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Il caso a favore della lavorazione su singola macchina di forme di materiale multiple
Un’officina di carpenteria metallica che taglia sia staffe in lamiera che sezioni tubolari strutturali utilizza tradizionalmente due macchine separate — un banco da taglio per lamiere e un sistema per il taglio di tubi — ciascuno dei quali richiede uno spazio dedicato in officina, collegamenti agli impianti, attenzione dell’operatore e manutenzione. Combinazione lamiera-tubo macchine per taglio laser consolidare entrambe le funzioni in una sola piattaforma macchina, tagliando lastre piane dal tavolo di lavoro principale ed elaborando sezioni tubolari tonde, quadrate e rettangolari tramite un sistema integrato di mandrino rotante.
L'integrazione risolve il problema di flusso di lavoro creato da macchine separate. I pezzi in lamiera tagliati su una macchina devono essere trasferiti alle stazioni di assemblaggio. Le sezioni tubolari tagliate su un'altra macchina arrivano alle stesse stazioni di assemblaggio seguendo un percorso operativo diverso. Quando una macchina termina prima dell'altra, l'assemblaggio si arresta in attesa del tipo di componente mancante. Una macchina integrata che elabora entrambi i formati consegna kit di parti completi all'assemblaggio simultaneamente: la staffa e il tubo a cui viene fissata vengono tagliati nella stessa sequenza produttiva.
Un produttore di mobili d'acciaio per ufficio, specializzato nella realizzazione di telai per postazioni di lavoro, ha sostituito le operazioni separate di taglio al laser su lamiera e di segatura su tubi con un sistema integrato a laser in fibra per lamiere e tubi. Nel flusso di lavoro precedente, i tratti di tubo venivano tagliati alla lunghezza desiderata su una sega a nastro, quindi venivano fresati i profili estremali per la preparazione dei giunti saldati. Il modulo per tubi del sistema laser integrato esegue sia il taglio alla lunghezza richiesta sia la profilatura della geometria estremale — tagli di raccordo per giunzioni a T e tagli obliqui per collegamenti d'angolo — in un’unica operazione, eliminando completamente il passaggio di fresatura. Il tempo totale di lavorazione per ogni telaio è diminuito da circa 18 a 7 minuti e l’ingombro ridotto a una singola macchina ha liberato spazio sul pavimento, successivamente utilizzato per una stazione di assemblaggio aggiuntiva.
Integrazione tecnica della lavorazione di lamiere e tubi
Architettura della macchina
Combinazione macchine per taglio laser montare la testa di taglio su un ponte mobile che percorre l'intera lunghezza del piano della macchina. Per il taglio di lamiere, la testa si muove lungo gli assi X-Y sul piano di lavoro orizzontale, con regolazione dell'altezza sull'asse Z per il controllo del fuoco. Per il taglio di tubi, il ponte mobile posiziona la testa sulla stazione di taglio tubi — solitamente montata su un'estremità del telaio della macchina — dove una morsa rotante afferra e ruota il tubo mentre la testa si muove lungo l'asse del tubo e radialmente per profilare la superficie del tubo.
Il passaggio dalla modalità lamiera a quella tubo richiede da 30 a 120 secondi: nel frattempo il tavolo per il taglio delle lamiere viene caricato o scaricato, mentre il caricatore automatico della stazione per il taglio dei tubi alimenta il successivo tratto di tubo. Questa operazione parallela consente una produzione quasi continua, interrotta soltanto dal breve tempo di transizione tra le due tipologie di materiale.
Il controller della macchina gestisce librerie di parametri separate per il taglio di lastre e tubi. La libreria per le lastre memorizza velocità, potenza, gas ausiliario e posizione del fuoco per ogni combinazione materiale-spessore su fogli piani. La libreria per i tubi aggiunge la velocità dell'asse rotativo, i modelli di geometria del profilo e i parametri di perforazione iniziale, che variano a seconda che il fascio perfori una superficie curva o una superficie piana.
Capacità di lavorazione dei tubi
Il mandrino rotante gestisce tubi tondi con diametro compreso tra 20 mm e 220 mm e sezioni quadrate/rettangolari entro limiti equivalenti. Le lunghezze dei tubi fino a 6.000 mm vengono lavorate con caricamento automatico; sezioni più lunghe, fino a 9.000 mm, possono essere tagliate con caricamento manuale o supporto esteso.
