3. Digital Manufacturing

3.1. Letteratura

Il Digital Manufacturing è un metodo di lavoro totalmente digitale che può assumere diversi signicati. Per Siemens® [1]:

Il Digital Manufacturing si riferisce all'uso di un sistema integrato basato su com-puter che comprende strumenti di simulazione, visualizzazione tridimensionale (3D), analisi e collaborazione, con la nalità di creare simultaneamente le denizioni del prodotto e del processo produttivo. Il Digital Manufacturing è un'evoluzione di atti-vità legate alla produzione come la progettazione nalizzata alla fabbricabilità (Desi-gn for Manufacturability), la produzione integrata di fabbrica (CIM), la produzione essibile, la lean manufacturing e altre ancora, che richiedono un maggior livello di collaborazione fra la progettazione del prodotto e del processo. Il Digital Manufac-turing è un elemento chiave per l'integrazione fra il PLM e le diverse attrezzature e applicazioni di fabbrica, in quanto consente lo scambio di informazioni relative al pro-dotto fra i gruppi di progettazione e di produzione. Grazie a questo coordinamento, le aziende manifatturiere possono raggiungere i loro obiettivi di time-to-market e vo-lume, oltre a ottenere un risparmio sui costi derivante dalla riduzione delle modiche più costose a valle. I sistemi di Digital Manufacturing consentono agli ingegneri di produzione di creare la denizione completa di un processo produttivo in un ambiente virtuale, completa di:

ˆ attrezzature ˆ catene di montaggio ˆ centri di lavoro ˆ layout dell'impianto ˆ ergonomia ˆ risorse

È possibile eettuare la simulazione dei processi produttivi allo scopo di riutilizzare le conoscenze disponibili e ottimizzare i processi prima che i prodotti vengano fabbricati. Il Digital Manufacturing ore inoltre un feedback dalle attività di produzione, for-nendo informazioni utili che possono essere reimmesse nel processo di progettazione dei prodotti per sfruttare i dati raccolti in fabbrica nella fase di pianicazione.

Fra le attività per lo sviluppo di strumenti di Digital Manufacturing spicca il miglio-ramento dell'esperienza dell'utente, in modo che le informazioni vengano presentate nel contesto delle mansioni svolte per mettere ciascuno nelle condizioni di prendere

decisioni più ecaci in tempi più rapidi. Sono in fase di denizione soluzioni per la connettività diretta con le apparecchiature di fabbrica, ad esempio controllori a logica programmabile (PLC), controlli di macchine, macchine a controllo numerico e altri dispositivi. Sono state inne sviluppate piattaforme unicate per gestire infor-mazioni sia PLM sia MES (sistemi di esecuzione della produzione). Grazie al Digital Manufacturing le aziende manifatturiere possono aumentare la loro produttività nei processi di pianicazione e di esecuzione della produzione.

Il Digital Manufacturing consente di associare, visualizzare e sottoporre a modi-che le informazioni relative a prodotti, processi, impianti e risorse, con un approccio coerente e onnicomprensivo alla progettazione della produzione. Il Digital Manufac-turing permette di ottimizzare i processi di produzione delle parti all'interno di un ambiente gestito. Si possono produrre istruzioni di lavoro essibili che contengono informazioni bi- e tridimensionali sulle parti, unitamente alle istruzioni di lavorazione e attrezzaggio. Le funzionalità di simulazione del Digital Manufacturing contribui-scono a ridurre i costi di messa in funzione grazie alla convalida virtuale dei robot e dei programmi di automazione. Con il Digital Manufacturing i modelli delle fab-briche possono essere creati più velocemente con la garanzia che il layout, il usso dei materiali e la capacità produttiva siano ottimizzati prima di andare in produzio-ne. Il Digital Manufacturing può essere utilizzato a supporto di progetti Six-Sigma e Lean, in quanto mette a disposizione un ambiente graco per l'analisi delle varia-zioni dimensionali. I sistemi di Digital Manufacturing agevolano la condivisione di dati di qualità a tutti i livelli dell'organizzazione, generando programmi di ispezione completi e vericabili, basati su CAD, per macchine di misura a coordinate (CMM) e macchine utensili a controllo numerico. Il Digital Manufacturing permette di eseguire i processi di produzione con accesso in tempo reale ai dati del ciclo di vita.

