UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PISA
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
Dipartimento Ingegneria Civile Industriale
Corso di Laurea specialistica in Ingegneria Aerospaziale
ANALISI E MIGLIORAMENTO DI PROCEDIMENTI PER IL
PROGETTO DI ASSI TRASLANTI DI MACCHINE UTENSILI
PER LA PRODUZIONE AEROSPAZIALE
Tesi di laurea
Relatore: Prof. MARCO BEGHINI Correlatore: Ing. MICHELE BACCO
Laureando: FABRIZIO CALLEGARI
I
SOMMARIO
Il presente elaborato è frutto del lavoro svolto durante uno stage concordato con Gruppo Parpas azienda leader nella produzione di macchine utensili per il settore aerospaziale.
Con questo progetto sono state prese in esame tutte le trasmissioni con vite a ricircolo di sfere e sistema cinghia/pulegge presenti sulle macchine. Si sono analizzati i rapporti di trasmissione presenti, le pulegge e le cinghie utilizzate, il diametro ed il passo della vite, il motore brushless, il sistema di montaggio con i componenti principali che lo caratterizzano, le righe di lettura. E’ stato redatto un documento tecnico con un sistema di calcolo dedicato alla verifica degli organi costituenti l’asse traslante, applicabile alle diverse tipologie di macchine utensili commercializzate. Si è prodotta una fotografia dettagliata della situazione attuale, con verifica ed aggiornamento dei documenti per la messa in servizio relativi alle trasmissioni studiate.
A conclusione del lavoro sono state fatte delle proposte di riduzione del numero di varianti (unificazione delle cinghie e delle pulegge, normalizzazione dei passi vite, ecc) e di unificazione delle differenti tipologie di motore utilizzate. La scelta del motore e del suo azionamento è stata valutata tenendo conto delle attuali direttive europee in termine di riduzione dei consumi energetici.
III
RINGRAZIAMENTI
Rivolgo un sentito ringraziamento al Prof. Marco Beghini, all’ Ing. Michele Bacco ed all’azienda Parpas per la disponibilità accordata permettendo di farmi passare sei mesi sereni. Un doveroso ringraziamento e saluto va rivolto a tutto il personale dell’ufficio tecnico in particolar modo all’Ing. Massimo Battiston, il quale mi ha accompagnato nello sviluppo del progetto e dispensato preziosi consigli.
Ringrazio la mia famiglia, gli amici di una vita e quelli più recenti, i compagni di squadra ed amici che condividono la passione per la pallavolo, non ultimi Antonio e Giuseppe che mi hanno dato supporto per affrontare la parte finale del corso di laurea.
V
INDICE
1. Presentazione azienda
1.1 Gruppo Parpas ... 1
1.2 Macchine utensili costruite... 2
2. Attività ufficio tecnico 2.1 Introduzione... 7
2.1.1 Progetto ... 7
2.1.2 Commessa ... 9
2.2 Progettazione, ricerca e sviluppo ... 10
2.3 Gestione dei documenti interni ... 10
2.3.1 Disegni costruttivi ... 11
3. Analisi gruppi con asse di traslazione a vite 3.1 Architettura costruttiva ... 15
3.1.1 Vite a ricircolo di sfere ... 16
3.1.2 Cinghia sincrona... 19
3.1.3 Pulegge ... 20
3.1.4 Motore brushless ... 21
3.1.5 Sistema di misura lineare ... 22
4. Stesura del documento tecnico 4.1 Scelte progettuali ... 27 4.2 Inerzie asse ... 28 4.3 Coppie e forze... 29 4.4 Parametri vite ... 31 4.4.1 Velocità di rotazione ... 31 4.4.2 Carico di punta ... 33 4.4.3 Durata nominale ... 33 4.4 Parametri cinghia ... 38 4.5 Rigidezza assiale... 38
5. Composizione archivio per asse 5.1 Metodi e modi... 47 6. Aggiornamento di componenti 6.1 Sostituzione motori ‘XS’ ... 49 6.1.1 Asse verticale Z ... 50 6.1.2 Asse trasversale Y ... 51 7. Proposte di unificazione 7.1 Introduzione... 55 7.2 Assi verticali ... 55 7.3 Assi trasversali... 57 7.4 Assi longitudinali ... 59 8. Conclusioni ... 61
Appendice A – Archivio assi ... 63
Appendice B – Foglio di calcolo ... 73
Appendice C – Tavole ... 81
VII
INDICE DELLE FIGURE
Figura 1.1 : Gruppo Parpas nel mondo ... 1
Figura 1.2 : Centro di fresatura gantry ad alta velocità XS ... 2
Figura 1.3 : Longherone Boeing 777 ... 3
Figura 1.4 : Floor panel Boeing 777 ... 3
Figura 1.5 : Centro di lavoro THS 120 TILT ... 4
Figura 1.6 : Tipologie di centine realizzate con THS ... 4
Figura 1.4 : Centro di lavoro BF 130 ... 5
Figura 1.5 : Fresatrice ML 120 ... 5
Figura 1.6 : Alesatrice INVAR ... 6
Figura 3.1 : Schema di un azionamento tipico ... 15
Figura 3.2 : Vite a doppia chiocciola precaricata ... 16
Figura 3.3 : Profili piste di scorrimento rulli ... 17
Figura 3.4 : Sezione di vite a ricircolo interno a tre spire ... 18
Figura 3.5 : Sezione di vite a ricircolo esterno a tre spire ... 18
Figura 3.6 : Particolare costruttivo cinghie dentate ... 19
