Home

Progetto - Micra srl

1. 1 6 0 05 r 7T Em 5 Gap 0 5 mm between c contact surface ani lm T SEIS case p T 22124 diac toga FAN Pabe kETMIADA TEE tan r gt a Li z s Y di Measuring direction i I L pm gt Lt l 2 min lu Linear slrana oLh 3 J ou Nu C3 pai 3 _ P ET Pe r L M J T di ME dL a T 883 TITANIO N ON Lass ELT U T m 11 5 Measuring direction i a 1 T 23 m i Fal W j gt m MR ATTEN J T 40 Met IC d H e f I ka gt L E 3 1 3 L I p Figura 3 13 Indicazioni per l installazione del sensore Kistler 9232A In alternativa le celle di carico ed i dinamometri basati su cristalli piezoelettrici Bernhard 2002 sono raccomandati per applicazioni industriali grazie alla loro notevoli caratteristiche in termini di sensibilit rigidezza accuratezza robustezza praticit flessibilit etc come illustrato nel seguito Esistono diverse tipologie di dinamometri basati su cristalli piezoelettrici celle di carico dinamometri piattaforma dinamometri rotanti Le celle di carico elementari sono tipicamente monoassiali ovvero in grado di misurare una sola componente di forza di compressione trazione lungo l asse della cella o in direzione di taglio tangenziale o triassiali in grado d
2. Vista femmi Lemba Strumenti Finestra T ot 45 0 eA eA mis efn 5t amp m eT LE Fami A fis FR gut uua gut EE ga gum a ef EY D Laenrazioni Utena Frame Feat x ES Benchmark grezzo Medals parma Nema ore Figura 2 20 Definizione del grezzo 45 Si deve ora definire di fresatura della lista lavorazioni Normalmente in questa fase si selezionano superfici appartenenti al modello solido importato nelle prime fasi Per garantire la successiva modifica della geometria del pezzo si deve cambiare strategia definendo di fresatura come file esterno HyperMILL permette agevolmente questa operazione anche se limita i formati dei file accettati come input formati accettati sono essenzialmente due formato 3DF ed STL Nel caso preso in esame si definita di fresatura con lo stesso file utilizzato per la definizione della geometria Figura 2 21 II modello solido di fresatura erano coincidenti dal punto di vista geometrico ma la loro dichiarazione era completamente indipendente Questa distinzione di fondamentale importanza in fase di ridefinizione della geometria kaypun ia T p S elt Pm fessi fesa James Pees ge E F3 a m WE A ud m f
3. Lamas Fc pa ite Fara ire bec T F Por um orum n1 Gm heier que o mesi lemma gam Pee fee et WA mia a P sik OM X Rew A Re x m AAA cac 7 Sena CLE sc dd um sawam unn tes TU a bar uk Pe Teer CESET Aene I jn Lauda uei Sree Unam Frane n Parm Tia EHHI pep n m m ee mered eu yd sara m qas m al ee oe F bra p Senin lima ee ee Vicar m i Li h 7L rTa xh ef YS Segoe e gree ee Can Peg Paga ml ee un Calci mum oin P k Bara 11 aman a eee eee e gno 1 i mr m Figura 2 25 Esempio di operazione di sgrossatura Per tutti gli altri parametri di quest operazione e per le successive operazioni di sgrossatura a finitura del pezzo si rimanda al manuale tecnico di HyperMILL In tabella 2 1 sono descritte le lavorazioni definite per l esecuzione del pezzo Tabella 2 1 Lavorazioni eseguite Numero I I Numero Tipo lavorazione operazione utensile 1 Sgrossatura con grezzo 2 Sgrossatura con grezzo 3 Finitura z costante Finitura z costante 1 Sgrossatura di tut
4. LP a rose to Order gp m A PES PASSION FOR PRECISION DNCENT CMM CMM Revision Part Name Date ACCURA MASS 07 11 2012 PEZZO BENCHMARK December 10 2012 guaina Software 4 10 06 02 Workpiece Ser No Operator Calypso PZ 4 DRIUTTI A Identification Actual Nominal Upper Tol Lower Tol Diff lt gt Sfera 61 Posizione asse 24 1842 24 0000 0 2000 0 2000 0 1842 s2 Posizione asse 22 1204 22 0000 0 2000 0 2000 0 1204 1153 Raggio teorico 15 0987 15 0000 0 2000 0 2000 0 0987 54 Raggio raccordo 4 8443 5 0000 0 1000 0 1000 0 1557 0 0557 UU s5 Profilo 0 0215 0 0000 0 0215 Parte inclinata il Posizione lato 5 0462 5 0000 0 1000 0 1000 0 0462 Bu i2 Posizione lato 17 4039 17 0000 0 2000 0 2000 0 4039 0 2039 Larghezza 20 2249 20 0000 0 2000 0 2000 0 2249 0 0249 Altezza 10 0003 10 0000 0 2000 0 2000 0 0003 ib Angolo lato inclinato 45 0360 45 0000 0 1000 0 1000 0 0360 i6 Larghezza base superiore 2 0782 2 0000 0 1000 0 1000 0 0782 Wi i7 Raggio raccordo 7 8155 5 0000 0 1000 0 1000 2 8155 2 7155 8 Profilo 0 1036 0 0000 0 1036 bl Altezza 10 0012 10 0000 0 2000 0 2000 0 0012 b2 Profilo 0 0354 0 0000 0 0354 Tasca Posizione lato 44 3573 44 0000 0 3000 0 3000 0 3573 0 0573 t2 Posizione lato 2 2844 2 0000 0 1000 0 1000 0 2844 0 1844 I 13 Larghezza 24 7409 25 0000 0 2000 0 2000 0 2591 0 0591 UUt4 Lunghezza
5. mo an aoon x 18 102 62 13 oa 1029 008 Tabella 1 10 Risultati misurazioni per il pezzo 2 sueta Dimensione Specifica Rilevato CNIMIE pie uota i Li p ira pues iras rst ires 3647 36463 1970 freasa 16465 roor 4 19 15200 45240 15148 15198 050_ 30223 moss 10288 10255 10285 0 40 6 92 o s210 fo 9207 001 3 3 85 s 35 2 s Tabella 1 11 Risultati misurazioni per il pezzo 3 guai Dimensione T Maa T Mas CIA Dirt uota i 3 ms 2342 2353 2346 4 16 iem 1234 007 3 m me 23747 poso 6 232 musmuo azoa 232 60 056_ 3 35 m5 20678 poss 19 Tabella 1 12 Risultati misurazioni per il pezzo 4 Dimensione Specifica Rilevato Quota CMM Diff nominale Min a n Med 38 38 00 38 02 37 99 38 00 38 01 gt lt gt s lt 5 01 501 5 01 5 05 0 04 19 99 20 01 20 00 20 00 20 00 20 05 0 05 48 47 81 150 150 04 2 00 2 08 0 08 7 95 7 97 0 02 0 49 96 50 01 49 96 49 97 49 99 50 03 0 06 8 00 8 03 7 95 7 98 0 03 N IP gt 25 01 gt gt 25 10 96 11 01 24 88 24 90 24 93 24 93 0 03 12 55 1 55 05 gt O 44 12 90 13 10 44 04 44 06 44 08 44 17 0 09 1
6. Tabella 1 2 Classificazione dei sistemi per l acquisizione della forma Luce laser coerente Attivi Luce bianca strutturata incoerente E Fotogrammetria Sistemi ottici Shape from silhouette Passivi Shape from shading La differenza sostanziale tra tecniche passive ed attive che le prime simulano il funzionamento del sistema visivo umano mentre le seconde necessitano di una fonte di luce che proiettata sull oggetto viene successivamente acquisita da un sensore permettendo di determinare le coordinate dei punti rilevati rispetto ad un sistema di riferimento noto 1 2 SISTEMI OTTICI metodi attivi sono sicuramente quelli pi promettenti e pi utilizzati Si basano sull utilizzo di una sorgente luminosa e facendo riferimento al tipo di sorgente utilizzata essi si differenziano in sistemi a luce laser e sistemi a luce bianca sistemi a Luce laser utilizzano come sorgente luminosa attiva una sorgente di luce laser coerente e monocromatica per sorgente di luce coerente si intende una sorgente di luce che stimolata opportunamente caratterizzata dall emissione di fotoni con le stesse caratteristiche di fase polarizzazione e direzione mentre nel caso di luce incoerente i fotoni emessi non presentano nessuna relazione di fase o di polarizzazione tra di loro Solitamente la sorgente di luce laser non viene proiettata in maniera diretta sull oggetto o sulla scena ma l emettitore dotato di particolari lenti o prismi
7. e lattrezzatura non risulti troppo indebolita e quindi incapace sostenere il pezzo in modo rigido massa sostenuta dalle celle comprendente una parte dei sistemi di vincolamento ed il pezzo non sia molto superiore alla massa del pezzo questo fatto unitamente ad una relativamente bassa rigidezza sarebbe responsabile di un pessimo comportamento dinamico del sensore ovvero di una scarsa banda in frequenza misurabile e celle di carico siano caricate lungo il loro asse e o siano sottoposte a sforzi di taglio puri ovvero bisogna evitare che su di esse agiscano momenti flettenti o torcenti significativi che potrebbero causare disturbi di cross talk ovvero disturbi incrociati tra i canali E altresi importante valutare accuratamente l impatto della nuova configurazione sui sensori individuati nella configurazione base rimettendo in discussione alcune scelte progettuali all occorrenza 92 Figura 3 36 Diagramma di flusso per la progettazione di un attrezzatura strumentata configurazione avanzata con celle di carico 93 3 9 INTERFACCIAMENTO CON IL SISTEMA DI CONTROLLO NUMERICO DELLA MACCHINA UTENSILE In Figura 3 37 riportato lo schema concettuale di riferimento per l applicazione dei sensori di un sistema esterno di analisi dei dati sensoriali ad una macchina utensile Il sistema di analisi dei dati sensoriali elabora i dati provenienti dai sensori provvede alla visualizzazione delle serie temporali e deter
