità e affidabilità

apertura-a4507414aGiovedì 1 settembre 2016 è una data storica per C.B. Ferrari, giorno in cui l’azienda taglierà il traguardo dei suoi primi 50 anni. Cinquant’anni di attività durante i quali innovazione, orientamento alle massime prestazioni e prodotti di altissima precisione hanno scandito il trascorrere del tempo. Lo sviluppo di tre differenti linee di prodotto ha contribuito (e lo fa tutt’ora) alla crescita di C.B. Ferrari: oggi l’offerta si concentra sulle serie di centri di lavoro ad alta velocità e precisione per fresatura a 3 e 5 assi, macchine con sorgente laser e software. Nel settore dell’asportazione di truciolo l’azienda è stata uno dei primi costruttori ad equipaggiare le proprie macchine con controllo numerico (correva l’anno 1973) e a dotarle di sistemi di misura assoluti che non necessitano di azzeramenti e assicurano la massima affidabilità nel rilevamento della posizione degli assi.

Particolare della testa birotativa per lavorazioni a 5 assi continui.
Particolare della testa birotativa per lavorazioni a 5 assi continui.

I centri C.B. Ferrari trovano applicazione in tutti quei settori in cui precisione, velocità e affidabilità delle lavorazioni sono requisiti imprescindibili: la vasta gamma di taglie e soluzioni risponde alle esigenze di comparti quali stampi e attrezzature, aeronautico, energetico, medicale, automotive e meccanica di precisione.

Precisione, velocità e affidabilità caratterizzano anche le soluzioni HEIDENHAIN, partner tecnologico di C.B. Ferrari: “Tra le due aziende si è creata un’eccellente sinergia e da tempo equipaggiamo tutte le macchine con le righe ottiche assolute poiché ne riconosciamo l’elevata precisione e affidabilità. Inoltre, sulle macchine rivolte al settore degli stampi quasi tutta la componentistica ed i controlli sono HEIDENHAIN” spiega Gabriele Tebaldi, Sales Manager C.B. Ferrari, che puntualizza: “Le soluzioni, semplici ma con contenuti tecnologici molto forti, da un lato elevano la qualità della macchina e ne migliorano le prestazioni; dall’altro, aiutano l’operatore a lavorare in maniera più efficace”.

Centro di lavoro C.B. Ferrari con il controllo numerico iTNC 530.
Centro di lavoro C.B. Ferrari con il controllo numerico iTNC 530.

Il pacchetto HEIDENHAIN
Il pacchetto HEIDENHAIN è presente anche sull’ultima nata di casa Ferrari, il centro di lavoro verticale a 5 assi della Serie D con testa bi-rotativa. “Questa macchina, che mutua la struttura dell’attuale Serie D, è dedicata alla lavorazione di precisione ad alta velocità di particolari di medio-grandi dimensioni nel comparto degli stampi, delle attrezzature e della meccanica di precisione” racconta Tebaldi.

In aggiunta agli assi canonici, la nuova macchina è dotata di testa bi-rotativa che consente di lavorare sui 5 assi continui pezzi particolarmente ingombranti mantenendo fissa la posizione della tavola, evitando così interferenze del pezzo in lavorazione con la struttura a portale. La serie D con testa bi-rotativa (rotazioni asse A ±110°, C ±270°), già disponibile sul mercato, è realizzata in due versioni rispettivamente con asse X da 2000 o 3000 mm e corse secondo Y e Z rispettivamente di 2200 e 1000 mm. L’elettromandrino da 20.000 giri/minuto (50 kW, 90 Nm) inserito all’interno di una testa a forcella con motori torque, progettato e assemblato da C.B. Ferrari, è efficiente sia in sgrossatura che in finitura.

I sistemi di tastatura HEIDENHAIN consentono di ridurre i tempi di attrezzaggio, incrementare i tempi attivi della macchina e migliorare la precisione dimensionale dei pezzi realizzati
I sistemi di tastatura HEIDENHAIN consentono di ridurre i tempi di attrezzaggio, incrementare i tempi attivi della macchina e migliorare la precisione dimensionale dei pezzi realizzati