A tale scopo Siemens ore una serie di pacchetti software per l'implementazione aziendale del sistema Digital Manufacturing, tra i quali sono presenti Tecnomatix, un software per la congura-zione e progettacongura-zione del processo produttivo, simulacongura-zione e validacongura-zione del processo ed esecucongura-zione della produzione, che è basato sulla piattaforma PLM (Product Lifecycle Management).

Per la Dassault Systemes®, la stessa azienda che produce il software CATIA®, il Digital Manufacturing consiste nel:

Processo attraverso il quale le aziende possono denire ed ottimizzare i processi produttivi, gestire i dati di produzione, ed incoraggiare la collaborazione fra diversi tipi di ingegneri attraverso l'interscambio fra i processi di progettazione concettuale e tecnologica del componente, intendendo per progettazione tecnologica la denizione della sequenza di operazioni per la fabbricazione di un prodotto. Il Digital Manufac-turing presenta una visione olistica della progettazione del prodotto e del processo, come parte del ciclo vita del prodotto, e permette ai componenti di essere progettati in un modo che mira a mettere a punto la capacità del processo o le sue limitazioni.[2] A tale scopo la D ha creato un software, chiamato DELMIA, che serve per la simulazione degli impianti produttivi in tutti i suoi aspetti: congurazione del layout d'impianto, simulazione dei

processi produttivi sia singoli che in catena di montaggio, simulazione CAM e gestione dei dati del prodotto.

La Associazione degli Ingegneri tedeschi (VID) denisce il Digital Manufacturing (Fabbrica Digitale) come:

una rete completa e dettagliata di modelli digitali, metodi e strumenti - inclusa la simulazione e la visualizzazione 3D (altrimenti detta realtà virtuale)- integrata in tempo reale con un sistema di gestione delle informazioni. Lo scopo del Digital Manufacturing è la pianicazione olistica, la valutazione e il miglioramento continuo di tutte le strutture principali, i processi e le risorse di una fabbrica reale che vanno pari passo con il prodotto... Confrontato con la fornitura integrata di tutti i prodotti, i dati rilevanti e le informazioni fornite da una soluzione basata sul metodo PLM, il concetto del Digital Manufacturing promuove una pianicazione integrata della produzione e dei processi importanti così come l'integrazione dei metodi, strumenti e modelli richiesti[3].

Papakostas et al.[4] scrivono:

Le moderne applicazioni di Digital Manufacturing forniscono una serie di funzioni per la programmazione delle macchine o-line in aggiunta alla convalida di elementi sia software che hardware di una cella di assemblaggio. Molte pubblicazioni, sin dal-l'inizio degli anni novanta, si sono concentrate sui vantaggi innescati dall'uso della simulazione 3D e delle piattaforme digitali per l'implementazione dei processi basa-ti sull'uso dei robot. Queste piattaforme sono state usate per simulare e validare congurazioni di processi alternativi, originariamente progettati da un utente. Per Nylund & Andersson[5], il Digital Manufacturing è:

un ambiente integrato per la progettazione e lo sviluppo di prodotti, sistemi di produzione, e processi per il business. Un sistema di produzione rappresentato in forma digitale contiene le informazioni e la conoscenza delle parti e delle attività che è plausibile siano rappresentate in una forma digitale. Questo, al suo meglio, consente una eciente collaborazione tra tutte le attività di produzione e le sue parti correlate. Un sistema Digital Manufacturing include anche strumenti di progettazione assistita da calcolatore per la simulazione, modellazione e analisi dei sistemi di produzione. Esempi di caratteristiche dei sistemi Digital Manufacturing sono:

ˆ piattaforme integrate per la progettazione della produzione e lo sviluppo delle attività connesse,

ˆ sistemi produttivi reali, digitali e virtuali e ˆ concetti di tempo passato, presente e futuro. Lee et al. [7]scrivono:

La tecnologia denominata Digital Manufacturing utilizza modelli digitali integrati creati attraverso la modellazione componenti di un sistema di produzione sia sici

che logici e quindi usa il computer per creare una simulazione precisa del loro com-portamento reale. Oltretutto la tecnologia aiuta la verica preventiva del sistema produttivo durante la fase di pianicazione per trovare eventuali malfunzionamenti; esso inoltre è di supporto per poter eettuare una corretta valutazione del processo e prendere delle decisioni strategiche durante tutto il processo di produzione... Allo stesso tempo, anche quando l'uso di un ambiente Digital Manufacturing 3D che è costituito da oggetti virtuali viene esteso e l'utente ha acquisito una maggiore consa-pevolezza delle realtà e si è immedesimato, ci sono comunque dei limiti di cui l'utente è conscio, ad esempio per raggiungere un miglior livello di rendering gli oggetti virtuali si discostano dagli oggetti reali. Inoltre, più è grande la precisione della simulazione, più è alto il costo dell'ambiente virtuale.