La testa di taglio profila le estremità dei tubi per la preparazione dei giunti saldati: tagli obliqui (miter) compresi tra 15 e 75 gradi, tagli di raccordo (cope) per la saldatura a T e scanalature lungo il tubo per collegamenti strutturali ad incastro. I fori per i collegamenti bullonati, il passaggio dei cavi e lo scarico vengono realizzati in base al diametro e allo spessore della parete del tubo. La ripetibilità dei disegni da un lotto all’altro elimina le variazioni di assemblaggio derivanti da operazioni separate di segagione e foratura.
Ottimizzazione del Nesting
Il software di nesting ottimizza contemporaneamente sia lastre che tubi. Il nesting delle lamiere raggiunge un’utilizzazione del 75–85% con software automatizzato, rispetto al 60–70% ottenuto manualmente. Il nesting dei tubi dispone i pezzi lungo la loro lunghezza per ridurre al minimo gli scarti, con uno spaziamento automatico che tiene conto della larghezza del taglio (kerf) e della zona di presa alle estremità di ciascun tubo.
Domande frequenti
Qual è la differenza di costo tra macchine separate e un sistema combinato?
Un sistema combinato foglio-tubo costa tipicamente il 30–50% in più rispetto a una macchina per il taglio di soli fogli, ma il 20–30% in meno rispetto all’acquisto di macchine separate per il taglio di fogli e tubi. I risparmi legati all’utilizzo di una singola macchina vanno oltre il costo di acquisto: una sola fondazione, un solo collegamento alle utenze, un solo refrigeratore, un solo sistema di aspirazione polveri e una sola postazione operatore, anziché due di ciascuno.
È possibile modificare una macchina esistente per il taglio di fogli per renderla adatta al taglio di tubi?
La modifica è tecnicamente possibile, ma raramente risulta economicamente vantaggiosa rispetto all’acquisto di un sistema integrato. Il modulo per il taglio di tubi richiede un asse rotativo, un sistema di supporto per tubi e una consistente revisione del controllore. La maggior parte dei fabbricanti ritiene che la sostituzione della macchina esistente con un sistema combinato integrato in fabbrica dia risultati migliori rispetto a una modifica effettuata sul campo.
Come si confronta la qualità del taglio dei tubi con quella ottenuta mediante segatura e lavorazione meccanica?
Le estremità dei tubi tagliati al laser sono prive di bave e pronte per la saldatura senza operazioni secondarie, eliminando così le fasi di sbavatura e fresatura delle estremità richieste dalla segatura. Il laser garantisce un'accuratezza del profilo di ±0,1 mm sulla geometria dell'estremità del tubo, paragonabile a quella ottenuta con la lavorazione CNC. Il sistema a tre mandrini M230 di Tianchen Laser mantiene l'accuratezza di posizionamento del tubo durante tutto il ciclo di taglio.
Quali forme e dimensioni di tubi possono essere lavorate dai sistemi combinati?
Le sezioni tonde, quadrate e rettangolari sono standard. Alcuni sistemi sono inoltre in grado di lavorare sezioni ovali, a forma di D e a canale, utilizzando le opportune configurazioni delle ganasce dei mandrini. Il diametro massimo varia da 200 a 300 mm a seconda della configurazione della macchina. Tianchen Laser offre macchine combinate con potenze comprese tra 3 kW e oltre 12 kW.
Come gestisce il software di nesting la produzione mista di lamiere e tubi?
Il software gestisce motori di nesting separati per lastre 2D e tubi 1D, presentando all’operatore una coda di produzione unificata. Entrambe le forme di materiale vengono elaborate a partire da un unico file di lavoro: il software instrada automaticamente i pezzi per lastre verso il tavolo da taglio piano e i pezzi per tubi verso la stazione rotativa in base alla geometria dei pezzi.
Quali operazioni di manutenzione sono specifiche per le macchine combinate?
Il mandrino rotativo della stazione per tubi richiede la lubrificazione del meccanismo del mandrino e dei cuscinetti lineari con maggiore frequenza rispetto al tavolo per lastre — tipicamente una volta alla settimana per sistemi ad alto utilizzo. Le coperture a fisarmonica protettive delle guide lineari della stazione per tubi devono essere ispezionate per verificare l’accumulo di detriti, che può causare un’usura prematura delle guarnizioni in ambienti con notevole presenza di polvere da taglio.