Le scelte costruttive della Serie D, che si traducono in una struttura a portale fisso realizzata interamente in ghisa, rendono la macchina particolarmente rigida e fanno sì che possa raggiungere prestazioni dinamiche particolarmente elevate (rapidi fino a 40 m/minuto). Oltre che dalla rigidezza e dal controllo dell’inerzia termica della struttura, i movimenti di estrema precisione sono assicurati dall’impiego di drivers e trasduttori assoluti (lineari ed angolari) HEIDENHAIN. Gli assi lineari sono equipaggiati con le righe assolute incapsulate LC 185 che forniscono la lettura della posizione attuale senza movimenti di traslazione aggiuntivi. L’anello di controllo della posizione che contiene anche l’encoder tiene conto degli avanzamenti meccanici; eventuali errori vengono rilevati direttamente dal trasduttore sulla guida e compensati dall’elettronica di controllo. Gli encoder della serie RCN sono montati sugli assi rotativi della Serie D con testa bi-rotativa. Questi sistemi di misura angolari integrano un proprio cuscinetto grazie al quale l’accuratezza è indipendente dalla precisione della geometria dei componenti della macchina e degli errori di accoppiamento dell’albero (il giunto è integrato nell’encoder).

iTNC 530 assicura il controllo preciso della traiettoria e del percorso utensile
iTNC 530 assicura il controllo precisodella traiettoria e del percorso utensile

Nel pacchetto HEIDENHAIN del centro a 5 assi con testa bi-rotativa C.B. Ferrari non poteva mancare iTNC 530 per fresatura high-end, il controllo “veloce” (tempo di esecuzione blocco di 0,5 ms) che assicura la precisa gestione della dinamica per eseguire movimenti uniformi e dare origine a superfici con finiture elevate e di forma estremamente precisa. In alternativa a iTNC 530 è possibile equipaggiare la macchina con TNC 640, il controllo di nuova generazione indicato per lavorazioni combinate HSC a 5 assi.

Come sottolinea Gabriele Tebaldi, il vantaggio di utilizzare il controllo HEIDENHAIN è legato anche alla disponibilità di soluzioni tecnologiche di facile utilizzo e di opzioni che facilitano il lavoro del costruttore. Sulla Serie D con testa bi-rotativa, C.B. Ferrari ha utilizzato in modo esteso la software option PYTHON OEM Process, un tool efficiente che consente di utilizzare il linguaggio di programmazione ad oggetti direttamente all’interno del controllo numerico (PLC) per creare funzioni macchina, calcoli complessi o visualizzare speciali interfacce utente. PYTHON può essere utile, ad esempio, per creare algoritmi mirati per funzioni speciali o soluzioni separate quali, ad esempio, interfacce dedicate per monitorare i processi. L’integrazione delle applicazioni viene eseguita tramite PLC in finestre PLC già note e, cosa importante, la loro visualizzazione può avvenire anche in finestre personalizzate integrate nell’interfaccia del TNC.

I sistemi di misura HEIDENHAIN con rilevamento assoluto della posizione rappresentano una soluzione affidabile per la misurazione del posizionamento sulla macchina.
I sistemi di misura HEIDENHAIN con rilevamento assoluto della posizione rappresentano una soluzione affidabile per la misurazione del posizionamento sulla macchina.

Il pacchetto HEIDENHAIN sulla Serie D con testa bi-rotativa comprende anche la software option KinematicsOpt, funzione che automatizza e semplifica la compilazione della configurazione cinematica durante la messa in servizio della macchina. Questa funzione si può pensare, di fatto, come un ponte tra l’azione del controllo e la precisione di esecuzione della macchina perché compensa, come vedremo a breve, gli scostamenti degli assi rotativi. In abbinata a KinematicsOpt, C.B. Ferrari ha optato per l’impiego del sistema di tastatura di ultima generazione TS 460 HEIDENHAIN nella versione con trasmissione via radio (unità di ricezione/trasmissione SE 660) e dotato di protezione anticollisione. Sulla base di un ciclo di tastatura opportunamente definito, TS 460 rileva in modo completamente automatico tutti gli assi rotativi della macchina (inclusi, quindi, anche quelli della testa orientabile) rilevando la misura di una sfera di calibrazione rigida fissata in un punto qualsiasi della tavola. A partire dai valori reali misurati, iTNC 530 determina gli errori risultanti dall’orientamento degli assi nell’area di lavoro e KinematicsOpt calcola la cinematica ottimale della macchina che minimizza gli errori, memorizzandola come cinematica “effettiva”. Al termine dell’operazione viene reso disponibile un file contenete tutti i dati: quelli relativi alla misura, la dispersione rilevata e ottimizzata ed i valori di correzione.

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