Secondo Chiu e Wu [9], il digital manufacturing è:

Negli ultimi dieci anni, tecnologie come la solid freeform fabrication (SFF) o il digital manufacturing diretto sono state introdotte e sviluppate per produrre proto-tipi solidi con tecniche di rapid prototyping... Ci sono vari processi di direct digital manufacturing disponibili sul mercato, alcuni dei quali sono: Selective Laser Sin-tering (SLS), Stereolithography (SL), Fused Deposition Modeling (FDM), Three-Dimensional Printing, etc.,

3.2. Digital Manufacturing Costruzioni Novicrom

Il Digital Manufacturing sviluppato presso la Costruzione Novicrom è un metodo di lavoro in-ventato in ambito aerospaziale/aeronautico al ne di aumentare l'adabilità dei velivoli e di diminuire la quantità di carta prodotta per la costruzione di apparecchi aeronautici. È stato cal-colato che alla ne degli anni 70 il peso della carta necessario per la produzione di un elicottero era pari al peso dell'elicottero stesso. All'inizio degli anni 2000, il peso della carta era aumentato di circa 20 volte. In questo modo la mole di carta necessaria alla fabbricazione di un velivolo sarebbe destinato ad aumentare col tempo in modo considerevole. Per questo, è stato preso in considerazione l'uso di un metodo informatizzato che riuscisse a diminuire la quantità di carta necessaria, ma al tempo stesso riuscisse a fornire un'adabilità pari se non maggiore di quella che si era riusciti a raggiungere nel corso degli anni. Il metodo è stato sviluppato da AgustaWe-stland®, ed è disciplinato dalla Relazione IE /09/018- Revisione D dal titolo Linee guida per la gestione dei programmi DMFG con fornitori esterni[8]. Quindi la via seguita è stata duplice: da una parte l'informatizzazione, dall'altra è stato sviluppato un metodo di lavoro con il ne di fornire agli operatori che lavorano su componenti che niscono su apparecchi quali elicotteri, aerei o veicoli spaziali le istruzioni più semplici possibili, al ne di ridurre le possibilità di errore e di ottenere quindi il minor numero di scarti possibili. Questo metodo consiste principalmente di 3 fasi:

ˆ Ingegnerizzazione, ˆ Programmazione CAM, ˆ Controllo

3.2.1. Ingegnerizzazione nel DMFG

La fase di ingegnerizzazione è la fase in cui viene stilato il ciclo di lavoro del particolare, vengono costruiti i modelli 3D delle fasi intermedie di lavorazione e vengono redatti i fogli operativi. All'atto di acquisizione della commessa, il cliente invia al fornitore due tipi di le: il modello 3D elaborato con il programma CAD CATIA®, e la distinta base tecnica. Il componente può essere composto da più le di modelli 3D (chiamati in gergo matematiche), in particolare si possono avere questi tipi di le CAD:

ˆ greggi di fusione o forgiati, ˆ macchinati,

ˆ assiemati.

I greggi sono le che contengono le matematiche del componente così come arriva al fornitore dal cliente. Questi tipi di le vengono inviati solo nel caso in cui la partenza sia una fusione, o un forgiato con precise caratteristiche. Nel caso l'elemento di partenza sia una barra di mate-riale, invece, questo tipo di le viene omesso. I greggi (o i forgiati) rappresentano l'elemento di partenza iniziale da cui iniziare le lavorazioni per asportazione di truciolo. Per poter riferire cor-rettamente il pezzo alla macchina e avere un piazzamento con una buona precisione, in fonderia vengono approntati dei riferimenti (solitamente sono riferimenti cosiddetti parziali), chiamati punti tarati, che servono per poter partire con la prima fase di asportazione di truciolo senza nessuna necessità di centrarsi sulla fusione. Questo perché orirebbe una precisione minore (le fusioni sono quasi sempre diverse l'una dall'altra, anche con dierenze di decimi di millimetro), oltre che un notevole spreco di tempo, poiché il centraggio è un operazione manuale da compiere ogni volta sul pezzo in lavoro, mentre avendo i punti tarati che già orono una notevole precisione (variabile da componente a componente, ma sempre nell'ordine dei centesimi di millimetro) è possibile utilizzare un'attrezzatura che garantisca ripetibilità e velocità di piazzamento.