8. Z coincidente con l asse del grezzo ma si spostata l origine degli assi affinch stia sulla superficie superiore del grezzo di partenza In figura 2 23 la definizione dello zero pezzo Ti bpm k i j aran ron ces kale pria T m s4 pm jemi m me fee fee Er mL a uu W OA m 1 n PEED SL k Toit n iid id a ia sa n 3i 4 F TT Q i k emm E E fame ipm ud burn ee pai Mass kiasa Reve kasar u an Th Comoe i nia aces Lori Lara j a enn ael i m J sm kam 8 To E xm acari iris wam gt DT IE meuf x zh Figura 2 23 Definizione zero pezzo principale 47 Per completare le definizioni della lista lavorazioni necessario indicare in che modo devono essere scritti i file NC elaborati dal post processor di HyperMILL Si scelto di esportare i file NC in formato ISO standard per tradurli esternamente in formato compatibile con la macchina utensile utilizzata per l esecuzione della lavorazione In figura 2 24 il dettaglio de
9. osservato che non possibile misurare le pareti di cavit pi profonde di circa 1 3 della larghezza inferiore Con le macchine di misura a coordinate tale operazione comunque difficoltosa in quanto spesso necessario utilizzare tastatori specifici ma comunque possibile nella maggior parte dei casi 3 La metodologia di misura con il sistema ottico basata sulla elaborazione della nuvola di punti NDP mediante software specifici Tali software sono in grado di ricostruire un modello a superfici a partire dalla NDP ci si basa sul riconoscimento degli elementi geometrici elementari che compongono la superficie Mediante metodologie di geometria computazionale quindi possibile per costruzione effettuare le misurazioni Su tale principio si basa anche il sistema di misura della CMM ma a differenza dell altro metodo la misurazione viene fatta a caldo ovvero con la macchina CMM impegnata Dal punto di vista economico la soluzione ottica preferibile in quanto una volta ottenuta la nuvola di punti l intera elaborazione pu essere effettuata a freddo con un qualsiasi computer dotato del software di elaborazione 4 La precisione delle scansioni ottiche purtroppo insufficiente per molte applicazioni di certificazione di pezzi meccanici di precisione In realt le nuvole di punti sono nettamente meno precise rispetto l accuratezza dello strumento dichiarata pari a 30um dal costruttore Ci dovuto ad imprecisioni nell alli
10. 1 87 5 001 1 667e 001 1 458 001 1 250 001 1 042 001 B 333e DO02 6 250e 002 416 76 002 2 063 002 0 000 000 La staffa come si notare in Figura 3 30 si deforma sotto la spinta del cuneo verticale comprimere la pala deformandola anch essa costringendola ad adattarsi perfettamente alla base d appoggio della dima Questo staffaggio comporta uno spostamento della pala in direzione z pari a 0 08 mm necessari al corretto appoggio e perfetto contatto della pala La deformazione dovuta alle forze di taglio nel punto di contatto pi critico intorno 0 02 mm ovvero una distorsione minima considerando che la forza applicata sovrastimata Per quanto riguarda l applicazione del sensore di emissione acustica la staffa o le zone laterali del basamento ove poggia la pala rappresentano delle buone soluzioni Per quanto riguarda l applicazione di sensori di deformazione superficiale bisogna stare attenti non farsi ingannare dai diagrammi sopra riportati che sono il risultato dell azione combinata delle forze di serraggio e delle forze di taglio E infatti necessario collocare il sensore ove l effetto delle forze di taglio sulla deformazione della struttura non sia trascurabile rispetto all effetto delle forze di serraggio altrimenti si rischia di non disporre di un sufficiente rapporto segnale rumore Tale condizione va esaminata eseguendo varie simulazioni in cui si vadano a separare
11. In figura 2 11 sono riportati i piani interpolanti identificati per il vertice in esame 34 22 21 20 19 di 28 15 14 X Figura 2 11 Piani interpolanti la nuvola di punti locale Si nota in figura 2 12 che effettivamente i piani identificati descrivono con accuratezza la geometria locale del modello Figura 2 12 Piani interpolanti la nuvola di punti locale sovrapposti al modello solido 35 CALCOLO DISTANZA TRA MODELLO E NUVOLA DI PUNTI Si calcola ora il vettore distanza tra il vertice del modello considerato e nuvola di punti Si procede dunque a definire la direzione del vettore distanza attraverso alcune considerazioni geometriche e il suo modulo attraverso calcoli matematici Per quanto riguarda l implementazione necessario differenziare il calcolo in base alla numerosit dell insieme di piani SINGOLO PIANO INTERPOLANTE In questo caso il vettore distanza ha direzione fissata dalla normale al piano interpolante e modulo definito dalla semplice distanza punto piano nello spazio DUE PIANI INTERPOLANTI Nel caso in cui i due piani non siano coincidenti per il quale si ricadrebbe nel caso precedente per il calcolo del vettore distanza si procede preliminarmente a calcolare la retta intersezione dei due piani mettendo a sistema le equazioni dei piani interpolanti successivamente si calcola il vettore distanza tra la retta nello spazio ed il vertice dell STL considerato Il vett
12. Universita degli Studi di Udine Dipartimento di Ingegneria Elettrica Gestionale e Meccanica Progetto SISTEMI INTELLIGENTI TECNOLOGIE INNOVATIVE PER LA PRODUZIONE NON PRESIDIATA DI PEZZI MECCANICI DI PRECISIONE MICRA SRL BANDO REGIONALE POR FESR 2007 2013 Dr Ing Sortino Marco Dr Ing Totis Giovanni Dott Ing Belfio Sandro CONTENUTI 1 ANALISI COMPARATIVA SULLE TECNOLOGIE DI SCANSIONE TRIDIMENSIONALE DI PEZZI ME C CAN clelia 5 T INTRODUZIONE a lia 5 k 2 SISTEMIOTI ilaele 7 1 3 SISTEMA OTTICO PER LASCANSIONE DELPEZZI u y luu uu aus arl 10 1 4 METODOLOGIA PER IL CONFRONTO TRA SCANSIONE OTTICA E METODOLOGIA TRADIZIONALE Licia 11 1 5 METODOLOGIA PER LA VERIFICA DIMENSIONALE MEDIANTE NUVOLA DI PUNTI 14 1 5 1 COMPARAZIONE DIRETTA TRA LA NUVOLA DI PUNTI ED IL MODELLO CAD 3D DEL Kb CONCLUSIONE alla 21 2 METODOLOGIA PER LA CORREZIONE ADATTATIVA DEL MODELLO DI RIFERIMENTO 23 Z2 EINTRODUZIONE T IT 23 2 2 CA D mrenani ande Sb Nai cipe epe ae ite arua Dom 24 2 2H CAM a OST PROCESSOR CC 25 2 23 MESSA TN MACCHINA lla 27 2 2 4 CORREZIONE DEGLI ERRORI DIMENSIONALI 28 2 3 METODOLOGIA PROPOSTA Lalli o 29 2 3 L LOGENERAZIONE DEL MODELLO D yu u SERS 30 2 3 2 ELABORAZIONE DELLA NUVOLA DIPUN T uy ira 31 2 33 RIDEEINIZIONE DELE MODELLO va ta la
13. 3 5 8 ATTREZZATURE SENSORIZZATE AVANZATE CON CELLE DI CARICO La misura delle forze coppie di taglio potrebbe risultare una buona strategia per stimare indirettamente l usura Qui possono insorgere varie problematiche e usando degli estensimetri per tale scopo sarebbe necessario indebolire notevolmente la struttura per avere una sufficiente sensibilit nei confronti delle forze di taglio con conseguente calo delle prestazioni dinamiche e mancato rispetto delle tolleranze di lavorazione e bisogna calibrare sperimentalmente il sistema di misura applicando forze di diversa entit ed in diversi punti del pezzo al fine di stabilire il legame tra input di processo ed output misurato In alcune configurazioni la curva di calibrazione potrebbe dipendere dal punto di applicazione della forza che di solito non noto Migliori prestazioni statiche e dinamiche si ottengono generalmente utilizzando celle di carico piezoelettriche che vengono integrate nell attrezzatura in modo che su di esse si scarichi l intera sollecitazione di taglio Per il principio di azione reazione le celle di carico misurano la forza di taglio risultante indipendentemente dal suo punto di applicazione La progettazione di un attrezzatura avanzata comprendente delle celle di carico e illustrata in Figura 3 36 In questo caso bisogna curare in particolare la scelta del tipo di cella numero di assi misurati sensibilit fondo scala etc e la sua collocazione affinch