Figura 3.7 : Grandezze caratteristiche cinghia ... 20
Figura 3.8 : Puleggia motrice Z 30 ... 20
Figura 3.9 : Schema di alimentazione di un motore brushless ... 21
Figura 3.10 : Servomotori SIEMENS 1FT7 ... 21
Figura 3.11 : Schema costruttivo HEIDENHAIN LC 183 ... 23
Figura 3.12 : Riga di lettura con principio assoluto ... 23
Figura 3.13 : Riga di lettura con principio incrementale... 24
Figura 3.14 : Schema funzionale del principio di misura a immagini ... 25
Figura 4.1 : Gruppo asse di traslazione schematizzato ... 28
Figura 4.2 : Schema inerzie azionamento meccanico ... 29
Figura 4.3 : Schemi di supporto della vite a sfere ... 33
Figura 4.4 : Profili di velocità più diffusi ... 37
Figura 4.5 : Ciclo di lavoro ... 37
Figura 4.6 : Grafico velocità-potenza per scelta passo cinghia ... 41
Figura 4.7 : Relazioni geometriche cinghia ... 42
Figura 6.1 : XS - Zone soggette a condizionamento ... 49
Figura 6.2 : Motore asse trasversale XS attuale... 52
Figura 6.3 : Motore asse trasversale XS nuova soluzione ... 54
Figura 7.1 : Sovrapposizione pulegge THS120 ... 58
IX
INDICE DELLE TABELLE
Tabella 2.1: attuazioni produttive su revisione disegni ... 12
Tabella 2.2: attuazioni produttive su modifica disegni ... 12
Tabella 4.1: Coefficiente λ... 3
Tabella 4.2: Coefficiente k ... 4
Tabella 4.3 : fattore correttivo fa rispetto affidabilità richiesta ... 4
Tabella 4.4: Lunghezze a catalogo Polychain GT2-8M ... 5
Tabella 4.5: Coefficiente correttivo Cd ... 5
Tabella 4.6 : Prestazioni base Pb per 36 mm di larghezza cinghie Polychain GT2-8M ... 6
Tabella 4.7 : Valori di Par e fattori di lunghezza della cinghia Lf ... 15
Tabella 6.1 : Specifiche Siemens 1FT6086-8WH ... 50
Tabella 6.2 : Specifiche Siemens 1FT7086-5WH ... 51
Tabella 6.3 : Specifiche Siemens 1FT6105-8AF71 ... 52
Tabella 7.1: Sintesi dati principali asse verticale ... 55
Tabella 7.2: Specifiche Siemens 1FT7086-5AF ... 56
Tabella 7.3: Sintesi dati principali asse trasversale ... 57
Tabella 7.4: Specifiche Siemens 1FK7105-5AF ... 57
XI
INDICE DEI SIMBOLI
acv accelerazione continua a vuoto
Ca carico assiale dinamico
Cd coefficiente correttivo
Ce interasse effettivo
Cmax coppia massima
Cmv coppia richiesta a vuoto al motore
Coa carico assiale statico
cs coefficiente di sicurezza
Cs coppia statica
Csp rigidità specifica della cinghia
Cu coppia utile continua residua
D diametro nominale
d1 diametro primitivo puleggia motrice
d2 diametro primitivo puleggia condotta
De diametro equivalente
Df diametro fondo filetto
Di diametro interno
Ds diametro della sfera
E modulo di elasticità fa fattore correttivo
Fa forza accelerazione
Fm carico assiale equivalente
Fmax forza massima
Fn forza assiale vite
Fpr forza di precarico
Fres forza di attrito
fs fattore di servizio
Fsb forza di sbilanciamento
FT forza di taglio
Futile forza utile
he ore di esercizio giornaliere
i rapporto di trasmissione Iv momento quadratico
JE inerzia totale asse riportata al motore
Jpc inerzia puleggia condotta
Jpm inerzia puleggia motrice
Jv inerzia di massa della vite
k coeff. per carico di punta
kr coefficiente di rigidezza unitario
K rigidezza assiale L10% durata nominale ciclo
L10%T durata nominale totale
L10m durata modificata
Lc sviluppo cinghia
Lcr lunghezza tra gli appoggi
lf fattore di correzione lungh. cinghia
Lh durata oraria
LhT durata oraria totale
Lkm durata nominale chilometrica
LL lunghezza tra supporto e chiocciola
Lyear durata annuale
M massa del carico Mv massa vite
N forza di trazione Ncr carico di punta
Neq carico assiale equivalente
nm velocità di rotazione media
Nn velocità di rotazione di fase
nnec numero di giri necessari
p passo vite
Par prestazione addizionale
Pb prestazioni base
Pmot potenza motore
Pt potenza utile trasmessa
qn tempo percentuale di fase
t lunghezza tratto teso T1 tensione lato in tiro
T2 tensione lato non in tiro
tciclo tempo totale del ciclo
Te tensione effettiva
Teq spostamento assiale equivalente
tn tempo di fase
Treale allungamento reale
Ts carico supporti
u percentuale di incidenza
Vc’ prima velocità critica flessionale
VcP’ velocità critica flessionale periferica
VcT’ velocità critica fless. con trazione
VL velocità avanzamento in lavoro Vm velocità media
vp velocità periferica corpi volventi
Vr max velocità di rotazione massima
VR velocità avanzamento in rapido Vr velocità di rotazione vite
W larghezza cinghia xc avanzamento chiocciola
XL corsa di lavoro
Xn corsa di fase
z numero dei denti zt denti in presa
ΔC scostamento
η rendimento di riduttore e vite θ1 angolo in presa
λ coefficiente per vel. critica μ coefficiente di attrito ρ densità del materiale