I macchinati rappresentano il componente nella sua forma nita, così come deve essere conse-gnato al cliente dopo tutte le operazioni di asportazione di truciolo. Secondo [8], Le principali dierenze rispetto ai programmi tradizionali di cui tener conto in quanto impattanti sui fornitori sono:

ˆ L'assenza di disegni in formato 2D e dunque stampabili, che implica l'obbligatorietà di un trasferimento elettronico invece che sico

ˆ La necessità che il fornitore conosca un ben preciso pacchetto di normative (ASME Y14), e speciche proprietarie AW (descritto in questo documento)

ˆ La necessità che il fornitore sia in grado di produrre adeguata documentazione produttiva e di controllo basandosi sul pacchetto dati inviato da AW (quindi utilizzando direttamente il dato tridimensionale).

Queste matematiche contengono, sotto forma di Capture, tutte le indicazioni tecnologiche utili alla produzione del componente. Sempre secondo [8]:

Figura 3.1.: Comando Misura l'elemento

Quote e tolleranze saranno espresse principalmente nei modelli 3D tramite il modu-lo CATIA® V5 FT&A e tolleranze implicite di forma. Questo signica che le quote non saranno esplicitamente espresse nella loro totalità come nei disegni tradizionali, ma che saranno espresse solo le quote con tolleranze restrittive rispetto ad una tolle-ranza di default (il cui valore verrà indicato in una specica nota a disegno) e quelle strettamente necessarie a denire il Design Intent della parte. Per le dimensioni non espresse esplicitamente sarà suciente interrogare direttamente il modello CATIA® ed applicare la tolleranza di default alla quota nominale così ottenuta... Quote e tolleranze, all'interno dei modelli 3D, saranno raggruppate in opportune Capture all'interno dell'albero logico del modello.

Le Capture possono contenere viste, sezioni o dettagli di una vista o sezione. Nelle Capture sono indicate quote tollerate, rugosità, tolleranze geometriche che non sono in tolleranza generale di lavorazione. Tutte le altre quote che non vengono indicate nelle Capture sono da ritenersi quindi in tolleranza generale di lavorazione, che solitamente secondo la ASME Y14 è una tolleranza geometrica di prolo. Ciò signica, e questo viene solitamente specicato in una nota della Di-stinta Base Tecnica, che tutte le quote sono basiche, a meno che non sia diversamente specicato. In pratica le quote che vengono ricavate interrogando direttamente la matematica sono quote esatte, a cui bisogna applicare una tolleranza geometrica di prolo. Per vericare le quote esatte di una feature di lavorazione quale un diametro, un raggio oppure un foro è necessario utilizzare il comando Misura l'elemento, come è possibile vedere in gura 3.1. Apparirà una nestra di dialogo e dopo sarà possibile selezionare la feature da interrogare. Una volta selezionata, CA-TIA® fornirà tutte le informazioni necessarie a rilevare le quote basiche. Nel caso sia necessario trovare una distanza all'interno del modello tra due elementi, quale ad esempio la distanza di un asse da un piano, è possibile utilizzare il comando Misura tra, come mostrato in gura 3.2.

Figura 3.2.: Comando Misura tra

Si apre la medesima nestra del comando Misura l'elemento, ed una volta selezionati i due elementi da interrogare la nestra mostrerà la quota esatta rilevata a matematica.