14. A cutter tool monitoring in machining process using Hilbert Huang transform International Journal of Machine Tools amp Manufacture 50 495 501 Kaya N Machining fixture locating and clamping position optimization using genetic algorithms Computers in Industry 57 2006 112 120 Ketteler G 1999 Influences on Monitoring Systems which Affect their Reliability 2nd Int Workshop on Intell Manuf Syst Leuven 769 777 Kim Ahn J Kim 5 Takata 5 2002 Real Time Drill Wear Estimation Based on Spindle Motor Power Journal of Materials Processing Technology 124 3 267 273 Kim J D Kim D S 1997 Development of a Combined Type Tool Dynamometer with a Piezofilm Accelerometer for an Ultra Precision Lathe Journal of Materials Processing Technology 71 360 366 Kistler website http www kistler com it it it 13 Productfinder App Product Finder html Korkut 1 2003 A Dynamometer Design and Its Construction for Milling Operation Materials and Design 24 631 637 Kuljanic E Sortino M Totis G 2006 Application of Wavelet Transform of AE Signal for Tool Condition Monitoring in Face Milling 39th CIRP Int Sem On Manuf Systems Ljubljana 39 44 Kuljanic E Sortino M Totis G 2008 Multisensor Approaches for Chatter Detection in Milling Journal of Sound and Vibration 312 4 5 672 693 Kuljanic E Sortino M Totis G 2009 Development of an intelligent multisensor chatter detection system in milling Mechanical Systems and Sig
15. che abbinati a specchi direzionali sono in grado di convogliare il fascio luminoso e di conferirgli una caratteristica forma a raggio puntiforme e di sezione circolare o a linea lama di luce Attualmente gli scanner laser pi utilizzati sono di due tipologie distinte Scanner manuali e Scanner laser fissi Gli scanner laser manuali sono generalmente da una struttura in plastica che ricorda una sorta di pistola Attraverso una movimento manuale possibile acquisire i dati spazzolando la parte su e gi oppure svolgendo un movimento da destra verso sinistra Gli scanner fissi montati su un cavalletto sono in linea di massima pi precisi degli scanner laser manuali e offrono una migliore accuratezza Entrambi i sistemi possono far uso di markers in modo da allineare progressivamente le varie misure Tecnologia gli scanner che utilizzano il laser campionano la parte da misurare utilizzando generalmente una sola lama di luce 3D mentre gli scanner a luce strutturata campionano l oggetto proiettando progressivamente una serie di frange con larghezze diverse A causa della ripetibilit delle letture campionamenti dimostrato che uno scanner a luce strutturata offre una qualit migliore rispetto a un laser e Velocit rispetto agli scanner a luce strutturata gli scanner laser hanno avuto per diverso tempo un potenziale vantaggio in termini di velocit in quanto era possibile ottenere con un unico movimento una lettura pi veloce
16. specialmente gli estensimetri convenzionali di tipo resistivo soprattutto nella prospettiva di dover essere sostituiti se danneggiati a seguito di una collisione Comunque non si esclude che tali sensori possano essere idonei per rilevare la rottura dell utensile e vibrazioni anomale in lavorazioni di sgrossatura e forse semi finitura anche se tali ipotesi richiedono specifiche verifiche sperimentali strain gauge a m are Figura 3 11 Esempio di applicazione di estensimetri strain gauges installati sul bareno portainserto per la misura delle forze di taglio in tornitura interna Scheffer 2004 Volendo misurare deformazioni locali di una porzione del sistema portautensile utensile pezzo portapezzo derivanti da forze di taglio o da collisioni gli estensimetri convenzionali potrebbero porre qualche problema in termini di sensibilit robustezza e praticit Un alternativa molto promettente sono i trasduttori di deformazione superficiale di nuova generazione basati cu cristalli piezoelettrici vedi Figure sottostanti KIAG 10 32 neg E Figura 3 12 Sensore piezoelettrico per la misura della deformazione superficiale Kistler 9232A Pu essere utilizzato anche per stimare delle forze agenti sulla struttura meccanica su cui montato Idoneo per rilevare la rottura utensile o collisioni 73 Bere Mi amp x 22 Art 6 150 10H H ad Tightening torque 10 N m 20 4 Nem TEE Meni
17. 0000 iz V Bj L 6 PD CA VA d 2 1 lt Q O gt lt RK QJ y 15 0000 10 0000 5 0000 0 0000 5 0000 10 0000 15 0000 v 20 um 500 1 No Identifier Sigma mm Form mm i da ear MaxInd m Best Fit X mm Y mm Z mm X Y 7 1 s5 Profilo 0 0040 0 0215 248 999 0000 999 0000 149 0 0112 22 0 0103 Translation 0 0000 0 0000 0 0000 Rotation 0 0000 0 0000 0 0000 Calypso Date December 10 2012 Carl Zeiss 4 10 06 02 Number Drawing No Department PZ 4 ACCURA MASS Operator Master Meas Plan Name Pezzo Benchmark 1 Signature 1 18 Profilo 10 0006 G 4 J 8 0000 N 6 0000 x Z 4 0000 A Y 20 26 0000 28 0000 30 0000 32 0000 34 0000 Y 500 1 No Identifier Sigma mm Form mm i cab ii i da MaxInd m Best Fit X mm Y mm Z mm X Y 7 1 i8 Profilo 0 0247 0 1036 18 999 0000 999 0000 12 0 0707 15 0 0329 Translation 0 0000 0 0000 0 0000 Rotation 0 0000 0 0000 0 0000 Calypso Date December 10 2012 Carl Zeiss 4 10 06 02 Order Number Drawing No Department PZ 4 ACCURA MASS Operator Master Meas Plan Name Pezzo Benchmark 1 Signature 1 b2 Profilo Y 40 0000 20 0000 Y 20 0000 X 20 um 20 0000 0 0000 20 0000 40 0000 X 5
18. 37 2 4 ESEMPIO APPLICATIVO cca 41 24 1 SOFTWARE CAD CAM UTILIZZATI culla 43 2 4 2 IMPORTAZIONE DELLA GEOMETRIA piccine aaa 43 2 4 3 DEFINIZIONE DEI PROFILI DI CONTROLLO DELLE LAVORAZIONI 43 2 4 4 DEFINIZIONE DELLA LISTA LAVORAZIONI 44 2 4 5 DEFINIZIONE DELLE LAVORAZION enr h asas 48 2 4 6 ESECUZIONE DELLA LAVORAZIONE uu u mua aa uu ka umasa ana 51 Z A FRIDEFINIZIONE DELMODELLO iaia 53 2 4 8 T 55 L5 CONCLUSIONL erm cadeau ete dte Cea eae 58 3 METODOLOGIE PER LA PROGETTAZIONE DI ATTREZZATURE SENSORIZZATE 59 S Ll INTROBDUZIONE celle 59 3 2 OBIETTIVEDEE MONITORAGGIO Daa dea 60 3 3 SENSORI E SISTEMI SENSORIALI PER MONITORAGGIO DEI PROCESSI DI TAGLIO 61 3 4 SELEZIONE TIPOLOGIE DI SENSORI IDONEI PER APPLICAZIONI IN AMBITO INDUSTRIALE 65 3 4 1 MISURE DI CORRENTE COPPIA E POTENZA ASSI E MANDRINI 65 ZIMISURE DI TEMPERATURA sella 66 3 4 5 MISURE DI EMISSIONLSON ORE ice 66 3 4 4 MISURE DI EMISSIONE ACUSTICA ULTRASONICA AE 66 3 04 5 MISURE DEVIBRAZIONI siano 69 3 4 6 MISURE DI DEFORMAZIONI FORZE E COPPIE DI TAGLIO 72 3 5 METODOLOGIE PER LA PROGETTAZI
19. 4 6 ESECUZIONE DELLA LAVORAZIONE Si riportano a titolo illustrativo alcune foto riguardanti la produzione del pezzo Benchmark Figura 2 27 Grezzo dopo la sgrossatura Figura 2 28 Finitura testa emisferica 51 Figura 2 29 Finitura globale Figura 2 30 Pezzo finito 52 2 4 7 RIDEFINIZIONE DEL MODELLO Per la ridefinizione stata effettuata la misurazione del pezzo tramite la nuvola di punti per la verifica della misurazione riportato anche il confronto con le misure effettuate alla CMM risultati pi significativi sono sintetizzati in tabella 2 3 In figura 2 31 ed 2 32 si pu notare il risultato del calcolo dei vettori distanza per tutti i vertici del modello Per chiarezza espositiva la rappresentazione dei vettori amplificata di un fattore dieci 20 10 20 30 50 40 20 50 40 Figura 2 31 Risultato del calcolo vettori distanza per il pezzo Benchmark Figura 2 32 Dettaglio di risultato del calcolo dei vettori distanza per il pezzo Benchmark 53 Tabella 2 3 Risultati misurazioni per il pezzo benchmark non compensato Dimensione Specifica Rilevato Quota i CMM Diff nominale Min a n Med ax 38 38 00 38 02 37 97 37 98 38 00 gt lt gt s lt 498 499 5 00 5 05 0 05 19 99 20 01 18 79 19 60 20 42 20 22 0 62 48 47 86 150 150 08 2 19 2 28 0 09 7 89 7 87 0 02 0 49 96 50 01 49 73 4
