Utilizzo di sensori per il monitoraggio di mandrini per ... · monitoraggio continuativo del loro...

Laboratorio per l’innovazione

Utilizzo di sensori per il monitoraggio di mandrini monitoraggio di mandrini per fresatura e rettifica

Piacenza, 21 giugno 2011Piacenza, 21 giugno 2011

Laboratorio MUSPwww.musp.it

Programma della mattinata

• Presentazione laboratorio e risultati sondaggio sui mandrini

Programma della mattinata

• Innovation in spindle monitoring

• Misure, interpretazione e utilizzo dati

• Futuro della sensoristica

• Utilizzo di sensori per la definizione di cicli di lavoro in fase pdi start up

• Il monitoraggio nelle applicazioni di rettifica ad alta velocità

• Monitoring of spindle bearings during operation

• Un possibile new business model nel settore dei mandriniUn possibile new business model nel settore dei mandrini

Laboratorio MUSP2

Macchine Utensili e Sistemi di ProduzioneMacchine Utensili e Sistemi di Produzione

Sostenere la competitività attraverso l’innovazione

Laboratorio MUSP22/06/2011 3MUSP


I tit i iAssociazioni

Istituzioni

Imprese

Università

MUSP: Insieme per fare sistema


I partner MUSPI partner MUSP

MUSPASSOCIAZIONI

Associazione ISTITUZIONI

Comune di PiacenzaIMPRESECapellini

industriali di PiacenzaUCIMU – Sistemi

per produrre

Provincia di PiacenzaFondazione di Piacenza

JobsLafer

MandelliMCM

SamputensiliSandvik Italia

T t

UNIVERSITÀ

TecnocutWorking Process

UNIVERSITÀPolitecnico di MilanoUniversità Cattolica



Laboratorio MUSP22/06/2011 6

Macchine Utensili e Sistemi di Produzione• Il laboratorio MUSP è un nodo della Rete dell’Alta Tecnologia

dell’Emilia Romagna (14 laboratori, 10 tecnopoli) ed è interessato

Macchine Utensili e Sistemi di Produzione

a programmi di ricerca europei oltre a quelli regionali e nazionali.



• Il Laboratorio MUSP trova una “naturale” collocazione a Piacenza, dove hanno sede le principali aziende italiane produttrici di Centri di Lavoro a Controllo NumericoNumerico.

• Queste aziende hanno aderito all’iniziativa costituendosi in Consorzio assieme ai partnersistituzionali.

• Il Consorzio ha dato vita, con il supporto della Regione Emilia Romagna e della Fondazione di Piacenza, ad una nuova struttura dedicata alla ricerca sui beni strumentali per l’industria.



•A Piacenza è localizzata una sede del Politecnico di Milano con un corso di laurea specialistica in Ingegneria Meccanica ad orientamento macchine utensili e sistemi Meccanica ad orientamento macchine utensili e sistemi di produzione.

•La cooperazione tra università ed imprese permette al MUSP di ib i i ifi i ll f i MUSP di contribuire significativamente alla formazione di ingegneri specializzati destinati a ricoprire ruoli tecnici qualificati. tecnici qualificati.


Il settore in ItaliaIl settore in Italia

L’Italia produce quasi il 10% delle macchine utensili a livello mondiale ed è il

Regione % Aziende % Addetti % Produzione % Export

quarto Paese produttore dopo Cina, Germania e Giappone.

g p

Piemonte 11,3 % 19 % 22,6 % 15,4 %

Lombardia 46 % 35,7 % 32,5 % 34,3 %

Triveneto 17,7 % 22,6 % 20,6 % 24,6 %

Emilia – Romagna 18,5% 19,9 % 22,3 % 24,3 %

Centro s d e isole 6 5 % 2 8 % 2 % 1 4 %Centro, sud e isole 6,5 % 2,8 % 2 % 1,4 %

TOTALE ITALIA 100 % 100 % 100 % 100 %

Piacenza produce circa il 30% delle macchine utensili dell’Emilia Romagna

Laboratorio MUSP10

I modelli di riferimento

GERMANIAAlcuni centri di ricerca europei costituiscono un importante costituiscono un importante riferimento per le aziende del settore.

BerlinoAachenSPAGNA Chemnitz/Dresda

San SebastianEibar

MUSP

Attraverso la collaborazione con questi centri, MUSP ha avviato un processo di internazionalizzazione dell’attività di ricerca

Laboratorio MUSP11

internazionalizzazione dell attività di ricerca (7FP, NMP-FoF).