A questo punto vengono quindi assegnati i riferimenti che si usano nel caso di tolleranze geo-metriche di posizione, concentricità, prolo, a cui bisogna associare un sistema di riferimento particolare che viene costruito a partire dai riferimenti geometrici, che solitamente sono piani o assi. Nel caso di tolleranze geometriche assegnate nella Capture, i riferimenti sono indicati nel riquadro della tolleranza, mentre i riferimenti che si riferiscono alla tolleranza generale di forma sono assegnati nella Distinta Base. Nelle Capture inne possono essere richiamate le note conte-nute nella Distinta Base Tecnica (DBT). La DBT è un documento che viene rilasciato insieme al modello della matematica, in cui sono inserite delle note riguardanti il componente. Le note con-tengono dei dati tecnici per eseguire delle particolari lavorazioni o trattamenti sul particolare. Le note sono di due tipi: richiamate a disegno o senza richiamo. Le note richiamate a disegno hanno una D accanto al numero, ed indica che quella nota è presente sulla matematica CATIA®, mentre le note senza richiamo hanno come riconoscimento solo il numero e non sono presenti sul modello 3D nelle Capture. Un esempio di nota richiamata in DBT è l'esecuzione di fori lettati, oppure un trattamento chimico di protezione da eseguire su una particolare supercie. Poiché in CATIA® nel modello 3D non è possibile visualizzare quale tipo di lettatura viene eseguita in quello specico foro, oppure il foro lettato deve essere eseguito secondo speciche particolari che indicano il tipo di lettatura con tutti i dati tecnici per la sua realizzazione, viene eseguita una Capture del foro con indicata una nota che richiama la DBT. In questo modo il responsabile del ciclo e della redazione dei fogli operativi può andare a leggere la nota, consultare la norma e preparare il ciclo secondo le indicazioni rilasciate dal cliente, con minori possibilità di errore. Un esempio di una sezione generata contenente quote, riferimenti, rugosità è mostrata in gura 3.3.

Figura 3.3.: Esempio di Capture

L'assiemato è costituito dall'insieme del macchinato più tutta la normaleria montata. La normaleria è costituita dall'insieme dei prigionieri, inserti, viti, dadi, che devono essere montati sul componente una volta siano state eseguite tutte le operazioni di asportazione di truciolo, trattamenti e verniciatura (ove previsto) delle parti. Esistono degli elementi che possono essere inseriti anche prima della ne delle suddette operazioni, come ad esempio le camicie, poiché anche essi necessitano di essere lavorati, o devono sottostare a precise tolleranze geometriche per esigenze di montaggio. É quindi possibile che anche gli assiemati contengano Capture, sia per un componente da lavorare che presenti speciche tolleranze (sia dimensionali sia geometriche, oppure rugosità particolari), sia perché esistono delle norme speciche per il montaggio della normaleria in campo aeronautico, che vengono richiamate nelle note della DBT dell'assiemato.

La fase d'ingegnerizzazione prosegue, una volta lette attentamente le matematiche e la DBT, con la redazione del ciclo, la costruzione delle matematiche delle fasi intermedie e la redazione dei fogli operativi, che saranno presentati più in dettaglio nel capitolo 4.

3.2.2. Programmazione CAM

La programmazione CAM rappresenta una fase del processo DMFG in cui il programmatore, in possesso delle matematiche delle varie fasi intermedie di lavorazione e dei fogli operativi preparati dall'ingegneria, redige il programma CNC per la realizzazione del pezzo sulla macchina a controllo numerico. Prima non era possibile redigere facilmente i Part Program (PP) delle fasi intermedie, poiché non essendo in possesso del modello 3D ma unicamente del disegno 2D, era

Figura 3.4.: Micrometro da interni per fori

necessaria una lunga fase di progettazione CAD per poter costruire la matematica della fase da programmare, con notevole aggravio dei costi. Con il metodo DMFG questo comporta tempi ridotti per la costruzione del modello 3D di tutte le fasi, quindi minori costi e minori possibilità di errori, poiché una volta fatta la programmazione CAM e testata su un pezzo prova, questa rimane congelata.

3.2.3. Fase di controllo

Il controllo è la fase di verica del pezzo eseguito in macchina. Il controllo si divide in due parti: sotto macchina e in sala di misura. I metodi a bordo macchina sono quelli che possono essere eettuati direttamente dall'operatore immediatamente dopo la lavorazione prevista e prevedono l'uso di strumenti portatili o installati direttamente sulla macchina utensile. I tipi di strumento che possono essere utilizzati a bordo macchina sono:

ˆ calibri ventesimali e centesimali: sono i comuni calibri da ocina. Hanno una riga graduata e una slitta scorrevole con due tipi di denti: un paio servono per misurare lunghezze esterne quali diametri, blocchi quadrati, piastre ecc, mentre un altro paio sono per le misure di lunghezze interne quali fori cilindrici o di qualunque altra forma. I calibri possono essere ventesimali o centesimali: solitamente i calibri analogici hanno una precisione di un ventesimo di millimetro, pari a ±0.05 mm, ma esistono anche calibri digitali che riescono ad arrivare alla risoluzione di ±0.01 mm. Queste risoluzioni sono valide per calibri tarati a una temperatura di 20°C: quando le misure vengono fatte ad una temperatura diversa dopo diverso tempo che non vengono controllati, la risoluzione di lettura aumenta;