20. 49 8262 50 0000 0 3000 0 3000 0 1738 Fori UUH Posizione centro 7 9043 8 0000 0 2000 0 2000 0 0957 2 Posizione centro 12 3573 12 5000 0 2000 0 2000 0 1427 Posizione centro 7 8679 8 0000 0 2000 0 2000 0 1321 f4 Diametro 10 0226 10 0000 0 2000 0 2000 0 0226 f5 Diametro 10 0227 10 0000 0 2000 0 2000 0 0227 Wi f6 Profondit 15 4737 15 0000 0 2000 0 2000 0 4737 0 2737 Riferimento Order Drawing No Operator Date Pezzo Benchmark 1 DRIUTTI A December 10 2012 Identification Actual Nominal Upper Tol Lower Tol Diff Bn Posizione 21 3986 23 0000 0 2000 0 2000 1 6014 1 4014 UUr2 Posizione 3 9302 4 0000 0 1000 0 1000 0 0698 r3 Altezza 5 0150 5 0000 0 1000 0 1000 0 0150 4 Profilo 0 0377 0 0000 0 0377 Calypso Date December 10 2012 Carl Zeiss Part Number CMM Type Drawing No Department PZ 4 ACCURA MASS Operator Master Meas Plan Name Pezzo Benchmark 1 Signature 1 55 Profilo 0008 23 15 000 lt 7 7 vv Vi N Cy Var FOV P Va lt 2 QA gt lt lt lt lt Q lt f OS lt N 10 0000 A lt s d S q N N 8 Q N c S q Y x Sy S e ES 2 5 0000 E 1 3 L 7 e 4 Y 2 6 lt N lt PD lt NW 3 15 0000 10 0000 5 0000 0 0000 5 0000 1
21. BI Diametro Circle D6 0 10 0 05 1 6 1153 6 0000 0 1000 0 0500 0 1153 0 0153 BI Diametro Circle D6 0 10 0 05 2 6 1226 6 0000 0 1000 0 1000 0 1226 0 0226 Quota 20 5 0 1 1 20 5052 20 5000 0 1000 0 1000 0 0052 Quota 20 5 0 1 2 20 5051 20 5000 0 1000 0 1000 0 0051 4 A A usa ta Order gs m f m A PASSION FOR PRECISION 2 o Drawing No WH6 05 11017 CMM CMM Revision Part Name Date ACCURA MASS 07 11 2012 PEZZO 2 December 7 2012 Sofie E N E Software 4 10 06 02 Workpiece Ser No Operator Calypso 10 06 DRIUTTI Identification Actual Nominal Upper Tol Lower Tol Diff a 1 Quota 17 7 0 1 17 7135 17 7000 0 1000 0 1000 0 0135 7772 Quota 4 5 0 1 4 4887 4 5000 0 1000 0 1000 0 0113 T8 Quota 164 7 h8 164 6488 164 7000 0 0000 0 0630 0 0512 BI 4a Quota 152 0 1 0 Fori 08 2 151 9802 152 0000 0 1000 0 0000 0 0198 0 0198 74b Quota 152 0 1 01 Fori D5 152 0233 152 0000 0 1000 0 0000 0 0233 BI 5 Quota 102 73 0 1 102 9520 102 7300 0 1000 0 1000 0 2220 0 1220 76 Quota 92 0 1 0 92 0723 92 0000 0 1500 0 1500 0 0723 UT Quota 8 2 8 2129 8 2000 0 1000 0 1000 0 0129 8 Quota 12 11 9881 12 0000 0 1000 0 1000 0 0119 Order Drawing No WH6 10 11016 A PASSION FOR PRECISION nerd iN T mata CMM CMM Re
22. Grazie per all introduzione di una nuova serie di telecamere un elettronica rinnovata e a processori sempre pi potenti la luce strutturata in grado di offrire tempi di misura nell ordine del secondo producendo nuvole di punti con oltre un milione di punti Gli scanner a luce strutturata diventano un ottimo strumento per acquisire volti umani e per effettuare attivit di body scanning recuperando tra l altro anche le informazioni relative al colore e Area di scansione gli scanner laser effettuano generalmente la misurazione dividendo la lama di luce in una serie di punti disposti nello spazio L acquisizione dei punti bidimensionale e si ottiene per effetto dello stiramento della lama proiettata sulla parte da digitalizzare Gli scanner a luce strutturata sono invece in grado di acquisire i punti ordinati direttamente in 3D producendo quindi nuvole di punti intrinsecamente migliori dei sistemi basati sul laser e Condizioni di illuminazione gli scanner laser hanno la capacit di alzare il guadagno gain per ottenere le informazioni anche in quegli ambienti le cui condizioni di illuminazione sono 7 precarie illuminazione diffusa per esempio dati sono in genere rumorosi e spesso imprecisi Gli scanner a luce strutturata richiedono che le condizioni di illuminazione ambientale siano controllate in quanto la lettura dei dati determinata dalle prestazioni del proiettore Scansioni in ambienti all aperto e con luce diurna produ
23. andrebbero collocati in linea di principio nei punti dell attrezzatura che subiscono le massime deformazioni superficiali a seguito delle forze di taglio Tali punti possono essere individuati grazie all analisi statica eseguita con software agli elementi finiti FEM Uno o pi accelerometri piezoelettrici da collocare nei punti che presentano gli spostamenti pi accentuati derivanti dalle vibrazioni che scaturiscono dal processo di taglio Tali punti andrebbero determinati dall analisi dinamica FEM del sistema attrezzatura pezzo Si noti che in generale tali punti sono diversi dai punti a maggior deformazione superficiale 78 gt Un sensore di emissioni acustiche ultrasoniche installato sull attrezzatura il pi vicino possibile alla zona di taglio Figura 3 19 Diagramma di flusso per la progettazione di un attrezzatura strumentata configurazione di base senza celle di carico 79 Come evidenziato dal diagramma di Figura 3 19 il dimensionamento delle varie parti che costituiscono l attrezzatura e la scelta e collocazione dei sensori tutt altro che banale in quanto si devono soddisfare requisiti contrastanti Infatti al fine di garantire il rispetto delle tolleranze dimensionali di forma e la qualit superficiale del pezzo lavorato necessario conferire al sistema attrezzatura pezzo un elevata rigidezza Tuttavia anche richiesto con un certo grado di deformabilit alla struttura per consentire la r
24. buona riuscita del processo produttivo Nel seguente paragrafo verr presentato un metodo che vuole sostituire tutte le operazioni manuali di correzione intrinsecamente aleatorie e perfettibili 28 2 3 METODOLOGIA PROPOSTA Per ovviare a tutte le metodologie utilizzate per risolvere gli errori dimensionali di pezzi ad elevata precisione si propone il seguente metodo automatico di correzione delle traiettorie utensile Figura 2 6 Modello 3D formato STL MODIFICA VERTICI STL Modello 3D formato STL CL file POST PROCESSOR CONFRONTO MODELLO CN file E CALCOLO COMPENSAZIONE MODIFICHE MANUALI CN file MACCHINA UTENSILE Pezzo VERIFICHE DIMENSIONALI E SUPERFICIALI Non conforme conforme STORICO Figura 2 6 Flusso di informazioni riguardanti il prodotto proposto nel seguente lavoro L algoritmo proposto intende correggere gli errori dimensionali misurati a seguito della lavorazione del primo pezzo del lotto indipendentemente da che fonte di errore li ha generati In particolare esso agisce direttamente sulla geometria del modello che fornita in output dal modellatore CAD 29 II principio che sta alla base dell algoritmo proposto il confronto tra la geometria del pezzo che si vuole ottenere ed la misurazione del pezzo che nelle condizioni operative presenti viene eseguito Nel caso ci siano discrepanze tra le due informazioni si va a modificare la geometria del modello in
25. cartesiani esempio per l asse x si ha che m Ax e m DIM i lio EO 2 6 i 0 La precedente equazione non lineare e quindi si pu approssimarla attraverso l espansione in serie di Taylor troncata al primo ordine quindi F F 0 dx 2 7 1 0 0 dove FE 0 k Ux 0 2 8 ed m m OF _ 0 Ax EM ir gl lio ky 2 9 l Supponendo che si eseguano solo piccoli spostamenti in confronto alle lunghezze delle travi si pu approssimare la precedente equazione attraverso l uguaglianza Ax Ax E tad no 220 Si procede quindi al calcolo della derivata come segue Di m 12 x 2 xi xj V lio qun 2 2 11 Essa deve essere valutata nella condizione iniziale 2 7 d Axio m ox o i P 2 12 Analogamente per le altre coordinate si ha che o 1 ET E Ax oAy o lio p 39 o Axio L a AXi o AZ o 02 lio i us 120 2 14 Definendo generica matrice Ax AxoAzo 1 12 12 2 15 As Axo Ayo Ayo AZo B E 3 ESTE 0 0 0 AxgAZzg lo lo lo E definendo i vettori degli spostamenti us 2 16 si puo riscrivere l Equazione 2 5 in forma matriciale come segue A k A A e kyle 0 2 17 che pu essere risolta nella seguente forma de Fu mE 2 18 Ottenendo in questo modo gli spostamenti dei vertici della trave a fr
