Capitolo 2. Progetto costruttivo esecutivo

Capitolo 2.

Progetto costruttivo esecutivo

Il progetto esecutivo riporta i disegni di dettaglio e le verifiche dei vari componenti del complessivo. A conclusione del presente capitolo, si riporta il complessivo 3D, mentre quello 2D e tutti i disegni, si possono trovare in appendice D.

2.1. Piastra superiore

Abbiamo già visto gli ingombri principali nel capitolo precedente, quindi, in questo paragrafo descriveremo il disegno della piastra, imposto dagli ingombri della macchina a controllo numerico.

Volendo rientrare negli ingombri della protezione della macchina a controllo numerico, si deve pensare di porre le celle di carico radiali (che hanno una lunghezza fissa) ai lati della colonna portatesta della macchina utensile (figura 1).

Colonna

portatesta Celle radiali

Asse del mandrino della macchina (distanza fissa dalla colonna portatesta)

Dati gli ingombri delle celle di carico radiali, la distanza dell’asse del mandrino dalla colonna portatesta e le dimensioni del plexiglass, la piastra superiore è stata disegnata come rappresentato in figura 2.1.2. Il materiale è alluminio.

Figura 2 (Piastra superiore )

Dalla figura si può osservare lo scarico per l’albero della cerniera, al fine di evitare una lavorazione di precisione su una superficie troppo estesa, la forma a “V” della piastra, per limitare gli ingombri, e la spianatura, eseguita alla fresa, come pista per le sfere. Al centro della piastra si trova l’alloggiamento della ghiera di blocco, con gli 8 fori per la regolazione (con precisione di ±0.1mm in quel punto) dell’altezza della piastra, rispetto a quella inferiore.

Lo studio della piastra alta 14mm, schematizzata come un trave su un appoggio (cerniera) e un incastro (cella assiale), ha evidenziato un coefficiente di sicurezza, sulla resistenza statica, di 2.62 (appendice D). Per una stima che tenga meglio in considerazione l’effettiva geometria della piastra, si è eseguito anche uno studio agli elementi finiti

Pista per le sfere (spianatura) Alloggiamento ghiera di blocco (asse coincidente con quello del

mandrino)

Attacco per l’albero

2.1.2. Verifiche statiche agli elementi finiti

La verifica di resistenza statica, affidata ad un software agli elementi finiti, considera la piastra vincolata mediante prigionieri all’albero della cerniera e incastrata in corrispondenza della cella di carico. Il carico gravante di 5000N, corrispondente a 1.25 volte il carico massimo indicato nella specifica (4000N), è applicato in corrispondenza delle zone di contatto tra le 3 sfere ed il piano stesso.

La soluzione, con i valori delle tensioni risultanti, è riportata nella figura seguente, mentre nella figura 4 sono riportati i valori degli spostamenti.

La resistenza statica è verificata con coefficiente di sicurezza di:

sSn / sMAX_FEM = 99[N/mm2] / 56[N/mm2] = CS = 1.77

2.2. Albero della cerniera

L’albero è ricavato da una barra a sezione quadrata di lato 14mm, tornita alle estremità, fino ad un diametro di 10mm, per alloggiare nella sede dei supporti laterali della cerniera. I quattro fori passanti permettono di unire l’albero alla piastra mediante prigionieri (figura 5).

Figura 5 ( Albero della cerniera )

2.2.2. Verifiche statiche agli elementi finiti

In base alla schematizzazione della piastra riportata in appendice D, si sono ricavati i carichi che questa trasmette all’albero della cerniera attraverso i collegamenti bullonati, nell’ipotesi (cautelativa) che la giunzione scorra. Si è fatta anche la verifica di resistenza, risultata verificata con un coefficiente di sicurezza di 2.48 (tensione massima = 39.96N/mm2; tensione minima di snervamento dell’alluminio = 99N/mm2). Noti i carichi gravanti sull’albero della cerniera, si è ripetuta la verifica di resistenza con un’analisi agli elementi finiti, ricavando una tensione massima di 34.6N/mm2, per un coefficiente di sicurezza di 2.86.

Figura 7 (Andamento degli sforzi nell’albero della cerniera )

Figura 8 ( Valore degli sforzi nell’albero della cerniera (ingrandimento))

Figura 10 (Valore degli spostamenti (ingrandimento))

2.3. Slitta portamagnete

2.3.1. Disegno della slitta portamagnete

E’ ricavata, mediante tornitura, da una barra tonda di alluminio mentre in futuro essa costruita completamente in Allumina. Gli attacchi per le celle di carico e gli alloggiamenti per le sfere di scorrimento, sono ricavati mediante lavorazione alla fresa.

Sulla parte superiore presenta il centraggio per il contenitore e, in corrispondenza alla zona di appoggio dell’anello magnetico, fresature radiali che permettono l’afflusso del fluido, in modo che la temperatura dell’anello sia il più uniforme possibile. Sulla parte superiore, all’esterno del centraggio del contenitore, è praticata una spianatura con dei fori dove saranno alloggiate le piastrine di acciaio inox sulle quali scorreranno le sfere della gabbia. Le viste 3D del particolare sono riportate nelle figure 11 e 12, il materiale è allumina.

2.3.2. Verifiche statiche agli elementi finiti

La verifica agli elementi finiti si è concentrata su una condizione di carico che considera il carico assiale massimo di 5000N, contemporaneamente ad un carico radiale massimo di 400N (pur sapendo che le due condizioni si autoescludono a vicenda) su entrambe gli attacchi delle celle radiali (per un coefficiente di sicurezza di 1.3 sui carichi massimi indicati in specifica).

La resistenza statica è verificata con un coefficiente di sicurezza: CS = 99/36.99 = 2.67. I valori degli sforzi e degli spostamenti sono riportati nelle figure 14 e 15

Figura 11 (Slitta portamagnete (vista da sopra))

Attacco per lo snodo sferico

Scanalature per l’accesso del fluido

Centraggio per il contenitore

Figura 12 (Slitta portamagnete (vista da sotto))

Figura 13 (Mesh )

Alloggiamento sfere

Figura 14 (Andamento degli sforzi per la slitta in Allumina (vista da sopra))

2.4. Complessivo 3D

Si riportano di seguito le immagini del complessivo 3D dell’attrezzatura montata sulla macchina a controllo numerico e poi isolata.