ˆ micrometri da interni e da esterni (gura 3.4). I micrometri sono strumenti usati per misurare lo spessore interno od esterno delle parti. Quelli da esterno sono costituiti es-senzialmente da un arco di acciaio fucinato o di ghisa, alle cui estremità sono situati due cilindretti coassiali, uno sso (incudine) e uno mobile (asta di misurazione). L'incudine

Figura 3.5.: Altimetro

viene ssata in modo solidale all'arco. All'altro capo dell'arco è ssata coassialmente una controbussola, lettata internamente, nella quale viene imboccata l'asta di misurazione, anch'essa lettata. All'estremità esterna dell'asta di misurazione è ssato un tamburo, an-ch'esso coassiale, e graduato sul bordo interno. Agendo sul tamburo, si può avvitare l'asta di misurazione sulla controbussola, e così avvicinare la sua estremità interna all'incudine, al limite, arrivando a battuta. Ad ogni giro di tamburo, corrisponde un avvicinamento o un allontanamento pari al passo della vite. Una scala graduata realizzata all'esterno della controbussola (scala ssa), permette (utilizzando come indice il bordo interno del tamburo) di leggere i millimetri d'apertura del micrometro. La rotazione del tamburo di una frazione di giro, corrisponde ad uno spostamento di pari frazione del passo vite. La scala realizzata sul bordo interno del tamburo, permette (utilizzando come indice la scala ssa) di leggere le frazioni di giro, e di conseguenza spostamenti più piccoli del passo vite. Normalmente, la graduazione sul tamburo conta 50 divisioni, realizzando così una scala con una risoluzione da 0,01 mm. I micrometri da interni sono invece simili a tamponi passa non passa, tranne che anch'essi possiedono una vite micrometrica che agisce su un meccanismo che invece che serrarsi verso l'interno si allarga verso l'esterno. Solitamente i contatti sono costituiti da tre sfere di acciaio al cromo ad elevata durezza (simile a quello delle sfere dei cuscinetti),

Figura 3.6.: Alesametro

che una volta arrivati a battuta consentono la lettura del diametro del foro con una risolu-zione pari al passo della vite diviso il numero di divisioni presenti sul tamburo. Tutti i tipi di micrometri hanno dei range di lunghezza d'uso, poiché corse troppo lunghe darebbero luogo a perdite di risoluzione di lettura;

ˆ comparatori ad orologio: sono strumenti di misura utilizzati per misure di spostamento lineare. Lo strumento basa il suo funzionamento sulla lettura dello spostamento di un'a-sta cilindrica mobile che scorre all'interno di una guida tubolare. L'estremità dell'aun'a-sta (chiamata tastatore o palpatore) è a contatto con la supercie dell'oggetto sottoposto a misura. Una molla spinge costantemente l'asta verso l'esterno del corpo del comparato-re, assicurando così che il tastatore sia perennemente in contatto con l'oggetto di misura. I comparatori normalmente vengono realizzati con corse utili comprese tra 1 e 100 mm, mentre la risoluzione è normalmente centesimale (0,01 mm). I comparatori a quadrante vengono realizzati con diversi accorgimenti per migliorare precisione e durata: i cinematismi vengono realizzati in acciaio inossidabile, i perni e i supporti vengono lappati per ridurre i giochi, la cremagliera e il pignone subiscono trattamenti d'indurimento superciale per ridurne l'usura;

ˆ altimetri (gura 3.5): sono strumenti costituiti da una colonna di guida con uno stilo che può scorrere solo in direzione verticale. Sono solitamente utilizzati per misurare le distanze tra piani paralleli oppure la distanza tra l'asse di un foro e un piano. Infatti andando a toccare la parte superiore e inferiore del foro, l'altimetro è in grado di calcolarsi per interpolazione la posizione dell'asse del foro, e quindi, andando poi a toccare il piano, può ricavarsi la distanza tra le due feature. Sono solitamente posizionati su dei piani di granito, per garantire l'accuratezza della misura. La loro precisione, in determinate condizioni d'uso, può arrivare anche al mm;

Figura 3.7.: Blocchetti di riscontro

montato su una asta di lunghezza ssa, che servono per misurare solitamente le dimensioni di un foro di dimensione ben denita. Gli alesametri vengono posizionati all'interno dell'en-tità della quale si vuole misurare la dimensione (piani paralleli, foro circolare, scanalatura): toccando in due punti, viene misurata una distanza lineare. Questi strumenti possiedono una notevole precisione, dell'ordine dei centesimi di millimetro, ma sono adatti a misurare un range piuttosto piccolo di lunghezze attorno ad una misura di riferimento (solitamente qualche millimetro), per questo sono usati a bordo macchina per la misura di fori di cui si conosce la dimensione nale. L'alesametro deve essere preventivamente tarato, pena una perdita di precisione delle misure;