26. componente che nonostante non abbia alcuna funzionalit pratica ricalca geometrie per le quali si verificano frequentemente degli errori dimensionali sui pezzi lavorati In particolare i diversi dettagli geometrici del pezzo in esame sono rappresentativi della maggior parte delle forme presenti nei pezzi prodotti in azienda In figura 2 16 raffigurato il disegno tecnico del pezzo Come descritto nel paragrafo 2 4 5 per simulare delle evidenti difettosit geometriche si sono introdotti forzatamente degli errori di programmazione delle traiettorie utensile In particolare si scelto di alterare la geometria degli utensili di finitura per lasciare un sovrametallo sul pezzo da eseguire 41 OMIJE MIN Figura 2 16 Disegno tecnico pezzo Benchmark 42 Per l esecuzione del pezzo descritto si sono ripercorse tutte le fasi descritte in figura 2 6 Si descrivono ora le operazioni salienti per la buona riuscita della sostituzione del modello all interno del processo produttivo 2 4 1 SOFTWARE CAD CAM UTILIZZATI Il software CAM impiegato per il calcolo delle traiettorie l HyperMILL della OPEN MIND integrato nell ambiente CAD HyperCAD Il modello del pezzo in esame stato opportunamente convertito in file STL per garantire la successiva modifica con l algoritmo proposto 2 4 2 IMPORTAZIONE DELLA GEOMETRIA Per importare la geometria all interno di HyperMILL stato sufficiente aprire il file STL all interno del modulo CAD
27. contatto Si tratta di tecniche indirette per il rilievo della forma basate sull utilizzo di una sorgente di energia che naturalmente presente in un certo ambiente o che artificialmente proiettata sulla superficie dell oggetto L energia cos riflessa metodi riflessivi oppure trasmessa metodi trasmissivi viene registrata e quindi analizzato per risalire alla determinazione della forma dell oggetto da misurare Questo tipo di sistemi ha ormai raggiunto livelli di accuratezza e velocit di acquisizione tali da giustificarne la crescente diffusione nel campo della misura e del controllo geometrico dimensionale di prodotti industriali L utilizzo di questo tipo di sistemi pu infatti determinare l aumento dell efficienza del processo poich la digitalizzazione viene effettuata in tempi significativamente ridotti rispetto alla metodologia a contatto e con un minor intervento dell operatore Inoltre la invasivit della misura rende possibile la digitalizzazione di superfici di materiali di qualsiasi natura da quelli soffici come i tessuti a quelli di strutture biologiche come la pelle o le foglie e di oggetti di diverso tipo da pezzi meccanici a parti di carrozzeria fino a opere d arte e reperti archeologici ed inoltre elimina la procedura di compensazione dell ingombro del tastatore Di maggiore rilievo per l applicazione in oggetto alla presente relazione sono i sistemi ottici che possono essere classificati come segue
28. deformazione sono massimi 1 5 2 RICONOSCIMENTO DI FEATURE ELEMENTARI SUPERFICIALI DELLA NUVOLA DI PUNTI Anche questa funzionalit presente in diversi software commerciali per l analisi delle NDP e quindi in 3DReshaper tuttavia vista la difficolt nell esportare dall ambiente 3DReshaper i modelli matematici per procedere poi alla misurazione si optato per una loro implementazione da zero in ambiente Matlab Verranno ora descritti i principali aspetti derivanti da tale implementazione 16 La nuvola di punti viene importata in ambiente Matlab attraverso una funzione base che legge valori numerici incasellati in file ASCII Si ottiene una matrice di tre colonne una per coordinata e tante righe quanti sono i punti della NDP A questo punto stata messa a punto una funzione che effettua le seguenti operazioni 1 considero un campione di punti della NDP e prendo in considerazione ciascun punto in sequenza 2 determina i punti della NDP interni ad una sfera centrata sul punto in esame e di raggio predefinito per esempio 2 mm 3 determina l equazione della interpolante i punti interni alla sfera delle diverse feature elementari eventuali feature che presentano problemi di interpolazione vengono scartate 4 determina per ciascuna feature interpolata il numero totale di punti della NDP che si colloca entro una distanza prefissata 5 ricalcola l interpolante sui punti ottenuti al punto 4 e determina nuovamente il numero tot
29. del componente da lavorare obbligandolo a rimanere in contatto con le superfici di riferimento In alcuni casi queste superfici possono coincidere con quelle di riferimento 3 5 2 ATTREZZATURE SENSORIZZATE Verranno ora delineate le principali fasi per una corretta progettazione e verifica di attrezzature di staffaggio pezzo o utensile sensorizzate idonee all applicazione in ambienti produttivi come quello riscontrato in Micra Verranno analizzate le caratteristiche che ogni tipo di attrezzatura dovr avere a seconda del tipo di elementi della forma e delle caratteristiche del semilavorato di partenza e delle tolleranze geometriche e dimensionali che dovr rispettare La progettazione di un attrezzatura di staffaggio pu essere decomposta in diverse fasi come ben descritto recentemente da Hunter et al Hunter 2006 Tuttavia le fasi enucleate valide in particolare per attrezzature convenzionali vanno ampliate ed adeguate al caso di attrezzature strumentate molto pi complesso data la presenza di sensori integrati nella struttura diagrammi di flusso rappresentato in Figura 3 19 evidenzia l aumento di complessit delle procedure progettuali Facendo ora riferimento al caso della fresatura di particolare importanza ed interesse per Micra l attrezzatura strumentata comprenderebbe uno o pi sensori di deformazione superficiale estensimetri convenzionali o piezo atti a stimare indirettamente le forze di taglio tali sensori
30. di applicazione e flessibilit per poter estendere il sistema sensoriale ad applicazioni simili con piccole modifiche 61 Flame Detector oun Smoke Sens i Sound Level _ moke Sensor _ Speed sensor CN i Sensor Pd lemp Humidity Sensor urrent Sensor Pressure Sensor load sensor Carbon Dioxide Gas Sensor Torque Sensor 1 Image Sensor AE Sensor Temp Distribution Lube Onl Detector pH Sensor anser Temperature Sensor lt Dust Sensor Surface Touch Sensor Roughness Chip Monitoring Sensor ay Sensor Precision Thermal Deformation Sensor Tool Wear Sensor ii Edge Position Sensor F Vibration Type Accelerometer Force Torque current Sensor Position Sensor Limit Sensor Clamping Force Sensor Lube Oil Coolant Seismic Sensor Tool Damage Sensor Temperature Sensor BILE ZZZ T r Figura 3 2 Applicazione macchina di diverse tipologie il monitoraggio del processo 1995 Inoltre l applicazione in condizioni industriali comporta i seguenti requisiti e il sistema sensoriale non dovrebbe ridurre in modo significativo la rigidezza n alterare altri parametri modali per esempio gli smorzamenti della macchina utensile e il sistema dovrebbe essere compatibile con cambio pallet e cambio utensili qualora presenti e dovrebbe imporre dei vincoli sulla scelta dei
31. esempio i fori Come rappresentato in Figura FGH per il pezzo 1 ad esempio le superfici interne dei fori grandi risultano incomplete quelle dei fori piccoli completamente assenti Molto indicativamente si ha che la massima profondit rilevabile della parte interna di un foro pari al 30 del diametro del foro stesso Pertanto tutti i pezzi di riferimento che presentavano fori non sono stati rilevati completamente Tabella 1 5 Elenco di pezzi utilizzati per la scansione tridimensionale su vole a Disegno 2 mm mm mm 294991 80x95x65 193663 164x164x18 581433 237x33x237 274356 100x100x55 145840 50x50x130 Figura 1 6 Esempio di nuvola di punti e di ricostruzione STL della superficie scansionata Tabella 1 6 Risultati della scansione Viste un Ben Commento effettivi punti mm2 Rilevamento superficiale incompleto risultano assenti le 1 15 937678 25 19 superfici interne dei fori piccoli ed incomplete quelle dei fori grandi gt 11 830704 20 12 Rilevamento superficiale incompleto risultano assenti le superfici interne dei fori 3 15 944633 11 43 Rilevamento superticiale incompleto risultano assenti le superfici interne dei fori 724681 23 21 Rilevamento superficiale incompleto risultano assenti le superfici interne dei fori piccoli E Scansione superficiale Variazioni di densit della NDP incompleta Figura 1 7 Problematiche riscontrate nelle nuvole di punti acquisiti Le nuvole di punti rilevate