OrganizzazioneOrganizzazione



i MUSPi-MUSPI i MUSPInnovazione MUSP


Innovazione MUSP Innovazione MUSP

Attività: trasferimento tecnologicoà a o o og o

Ricerca: • disseminazione e condivisione delle • disseminazione e condivisione delle conoscenze con le imprese del t it iterritorio

• organizzazione di meetings e organizzazione di meetings e seminari



AREA 1AREA 1C fi i ti di Configurazione e gestione di

sistemi integrati di produzione


Configurazione e gestione di sistemi integrati di produzione

Attività: studio dei sistemi integrati Configurazione e gestione di sistemi integrati di produzione

Attività: studio dei sistemi integrati di produzione

Ricerca:• problemi di configurazione e

iconfig a ione dell'impianto riconfigurazione dell'impianto • gestione e valutazione delle gestione e valutazione delle prestazioni dell’impianto

Laboratorio MUSP22/06/2011 MUSP 16


AREA 2AREA 2P i i E i i ll d Precision Engineering e collaudo

delle macchine


Precision Engineering e collaudo delle macchine

Attività: controllo della qualità e Precision Engineering e collaudo delle macchine

collaudo delle macchine utensili

Ricerca: • progettazione e verifica delle specifiche geometriche di prodotto specifiche geometriche di prodotto

• studio di metodologie innovative di gcollaudo delle macchine



AREA 3AREA 3P tt i t t i li Progettazione avanzata, materiali

e tecnologie


Progettazione avanzata materiali e tecnologieProgettazione avanzata, materiali e tecnologie

Attività:Progettazione, materiali e tecnologie

Ricerca:ifi d ll i i i h • verifica delle prestazioni statiche e

dinamiche delle macchine utensili• studio dei processi di lavorazione sia

tradizionali che non convenzionali• ottimizzazione economica delle lavorazioni• studio di materiali avanzati (schiume • studio di materiali avanzati (schiume

metalliche)



AREA 4AREA 4St di di tt T t l d ll Studi di settore. Tutela della

proprietà intellettuale


Studi di settore Tutela della proprietà intellettualeStudi di settore. Tutela della proprietà intellettuale

Attività: Analisi settoriali e strategiche

Ricerca: • studio degli aspetti economici e finanziari del settore della meccanica avanzata

• studio dei nuovi modelli organizzativi e dei nuovi modelli di businessdei nuovi modelli di business



AREA 5AREA 5T l i di d i il Tecnologie di produzione per il

settore aeronautico


Tecnologie di produzione per il settore aeronauticoNata nel 2009, AREA 5 si occupa dello studio e della sperimentazione delle tecnologie per il settore aeronautico - in particolare quelle per la

Tecnologie di produzione per il settore aeronautico

produzione di componenti strutturali in titanio - uno dei principali sbocchi di mercato per i produttori di macchine utensili e sistemi di produzione.



Le attività del MUSP per l i dle aziende


• MUSP può avviare collaborazioni con le imprese attraverso:

• Progetti di ricerca• Servizi a pacchetto• Servizi a pacchetto• Servizi personalizzati• Certificazioni di conformità alla normativa dual-use

Laboratorio MUSP26

I servizi a pacchetto

• MUSP offre alle aziende una serie di servizi a pacchetto, caratterizzati da tempi e costi prestabili chiamato checkup

I servizi a pacchetto

caratterizzati da tempi e costi prestabili, chiamato checkup della macchina utensile.

• I servizi che lo compongono sono:• Analisi modale• Checkup delle condizioni di lavorazione in fresatura e tornitura• Checkup della macchina utensile• Checkup della macchina utensile• Collaudo volumetrico• Misura e certificazione della qualità di prodotto• Schiume metalliche• Verifica virtuale del part program

Laboratorio MUSP27

Servizi personalizzati

• Il MUSP opera anche a mercato direttamente con le imprese per fornire la soluzione di problemi specifici

Servizi personalizzati

imprese per fornire la soluzione di problemi specifici.

• Tali attività hanno il fine di:Tali attività hanno il fine di:

• Risolvere problemi industriali specifici

• Realizzare innovazioni di processo o di prodotto

Laboratorio MUSP28

Certificazione di conformità alla normativa sul “dual use”

• Il Laboratorio MUSP ha attivato un servizio di certificazione, ai fini dell’esportazione verso l’Iran e altri Paesi secondo

Certificazione di conformità alla normativa sul dual use

ai fini dell esportazione verso l Iran e altri Paesi, secondo quanto stabilito da:• Regolamento (CE) n. 428/2009 del 5 maggio 2009;• Regolamento (UE) n 961/2010 del 25 ottobre 2010• Regolamento (UE) n. 961/2010 del 25 ottobre 2010.

• Tale normativa, relativa ai prodotti cosiddetti “dual use”, limita o impedisce l’esportazione verso alcuni Paesi limita o impedisce l esportazione verso alcuni Paesi (principalmente Iran) dei prodotti e/o componenti indicati negli allegati alla normativa.