ˆ blocchi di riscontro, o blocchetto pianparalleli (gura 3.7): è un calibro sso costituito da un parallelepipedo lavorato in modo da ottenere due facce contrapposte perfettamente parallele, distanziate tra loro di una quota precisa (spessore nominale). I blocchetti pianpa-ralleli vengono anche chiamati blocchetti Johansson, dal nome dello svedese che ne diuse l'uso. L'uso dei blocchetti non avviene solitamente uno per volta, ma vengono assemblati in modo da ottenere una misura ben precisa, con una precisione anche dell'ordine del mm. Per far aderire due blocchetti è necessario preventivamente pulire le superci lappate; poi, applicando una leggera pressione, far scorrere un blocchetto sull'altro. I blocchetti ven-gono realizzati in acciaio pregiato. Dopo una prima formatura, subiscono trattamenti per indurire il materiale, inne vengono lasciati stabilizzare prima della denitiva lavorazione sulle facce. Le facce parallele vengono lavorate con un procedimento di lappatura di grande precisione, tanto che le superci appaiono a specchio. I costruttori più attenti ricercano leghe che presentino un coeciente di dilatazione termica ridotto, in modo da assicurare lo spessore nominale per un campo di temperature più alto. Su una faccia del blocchetto vengono incisi la sua lunghezza nominale ed il numero di serie;

ˆ tamponi lettati e non: sono i comuni tamponi cilindrici passa-non passa, costituiti da un blocco cilindrico di diametro assegnato che deve essere inserito all'interno del foro per

Figura 3.8.: Macchina di misura a coordinate Zeiss®

vericarne la dimensione. I tamponi P-NP sono realizzati in acciaio temprato per resi-stere all'usura. I tamponi lettati sono invece tamponi che all'estremità possiedono un cilindro lettato, per la verica dell'esecuzione delle lettature. Solitamente sono due per ogni lettatura, per vericare che il letto non ecceda o non sia più piccolo di una certa dimensione;

ˆ tastatori renishaw.

I metodi fuori macchina sono i controlli che devono essere eettuati smontando sicamente il pezzo dalla macchina e portandolo in una zona esterna della macchina. Questi tipi di metodi sono costituiti da:

ˆ macchine di misura a coordinate (coordinate measuring machine, o CMM), alloggiate in una sala controllata e termostatata ad una temperatura di riferimento (20±1°C) per ga-rantire la precisione delle misure. Le macchine CMM sono apparecchi 3D per misurare le caratteristiche geometriche di un oggetto. Queste macchine possono essere controllate manualmente da un operatore o controllate in automatico da un computer. Le misure sono determinate da una sonda attaccata al terzo asse mobile della macchina. Le sonde possono

essere meccaniche, ottiche, laser o a luce bianca, tra gli altri. Una macchina che misura in sei gradi di libertà e visualizza queste letture in una forma matematica si denisce macchina di misura a coordinate. Nelle macchine moderne, la struttura a portale ha due gambe ed è chiamata solitamente ponte. Questa si muove liberamente lungo il tavolo di granito con una gamba (spesso questa gamba è detta interna) seguendo una guida di scorrimento su un lato del piano di granito. La gamba opposta (spesso chiamata esterna) è appoggiata sul piano di granito e segue la struttura. Per diminuire gli attriti, è stato scelto di utilizzare cuscinetti ad aria, che assicurano anche una minore usura ed una maggiore precisione. In questi ultimi, l'aria compressa viene inviata attraverso una serie di fori molto piccoli su una supercie d'appoggio piana per fornire un cuscinetto d'aria omogeneo e controllato su cui la macchina si può muovere senza attrito. Il movimento del ponte della struttura a portale lungo il piano di granito forma uno degli assi del piano XY. Il ponte del portale contiene un carrello che può muoversi tra le due gambe della struttura e che costituisce l'altro asse orizzontale X o Y. Il terzo grado di libertà (asse Z) è fornito da un mandrino verticale che muove su e giù lungo il centro del carrello. Il tastatore costituisce il dispositivo di rilevamento alla ne del mandrino. Il movimento degli assi X, Y e Z descrive completa-mente lo spazio di lavoro. Possono essere usate tavole rotanti per migliorare l'accessibilità del tastatore, nel caso di pezzi complicati da misurare. La tavola rotante non aggiunge un quarto grado di libertà alla macchina, che rimane 3D, ma le fornisce un certo grado di essibilità. Alcuni sensori sono loro stessi in grado di ruotare la punta verticalmente di 90°, e addirittura ve ne sono alcuni in grado di eseguire una rotazione completa di 360°. I tastatori meccanici sono solitamente costituiti da una sfera di rubino sintetico resistente all'usura (ma esistono anche sfere di altri materiali, quale il diamante) di varie dimensioni, saldate alla ne di uno stilo di piccole dimensioni. All'altra estremità della trave è presente un attacco, che contiene i circuiti elettrici che servono per rilevare il contatto con il pezzo da misurare e l'adattatore per collegarsi alla CMM. Appena il tastatore tocca la super-cie del componente lo stilo si deforma e contemporaneamente invia le informazioni delle coordinate X, Y e Z al computer.