32. fine di identificare e rappresentare lo stato del processo tra cui le forze di taglio le vibrazioni del sistema di lavorazione le emissioni acustiche e sonore che scaturiscono dalla zona di taglio le temperature caratteristiche del processo etc Tali grandezze fisiche sono a loro volta influenzate dalla tipologia dell utensile dalla sua usura dai parametri di processo dal tipo di fluido lubro refrigerante dalle traiettorie utensile pezzo dalle caratteristiche statiche e dinamiche del sistema di lavorazione rigidezze risonanze smorzamenti etc Le variabili utili per il monitoraggio della lavorazione possono essere misurate mediante l applicazione di adeguati sensori fisici segnali rilevati da questi sensori sono sottoposti a condizionamento analogico e digitale al fine di essere registrati ed ulteriormente elaborati da un software dedicato che estrae degli indicatori sintetici in grado di rappresentare lo stato dell utensile processo Tali indicatori vengono comunicati come input a degli algoritmi decisionali che determinano delle azioni come raffigurato nella figura sottostante Estrazione MERE dati caratteristiche di dedijionabe interesse Figura 3 1 Flusso logico del monitoraggio Variabile del processo da montorare 59 3 2 OBIETTIVI DEL MONITORAGGIO Dai colloqui con i tecnici della Micra sono emerse alcune esigenze specifiche derivanti dalle problemati
33. interesse della nuvola di punti RICONOSCIMENTO SUPERFICIE LOCALE Per il vertice considerato si selezionano tutti i triangoli a cui quel vertice appartiene e si calcolano i versori normali alle superfici dei piani dei triangoli Si vanno quindi a dividere i versori ottenuti in famiglie di versori aventi direzione uguale In questo modo si definiscono i versori che rappresentano le normali alla superficie locale del modello considerato In figura 2 10 si notano i triangoli che hanno in comune il vertice considerato e le loro normali uscenti In questo caso si vengono a formare due insiemi di versori con direzione uguale 33 20 5 20 N 19 5 19 18 5 da ur saa 2 28 Te 3 X y Figura 2 10 Geometria locale al punto considerato IDENTIFICAZIONE PIANI INTERPOLANTI Per il calcolo della distanza tra il vertice e la nuvola di punti si devono identificare i piani interpolanti la nuvola di punti locale Considerando gli insiemi di versori calcolati in precedenza si identificano tramite regressione lineare i piani interpolanti perpendicolari ad ogni famiglia di versori Per il calcolo effettivo si considerano tutti i piani aventi normale fissata passanti per i singoli punti della nuvola di punti locale e si selezionano i piani che contengono il maggior numero degli altri punti considerati In questo modo si identifica un insieme di piani avente numerosita pari alla numerosita dell insieme di versori locali
34. macchina per l esecuzione del secondo pezzo In figura 2 36 il pezzo fisico creato Figura 2 36 Foto del pezzo Benchmark Le misure del pezzo benchmark compensato sono sintetizzate in tabella 1 12 Si riporta in figura 2 37 una mappa delle distanze tra il modello cad e le misure effettuate tramite nuvola di punti Imm Figura 2 36 Foto del pezzo Benchmark a Non compensato b compensato 57 2 5 CONCLUSIONI E stata ideata e messa in opera una procedura innovativa per la correzione automatica di errori dimensionali di pezzi prodotti per lavorazione ad asportazione di truciolo Tale metodo si basa sulla modifica del modello di riferimento utilizzato dal software CAM e ricalcolo automatico delle traiettorie di lavorazione in maniera tale da compensare le imperfezioni riscontrate La procedura stata implementata in maniera integrata tra l ambiente Matlab e l ambiente CAM HyperMill e testata su di un pezzo benchmark ideato allo scopo La validazione ha messo in evidenza che la procedura in grado di correggere effettivamente errori macroscopici di lavorazione dovuti ad esempio a errore di azzeramento del pezzo o dell utensile usura dell utensile deflessione dell utensile o del pezzo dilatazioni termiche 58 3 METODOLOGIE PER LA PROGETTAZIONE DI ATTREZZATURE SENSORIZZATE 3 1 INTRODUZIONE Negli ultimi anni causa dell aumento di competitivita mercati internazionali si riscontra un forte
35. non sono disturbati da rumore sonoro ambientale al contrario dei microfoni e sono insensibili a campi elettrici e magnetici sensori AE per il loro montaggio possono richiedere l utilizzo di un materiale di accoppiamento tra superficie e sensore Questi ultimi devono essere liberi da sporcizia vernice o qualsiasi altro ostacolo che pu influenzare l accoppiamento acustico Pi lontano il sensore AE posto dalla sorgente maggiore l attenuazione del segnale Questo ha implicazioni significative sulle misurazioni di AE durante le lavorazioni Se il sensore AE viene montato in un punto del pezzo da lavorare un fattore da tenere in considerazione che durante la lavorazione cambia continuamente la distanza tra sensore e sorgente La scelta della collocazione del sensore deve quindi cruciale Woulfe 2000 Concludendo i sensori di emissione acustica ultrasonica AE sono promettenti per applicazioni presso le aziende coinvolte nel progetto di ricerca Per fissare le idee consideriamo un modello della Kistler Kistler8152B vedi Figura 3 3 Il sensore di piccole dimensioni e si pu montare sulla attrezzatura portapezzo o sul portautensile il pi vicino possibile alla sorgente punto di contatto utensile pezzo Il sensore ha un alloggiamento molto robusto saldato Si pu fissare alla superficie attraverso una basetta magnetica o una vite mordente o un bullone M6 vedi Figura 3 4 o 1 4 28 bullone tutto ci 67 che
36. of Machine Tools and Manufacture 45 909 921 Sortino M Totis G Prosperi F Development of a practical model for selection of stable tooling system configurations in internal turning International Journal of Machine Tools amp Manufacture 61 2012 58 70 Stein JL Wang C H 1990 Analysis of Power Monitoring on AC induction drive systems Journal of Dynamic System Measurement amp Control 112 239 248 Suh CS Khurjekar PP Yang B 2002 Characterisation and identification of dynamic instability in milling operation Mechanical Systems and Signal Processing 16 5 853 872 Teti R Jemielniak K O Donnell G Dornfeld D 2010 Advanced monitoring of machining operations CIRP Annals Manufacturing Technology 59 717 739 Woulfe M 2000 On the Relationship Between Acoustic Emission and Surface Integrity in Machining PhD Thesis University of College Dublin Eire Zhou ZD Chen YP Fuh JYH Nee AYC 2000 Integrated Condition Monitoring and Fault Diagnosis for Modern Manufacturing Systems CIRP Annals 49 1 387 390 99 100 APPENDICE A WOON h 087 ZY di Lm pua 5uroappani amp x 101 102 Oe x tI de APART A 103 D D NS SS TN hartooat ca 40 gm Male mach Obert achenbehandl ung SCHNITT 3d ia CHEE AMA YESS ANN SEN
37. playback gestione interattiva dell utensile per il controllo delle collisioni con visualizzazione in tempo reale dell asportazione di materiale Inoltre la foratura definibile come filettatura e maschiatura o come foratura profonda In piu possibile combinare liberamente strategie di fresatura e tornitura in un unico programma Per la tornitura sono presenti strategie di sgrossatura finitura lavorazione di gole maschiatura e foratura In figura 2 3 sono riportati alcuni esempi di lavorazioni 2D 25 Figura 2 3 Esempi di lavorazioni 2D CICLI TRE ASSI Nel campo 3D disponibile una vasta gamma di strategie dalla sgrossatura di qualsiasi pezzo grezzo alla finitura per profilatura e la finitura a Z costante fino alla ripresa di materiale residuo e alle strategie speciali quali la finitura completa o la finitura a passate concentriche Inoltre ogni strategia dispone di funzionalit aggiuntive e di funzioni di ottimizzazione che consentono di impostare ogni lavorazione individualmente in base alle esigenze specifiche La funzione di controllo e prevenzione delle collisioni garantisce la sicurezza dei processi In figura 2 4 sono riportati degli esempi di lavorazioni 3D Figura 2 4 Esempi di lavorazioni 3D CICLI CINQUE ASSI Per quanto riguarda le lavorazioni a 5 assi a seconda del tipo di lavorazione richiesto e della cinematica della macchina possibile selezionare la lavorazione a 5 assi ottimale tra diverse strategie