• L’autorizzazione all’esportazione è subordinata alla presentazione di regolare certificazione, elaborata da un

tt t t t i tt ll t ti soggetto competente terzo rispetto alle controparti dell’affare di compravendita.

Laboratorio MUSP29


Risultati del sondaggio sul Monitoraggio e la diagnostica di

elettromandrinielettromandrini


Introduzione

• Il sondaggio è stato realizzato dal laboratorio MUSP nel mese dinovembre 2011 con lo scopo di raccogliere informazioni utiliriguardanti gli aspetti di monitoraggio e diagnostica degliriguardanti gli aspetti di monitoraggio e diagnostica deglielettromandrini da fresatura e rettifica all’interno del sistema diproduzione.

• L’importanza di tali componenti, sia come costi di gestione sia comeimpatto sulla riuscita della produzione, impone la necessità di unmonitoraggio continuativo del loro stato di funzionamento e delleggprestazioni per mantenere la produttività dell’impianto a livellimassimi.

Laboratorio MUSP31

Il campione

• Le domande erano indirizzate ad aziende utilizzatrici ecostruttrici di elettromandrini

Il campione

costruttrici di elettromandrini.

• Sono pervenute circa 50 risposte che riteniamo possanop p pfornire un quadro indicativo delle opinioni degli utilizzatori dielettromandrini in Italia.

Le macchine prodotte svolgono principalmente lavorazioni di

Di cosa si occupa la sua azienda?

Produce MU che montano elettromandrini p p

fresatura.

Vengono lavorati per lo più 51,7%

27,6%

20,7%elettromandrini

Esegue lavorazioni con MU che montano Vengono lavorati per lo più

leghe ferrose.elettromandrini

Altro

Laboratorio MUSP32

La manutenzioneLa manutenzione

L’elettromandrino è un componente da tenere in

Coinvolgimento del mandrino negli interventi di manutenzione

componente da tenere in considerazione nella valutazione

delle logiche di manutenzione, in quanto la sua vita utile media è

9%

39%43%

9%Molto

Abbastanza

P quanto la sua vita utile media è compresa tra i 3 e i 6 anni.

Poco

Mai

Il fermo macchina dovuto al Sostituzione dell'EM negli interventi di

manutenzioneSempre

Il fermo macchina dovuto al guasto del mandrino dura

mediamente fino a 3 giorni (oltre il 50%)

8%25%

17%33%

17% Frequentemente

Se guasto è particolarmente graveRaramente

il 50%)

17% Raramente

Mai

Laboratorio MUSP33

GuastiGuasti

La principale causa di guasti sono le collisioni spesso dovute all’errata

% 2%

Cause più frequenti dei guasti

collisioni spesso dovute all errata programmazione dei part-program o all’incuranza degli operatori durante

le operazioni di movimentazione 33%

12%12%10%

10%9%

5%4%3%2% le operazioni di movimentazione

rapida della macchina.

12%

Collisioni Problemi con utensili

Infiltrazioni di liquido Vibrazioni durante la lavorazione

I cuscinetti sono tra i componenti che si danneggiano

Guasti a componenti dell'EM Sovraccarichi dovuti alla lavorazione

Errati interventi di manutenzione Sovraccarichi Elettrici

Infiltrazioni di contaminanti Non saprei

ggmaggiormente con un forte

impatto economico (75%), a causa sia dell’usura generale che causa sia dell usura generale che

del danneggiamento dei corpi volventi.

Laboratorio MUSP34

Cicli di lavorazioneIn riferimento ad un ciclo di lavorazione quale

fase ritenete più delicata?

Cicli di lavorazione

12,50%

25%58,30%

4,20%Programmazione Part program

Posizionamento pezzo e staffaggio

Scelta dei parametri di lavorazione ottimali

Non saprei

35%40%

Quali di questi problemi, legati al ciclo di lavorazione, è dovuto all'elettromandrino?

33,30%37,50%

33,30% 29,20%15%20%25%30%35%

4,20%

16,70% 20,80%

0%5%10%

Limitata asportazione di

Tolleranze geometriche fuori

Riscaldamento superficiale

Vibrazioni eccessive durante

Qualità superficiale scadente

Rotture ed usura eccessiva degli

Non riesco a discriminare

Laboratorio MUSP35

ptruciolo

gspecifica

pla lavorazione

gutensili


80%

Quale tipologia di lavorazione è considerata critica per l'elettromandrino?