ˆ blocchi di granito: il granito nero, grazie alle sue proprietà, ha trovato negli ultimi anni un larghissimo impiego sia nel campo degli strumenti di controllo tradizionali (piani, ri-ghe, squadre), sia nelle macchine di misura tridimensionali e operatrici con processi non convenzionali. Le superci in granito nero, opportunamente lappate, oltre a garantire no-tevoli precisioni, consentono ottimi risultati nello scorrimento su cuscini ad aria. I motivi che hanno portato alla scelta del granito nero per la costruzione di particolari di altissima precisione sono: stabilità dimensionale, poiché il granito è un materiale invecchiato na-turalmente per milioni di anni ed è quindi esente da qualsiasi tensione interna; stabilità termica, in quanto il coeciente di dilatazione lineare è notevolmente inferiore a quello di acciaio e ghisa (pari circa ad un terzo, 6, 5 · 10−6 m

m·K); durezza, paragonabile a quella di un

buon acciaio temprato; resistenza all'usura, la durezza permette infatti una maggior durata degli strumenti realizzati in granito; precisione di lavorazione, in quanto essendo esente da tensioni interne, è possibile ottenere superci con planarità superiore a quelle di qualsiasi altro materiale tradizionale; è resistente all'ossidazione, inoltre è inattaccabile dagli acidi e

amagnetico.

ˆ rugosimetro, che serve per misurare la rugosità di una supercie e può servire anche da prolometro per la rilevazione dei proli di piccole dimensioni quali smussi e raccordi. È costituito da uno stilo all'estremità del quale è montato un tastatore intercambiabile, so-litamente di forma conica o piramidale, il cui vertice è raccordato e che è a contatto con la supercie del pezzo da misurare; un'unità motorizzata controllata elettronicamente che provvede a far eseguire allo stilo la corsa di misura; un amplicatore di segnale che trasfor-ma il moto verticale dello stilo in segnale elettrico; un convertitore analogico/digitale che trasforma il segnale dell'amplicatore ed esegue il campionamento; inne vi è un sistema di ltraggio digitale che separa l'informazione relativa alla rugosità da quella relativa all'ondu-lazione. I ltri applicati possono essere più d'uno: gaussiano, che è un ltro passa-basso che taglia i segnali ad alta frequenza, è utile al ne di studiare i proli e l'ondulazione, mentre il 2RC, che è un ltro passa-alto, è più utile per lo studio della rugosità dal momento che taglia i segnali a bassa frequenza.

Il controllo con il sistema Digital Manufacturing parte con la realizzazione dei Piani di Controllo. Questi sono dei documenti che vengono redatti dal responsabile della qualità per il sistema DMFG usando direttamente CATIA®, e servono per vericare il pezzo nito una volta che questo abbia terminato le lavorazioni ed i trattamenti. Una volta preparati, devono essere inviati al cliente in approvazione, che eventualmente fa presente al responsabile delle correzioni da eseguire, per poi essere inviati nuovamente in approvazione. I Piani di Controllo sono descritti nel capitolo 5.1.2.2. Un altro vantaggio del metodo DMFG è la possibilità di sfruttare le matematiche intermedie preparate dal metodista dell'Ucio Tecnico per realizzare i programmi di controllo delle fasi intermedie di lavorazione in o-line. Questo metodo sarà descritto nel capitolo 5.2.