38. solido con la nuvola di punti sovrapposta Si pu notare in alcuni punti per esempio in prossimit dello spigolo nella zona centrale che il pezzo fisico rappresentato dalla sua misurazione con la nuvola di punti si 31 discosta dal modello teorico del file STL ci si aspetta quindi che l algoritmo di comparazione della nuvola di punti con il modello evidenzi questo scostamento setti RE i Da 7 v2 1 H e MS MY MADRE DA ci perth page e s u s a P Figura 2 8 Dettaglio del modello con sovrapposta la nuvola di punti Per la ridefinizione dei vertici dei triangoli si procede automaticamente ad effettuare le operazioni descritte nei paragrafi seguenti per ogni vertice dell STL di partenza RILEVAMENTO DEI PUNTI DI INTERESSE DELLA NUVOLA DI PUNTI Per calcolare la distanza tra il vertice preso in considerazione e la nuvola di punti si considerano solamente i punti della nuvola contenuti in una sfera di raggio unitario Per fare cid si deve calcolare la distanza tra il vertice considerato e tutti i punti della nuvola e selezionare quelli con distanza inferiore a quella data In figura 2 9 si notare un esempio del risultato di questa operazione per il vertice che verr preso come riferimento per la descrizione dell algoritmo punti evidenziati in rosso saranno gli unici ad essere considerati per l elaborazione del vertice dell STL considerato 32 Figura 2 9 Punti di
39. sono principalmente da intendersi per operazioni di upload download di part programs e per funzionalita di diagnostica di base remotizzate perlomeno se si considerano le opzioni evidenziate a livello commerciale TI ri _ lI 1 BH bielle ON C I 3a i lt lt HT a dg id eu omm MER MR s Machine Ramee Diagnosis Paekaga Fant bod H uel Ethernet 100Mbps Embedded Ethernet Fast Ethernet Figura 3 39 Schema di comunicazione tra macchina con controllo FANUC e PC remoti tramite ethernet Per quanto concerne i controlli HEIDENHAIN sono fornite funzioni di base per la comunicazione tramite rete ethernet gestite tramite il SW TNCremo che consentono e il trasferimento di programmi pezzo tabelle utensili o pallet in entrambe le direzioni avviamento della macchina utensile e esecuzione del backup del disco rigido e verificare lo stato di funzionamento del macchina Riguardo quest ultima funzione il materiale divulgativo non molto preciso Verosimilmente sar necessario richiedere ad HEIDENHAIN delle modifiche personalizzate del software di comunicazione al fine di accedere a dati sensibili in real time quali i parametri cinematici e gli assorbimenti degli assi e o dei mandrini e per inviare alla macchina dei segnali di allarme che possano essere gestiti tramite interfacciamento diretto via SW Infine per
40. 0 0000 15 0000 v 20 um 500 1 No Identifier Sigma mm Form mm i da MaxInd m Best Fit X mm Y mm Z mm X Y 7 1 s5 Profilo 0 0040 0 0232 247 999 0000 999 0000 148 0 0105 110 0 0127 Translation 0 0000 0 0000 0 0000 Rotation 0 0000 0 0000 0 0000 Calypso Date December 10 2012 Carl Zeiss 4 10 06 02 Number Drawing No Department PZ 4 ACCURA MASS Operator Master Meas Plan Name Pezzo Benchmark 1 Signature 1 18 Profilo 10 0006 G 4 8 0000 y N 6 0000 x Z 4 0000 AUN Y NS 20 um 26 0000 28 0000 30 0000 32 0000 34 0000 Y 500 1 No Identifier Sigma mm Form mm bod cab ii i da sat MaxInd m Best Fit X mm Y mm Z mm X Y 7 1 i8 Profilo 0 0247 0 1032 18 999 0000 999 0000 12 0 0711 15 0 0321 Translation 0 0000 0 0000 0 0000 Rotation 0 0000 0 0000 0 0000 Calypso Date December 10 2012 Carl Zeiss 4 10 06 02 Order Number Drawing No Department PZ 4 ACCURA MASS Operator Master Meas Plan Name Pezzo Benchmark 1 Signature 1 b2 Profilo Y 40 0000 20 0000 Y 20 0000 X 20 um 20 0000 0 0000 20 0000 40 0000 500 1 No Identifier Sigma mm Form mm i cab ii i da MaxInd m Best Fit X mm Y mm Z mm X Y
41. 00 1 No Identifier Sigma mm Form mm i cab ii i da sat MaxInd me Best Fit X mm Y mm Z mm X Y 7 1 b2 Profilo 0 0059 0 0354 1364 999 0000 999 0000 579 0 0171 264 0 0184 Translation 0 0000 0 000 0 0000 Rotation 0 0000 0 0000 0 0000 Calypso Date December 10 2012 Carl Zeiss 4 10 06 02 Number Drawing No Department PZ 4 ACCURA MASS Operator Master Meas Plan Name Pezzo Benchmark 1 Signature 1 r4 Profilo 15 0000 10 0000 _Q 5 0000 0 0000 5 0000 10 0000 15 0000 T eee I l lt gt N 30 0000 35 0000 gt 40 0000 Jy NS 45 0000 X N Y 20 um 500 1 No Identifier Sigma mm Form mm bod cab ii i da sat MaxInd m Best Fit X mm Y mm Z mm X Y 7 1 r4 Profilo 0 0071 0 0377 54 999 0000 999 0000 41 0 0091 25 0 0286 Translation 0 0000 0 0000 0 0000 Rotation 0 0000 0 0000 0 0000 Order A PASSION FOR PRECISION ERRO No CMM CMM Revision Part Name Date ACCURA MASS 07 11 2012 PZ 5 December 10 2012 Sofie E N E Software 4 10 06 02 Workpiece Ser No Operator Calypso 10 06 DRIUTTI A Identification Actual Nominal Upper Tol Lower Tol Diff lt gt 1 Quota 28 27 8857 28 0000 0 2000 0
42. 00 0 0534 12 Posizione lato 17 2269 17 0000 0 2000 0 2000 0 2269 0 0269 Larghezza 20 0510 20 0000 0 2000 0 2000 0 0510 Altezza 10 0078 10 0000 0 2000 0 2000 0 0078 ib Angolo lato inclinato 45 0094 45 0000 0 1000 0 1000 0 0094 16 Larghezza base superiore 1 9019 2 0000 0 1000 0 1000 0 0981 17 Raggio raccordo 4 0060 5 0000 0 1000 0 1000 0 9940 0 8940 8 Profilo 0 1826 0 0000 0 1826 Base bl Altezza 9 9962 10 0000 0 2000 0 2000 0 0038 b2 Profilo 0 1627 0 0000 0 1627 Tasca UUt Posizione lato 44 1688 44 0000 0 3000 0 3000 0 1688 12 Posizione lato 2 0841 2 0000 0 1000 0 1000 0 0841 E3 Larghezza 24 9339 25 0000 0 2000 0 2000 0 0661 UUt4 Lunghezza 50 0273 50 0000 0 3000 0 3000 0 0273 Fori UUH Posizione centro 7 9791 8 0000 0 2000 0 2000 0 0209 2 Posizione centro 12 4488 12 5000 0 2000 0 2000 0 0512 Posizione centro 7 9722 8 0000 0 2000 0 2000 0 0278 f4 Diametro 10 0266 10 0000 0 2000 0 2000 0 0266 f5 Diametro 10 0238 10 0000 0 2000 0 2000 0 0238 Wi f6 Profondit 15 4888 15 0000 0 2000 0 2000 0 4888 0 2888 Riferimento Order Drawing No Operator Date Pezzo Benchmark 1 DRIUTTI A December 10 2012 Identification Actual Nominal Upper Tol Lower Tol Diff Bn Posizione 21 2535 23 0000 0 2000 0 2000 1 7465 1 5465 UUr2 Posizione 4 0216 4 0000 0 1000 0 1000 0 0216 r3 Altezza
43. 1 Hunter R Riosb J Perez J M Vizan A A functional approach for the formalization of the fixture design process International Journal of Machine Tools amp Manufacture 46 2006 683 697 Inasaki 1998 Application of Acoustic Emission Sensor for Monitoring Machining Processes Ultrasonics 36 273 281 Ismail F Ziaei R 2002 Chatter suppression in five axis machining of flexible parts International Journal of Machine Tools amp Manufacture 42 115 122 Orhan S Osman Er A Camuscu N Aslan E 2007 Tool wear evaluation by vibration analysis during end milling of AISI D3 cold work tool steel with 35 HRC hardness International 40 121 126 97 Pritschow G Bretschneider J Fritz S 1999 Reconstruction of Process Forces within Digital Servodrive Systems Production Engineering Annals of the German Academic Society for Production Engineers 6 1 73 78 Jemielniak K 2001 Some Aspects of Acoustic Emission Signal Pre processing Journal of Material Processing Technology 109 242 247 Jun Suh 5 1999 Statistical tool breakage detection schemes based on vibration signals in NC milling International Journal of Machine Tools amp Manufacture 39 1733 1746 Jun M Ozdoganlar B DeVor R Kapoor S Kirchheim K Schaffner G 2002 Evaluation of a Spindle based Force Sensor for Monitoring and Fault Diagnosis of Machining Operations International Journal of Machine Tools and Manufacture 42 741 751 Kalvoda T Hwang Y 2010
