Design of a robotized flexible manufacturing system for processing natural stone cladding components for stoves

Flexibility and process automation drive the development of new manufacturing systems, even in sectors where the employment of manpower is traditionally high, such as in the stone industry. New market needs require increasingly the processing of highly customized and complex shaped natural stone products, the realization of which represents a challenge for stone companies. A new market trend consists in the use of natural stone as cladding material for wood stoves. Thanks to its thermal properties, serpentine lends itself well to this purpose. In order to satisfy the variety of required models, customized on the basis of final client requirements in terms of sizes, finishing and shaping operations, new cutting-edge technological solutions are required. Traditional stone CNC machine tools are not able to guarantee at the same time high production volumes and the necessary flexibility. A new robotized manufacturing system, highly flexible, completely integrated and easily reconfigurable was conceived and designed in order to overcome the main issues of traditional systems, e.g. workpiece manipulation, machine idle times, workforce presence. Moreover, it can also manage single-unit batches with short lead time. This innovative philosophy is based on two main aspects: how the workpiece is manipulated and the management of the frequent tool changing operations. The first aspect was resolved thanks to a 6 DoF anthropomorphic robot that handles the workpiece, positioning and orienting it towards a fixed spindle. The latter regards the realization of a high capacity tool magazine integrated with a robotic arm, that guarantees the availability of all the tools needed to complete a work cycle.

Flessibilità e automazione dei processi guidano lo sviluppo di nuovi sistemi produttivi anche in settori dove l'impiego di manodopera è tradizionalmente elevato, come ad esempio nel comparto lapideo. Nuove esigenze di mercato richiedono sempre di più la lavorazione di prodotti finiti in pietra naturale, altamente personalizzati e con forme geometriche complesse, la cui realizzazione rappresenta una sfida per le aziende del settore. Un nuovo trend di mercato consiste nell'utilizzo della pietra naturale come materiale di rivestimento per stufe a legna. Grazie alle sue proprietà termiche il serpentino si presta bene a questo scopo. Per soddisfare la varietà di modelli richiesti, personalizzati per dimensioni, operazioni di finitura e sagomatura su richiesta del singolo cliente, si richiedono nuove soluzioni tecnologiche all'avanguardia. Le tradizionali macchine utensili per la pietra, infatti, non garantiscono contemporaneamente elevati volumi produttivi e la necessaria flessibilità. Per superare le principali criticità, come il numero elevato di manipolazioni del pezzo e i tempi di preparazione dei macchinari, è stato ideato e progettato un sistema manifatturiero robotizzato altamente flessibile, completamente integrato e facilmente riconfigurabile, in grado di realizzare lotti anche di singole unità con tempi di consegna ridotti. Questa filosofia innovativa si basa su due aspetti fondamentali: come manipolare il pezzo durante la lavorazione e la gestione dell'elevato numero di cambio utensili. Il primo aspetto prevede l'utilizzo di un robot antropomorfo a 6 g.d.l. che manipola il pezzo, posizionandolo e orientandolo verso il mandrino che rimane fisso. Il secondo aspetto, invece, riguarda la realizzazione di un magazzino porta utensili ad alta capacità, integrato da un braccio robotico, per garantire la disponibilità alla macchina di tutti gli utensili necessari per completare un ciclo di lavoro.