L’ottimizzazione

0%10%20%30%40%50%60%70%80%

dei parametri di lavorazione è da considerarsi una 0%

Fresatura con

profondità di passata

Fresatura con feed elevati

Fresatura con utensili

snelli

Barenatura Utilizzo di frese a riccio

Utilizzo di frese di grande diametro

Altro

considerarsi una fase fondamentale del ciclo di lavoro soprattutto in caso p

elevata

70%

Quali conseguenze comporta una lavorazione critica?

soprattutto in caso di lavorazioni pesanti laddove si

10%20%30%40%50%60%70% generano

facilmente alti livelli di

0% vibrazione.

Laboratorio MUSP36

Monitoraggio componenti

• Tra le grandezze monitorate c’è una prevalenza verso la temperatura (65%) la potenza/coppia assorbita (52%) e le

Monitoraggio componenti

temperatura (65%), la potenza/coppia assorbita (52%) e le vibrazioni (43%).

Quali informazioni riterreste opportuno registrare durante l'intero ciclo di vita

80%

90%

Quali informazioni riterreste opportuno registrare durante l intero ciclo di vita dell'elettromandrino?

78 30%40%

50%

60%

70%

69,60%56,50% 52,20%

30,40%

78,30%

4,30%10%

20%

30%

40%

0%

Urti Sovraccarichi Surriscaldamenti Assorbimenti elettrici

Ore di lavoro Altro

Laboratorio MUSP37

Monitoraggio sistema di equilibratura

Solo il 34% del campione osservato monitora l’equilibratura.

Monitoraggio sistema di equilibratura

Il sistema di equilibratura interviene automaticamente durante il processo di asportazione (senza che sia necessario

l d ll hi )?

Come viene svolta l'operazione di monitoraggio dell'equilibratura?

30,4%56 5%

lo stop della macchina)?

17,4%4,3%

21,7%

13,0%56,5%

56,5%

,

Sì

No Manualmente dall'operatore

dNon utilizziamo sistemi di equilibratura

Con strumenti non a contatto in modo automatizzato

Con strumenti a contatto in modo automatizzato

Non viene svolto

Laboratorio MUSP38

Monitoraggio componentiSvolgete specifiche operazioni di monitoraggio dei cuscinetti?

Monitoraggio componentiChi svolge le operazioni di monitoraggio dei cuscinetti?

È svolta in casa

24%

76%Sì

No

24%5%5%67%

Costruttori elettromandrino

C t tt d llCostruttore della macchina

Non eseguiamo il monitoraggio dei Nel caso svolgiate un controllo di integrità sugli cuscinetti

22%22%

utensili, su quali di essi lo effettuate?

Su tutti

S t ttiNonostante i cuscinetti rappresentino un componente

26%13%4%

13% Su tutti automaticamente a fine cicloSolo su quelli più utilizzati

rappresentino un componente fondamentale all’interno di un elettromandrino essi non vengono generalmente

Solo su quelli più costosivengono generalmente monitorati.

Laboratorio MUSP39

Processo di taglio

Solo il 24% possiede un sistema di monitoraggio continuativo (real-time) in grado cioè di tenere monitorato l’elettromandrino durante la

Processo di taglio

time), in grado cioè di tenere monitorato l elettromandrino durante la fase di lavorazione in modo continuo e senza necessità di bloccare la macchina, mentre oltre il 90% lo riterrebbe in grado di migliorare la gestione della produzionegestione della produzione

Possedete qualche dispositivo

4 8%

q pcommerciale per il monitoraggio specifico del processo di taglio?

33,3%

61,9%

4,8%Sì

No

Non saprei

Laboratorio MUSP40

Costi dei sistemi di monitoraggioCosti dei sistemi di monitoraggioIl monitoraggio dell’elettromandrino e del processo di taglio consentono diminimizzare i costi di produzione massimizzando la vita utile di tale

I di i i i i i h l l i icomponente. I dispositivi in commercio che svolgono tale compito sono tuttaviaconsiderati troppo costosi e poco robusti.

Quanto sareste disposti a spendere per un

0 0%0 0%

p p pdispositivo in grado di migliorare la gestione e

l’utilizzo dell’elettromandrino?Più del 30% del costo dell'elettromandrino

0,0% 28,6%

42,9%

28,6% 0,0%

Tra il 10% e il 30% del costo del mandrino

Tra il 5% e il 10% delTra il 5% e il 10% del costo dell'elettromandrinoMeno del 5% del costo dell'elettromandrino

Nulla

Laboratorio MUSP41

Conclusioni

Si ritiene che il miglioramento dei futuri elettromandrini sigdebba basare sulle funzionalità di intelligenza real-time intesacome la capacità di tali componenti di auto-monitorarsi,diagnosticare eventuali guasti e malfunzionamenti eddiagnosticare eventuali guasti e malfunzionamenti edottimizzare la fase di asportazione di truciolo in modo attivo.

Laboratorio MUSP42


Grazie


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