44. 2000 0 1143 7772 Quota 52 51 8443 52 0000 0 3000 0 3000 0 1557 Quota 40 40 3696 40 0000 0 3000 0 3000 0 3696 0 0696 T4 Quota 20 19 9485 20 0000 0 2000 0 2000 0 0515 775 Quota 50 50 2601 50 0000 0 3000 0 3000 0 2601 776 Quota 50 50 2735 50 2657 0 3000 0 3000 0 0078
45. 5 0203 5 0000 0 1000 0 1000 0 0203 4 Profilo 0 0327 0 0000 0 0327 Calypso Carl Zeiss Date December 10 2012 4 10 06 02 Number Drawing No Department PZ 4 COMPENSA ACCURA MASS Operator Master Meas Plan Name Pezzo Benchmark 1 Signature 1 s5 Profilo ed S 0 gt lt lt _ oy 5 0000 D 5 0000 OOOO 5 0000 Identifier Sigma mm Form mm Number Lower Tol Upper Tol Best Fit of Point 55 Profilo 999 0000 999 0000 0 0274 Translation 0 0000 0 0000 0 0000 Rotation 01 0 0000 10 0000 Calypso Date December 10 2012 Carl Zeiss 4 10 06 02 Number Drawing No Department PZ 4 COMPENSA ACCURA_MASS Operator Master Meas Plan Name Pezzo Benchmark 1 Signature 1 18 Profilo Z 10 0000 8 0000 6 0000 Z 4 0000 Y 0 1 mm 26 0000 28 0000 30 0000 32 0000 34 0000 Y 100 1 No Identifier Sigma mm Form mm i cab ii i da sat MaxInd m Best Fit X mm Y mm Z mm X Y 7 1 8 Profilo 0 0671 0 1826 18 999 0000 999 0000 15 0 1395 13 0 0431 Translation 0 0000 0 0000 0 0000 Rotation 0 0000 0 0000 0 0000 Calypso Da
46. 7 1 b2 Profilo 0 0059 0 0386 1364 999 0000 999 0000 580 0 0194 876 0 0193 Translation 0 0000 0 000 0 0000 Rotation 0 0000 0 0000 0 0000 Calypso Date December 10 2012 Carl Zeiss 4 10 06 02 Number Drawing No Department PZ 4 ACCURA MASS Operator Master Meas Plan Name Pezzo Benchmark 1 Signature 1 r4 Profilo X 20 0000 15 0000 10 0000 5 0000 0 0000 5 0000 10 0000 15 0000 pp T s N 30 0000 35 0000 I BS L 40 0000 e Y RX N 45 0000 X C Y 20 um 500 1 No Identifier Sigma mm Form mm bod cab ii i da MaxInd m Best Fit X mm Y mm Z mm X Y 7 1 r4 Profilo 0 0076 0 0399 54 999 0000 999 0000 41 0 0104 25 0 0295 Translation 0 0000 0 0000 0 0000 Rotation 0 0000 0 0000 0 0000 Calypso Date December 10 2012 Carl Zeiss Part Number CMM Type Drawing No Department PZ 4 ACCURA MASS Operator Master Meas Plan Name Pezzo Benchmark 1 Signature 1 55 Profilo 15 0006 XU ur np v N AV JINR x AV N y gt T 4 M lt lt v gt N P lt lt S 4 lt Se S q 10 0000 A d N amp S S 8 N N S Q N S A 5
47. 7 Schema logico per l interfacciamento con macchina utensile A seconda delle funzioni offerte dal controllo numerico vi sono diverse possibilit come illustrato in Tabella 3 7 94 Tabella 3 7 Principali modalita di interfacciamento con la macchina utensile sui Frequenze Tipo di Input dal sistema di Output dalla macchina verso il sistema di ipiche interfacciam monitoraggio alla macchina monitoraggio esterno z Codici G dedicati attivano la capacit da parte del controllo Comandi G dedicati attivano l esportazione da parte Diretto vi numerico di acquisire segnali del controllo numerico di parametri di lavorazione iretto via SW esterni di allarme La nome del file e riga del part program valori comunicazione pu avvenire istantanei di posizione velocit coppia e o potenza attraverso rete Ethernet porte degli assi altro seriali bus industriali o altro Strumenti di diagnostica manutenzione prelevano i Ibrido via PLC segnali posizione velocita coppia istantanee dai 60 1000 PLC che governano assi e mandrini Sensori extra rispetto a quelli gia presenti sulla macchina eseguono misure sugli azionamenti quali Bypass circuiti ad esempio e Allarmi fungo di e Wattmetri per misure di potenza assorbita i emergenza dall asse mandrino Indiretto via HW Manopole di regolazione e Amperometri per misurare la corrente in ingresso avanzamenti e velocit di al
48. 8 02 23 22 97 23 00 23 08 23 09 23 11 21 25 0 16 12 11 97 12 00 12 00 12 01 12 02 gt 4 00 4 10 3 95 3 97 3 99 4 02 0 05 8 12 7 12 80 48 47 99 48 01 48 00 48 01 48 01 48 17 0 16 18 18 00 18 03 18 01 N m 22 21 95 22 05 22 01 22 02 40 01 N N 7 99 N 7 97 N 12 5 12 45 12 55 12 49 12 45 0 04 N 7 98 8 01 N N 8 03 N 00 10 01 10 00 10 01 10 00 10 01 9 98 10 00 10 02 10 01 0 01 WW 45 00 45 01 0 01 O gt W N N P e m 15 14 97 15 03 14 99 15 02 0 03 N Ul N e T Re o O Uu o o 4 99 5 00 5 00 5 02 40 02 10 01 10 03 0 02 O 9 98 10 02 0 04 E Ui Ui N Tabella 1 13 Risultati misurazioni per il pezzo 5 0 11 0 09 5 5180 49 3990 430 wara 1 1 1 6 CONCLUSIONI principali aspetti dell applicazione dei sistemi ottici laser per la misurazione di pezzi meccanici risultano essere i seguenti 1 la metodologia permette di ottenere rapidamente una nuvola di punti anche relativamente densa della superficie dell oggetto tempi di acquisizione sono nettamente inferiori rispetto alle misurazioni effettuate mediante macchina di misura a coordinate CMM 2 con iil sistema ottico praticamente impossibile acquisire e quindi misurare parti interne al pezzo o cavit In generale si
49. 9 77 49 81 49 83 0 06 8 00 8 03 7 91 7 90 0 01 N IP gt 25 05 gt gt 25 10 96 11 01 24 79 24 80 24 80 24 74 12 55 1 55 16 gt O 44 12 90 13 10 44 19 44 20 44 21 44 36 0 16 18 01 gt 23 22 97 23 00 23 09 23 09 23 10 21 40 0 31 12 11 97 12 00 11 99 12 00 12 02 gt D 4 00 4 10 3 77 3 83 3 90 3 93 0 10 8 12 7 12 86 48 47 99 48 01 48 19 48 20 48 21 48 36 0 16 18 18 00 18 03 17 99 N m 22 21 95 22 05 22 12 22 12 N N 7 96 N N O 12 5 12 45 12 55 12 39 12 36 0 03 N 7 90 8 07 N N 8 08 N 00 10 01 10 00 10 01 10 00 10 01 9 98 10 00 10 02 10 00 WW 44 99 45 04 0 05 O gt W N N P e m 15 14 97 15 03 15 06 15 10 0 04 N Ul N e T Re o O Uu o o 4 99 5 00 4 99 5 02 0 03 10 00 10 02 0 02 W 10 02 0 03 E Jis Ui gt tO A conclusione dell algoritmo si applica a tutti i vertici del modello una compensazione di intensita pari al modulo del vettore distanza e di direzione contraria a quest ultimo Il modello STL modificato dall algoritmo illustrato in figura 2 33 Figura 2 33 Particolare del modello del pezzo Benchmark ridefinito il modello di partenza rappresentato in grigio mentre il modello ridefinito in rosso sovrapposto 2 4 8 RICALCOLO D
50. EL PART PROGRAM A seguito dell elaborazione della nuvola di punti descritta nel precedente paragrafo si ha a disposizione un nuovo file STL in cui le coordinate dei vertici sono state opportunamente modificate La nuova geometria deve essere introdotta all interno del file di HyperMILL per il ricalcolo delle traiettorie compensate dall elaborazione della nuvola di punti Per fare ci si deve modificare l area di fresatura definita al paragrafo 2 4 4 come indicato di figura 2 34 55 7D b amea mni ar 82 anon r ir qa T EEA L RUE em elm ai Pasar ayan kana mr icm Beibe freni Come Igoe jemen Neer aT E Lr n PRL T hh Y EM S LH i a hx h n Pr e us Oe FLO tome a a E ST TE Hana mena age om Je PX H con Lola incomes 3 1 om Petersen eee 1 BNK pupa m era ary rura 2 ias 1 F lare See apa E f icm ima lm du odd ponca lt 4 axis enm II in URL Famer tome 7 d ME Lich Berl mak ar cul A Figura 2 34 Modifica dell are
51. MUP MC 75 50 12 000 g min corse 750x500x640 mm Fresalesatrice banco fisso Space 2000 corse 2000x800x1250 mm con testa automatica indexata cambio utensile e 4 asse e Tornio Universale CNC DMG CTX gamma 2000 TC con contromandrino diametro di lavoro max 680 mm Lunghezza di lavorazione max 2000 mm e Tornio controllo numerico GRAZIANO GT 500M diam tornibile 540xL 1100 mm 3500 g min con utensili motorizzati passaggio barra 80 e Tornio DMG CTX 310 V6 diam tornibile 200xL 400 mm con contromandrino asse Y passaggio barra 55 e 2 Torni autoapprendimento CMT tipo URSUS PLUS diam tornibile 300xL 1500 mm Dal confronto con l azienda sono sorti alcuni problemi che riguardano il ciclo produttivo dei componenti Si analizza ora il flusso logico di informazioni dettagliando i punti critici emersi 23 x CAD Modello 3D CAM POST PROCESSOR CN file MODIFICHE MANUALI CN file MACCHINA UTENSILE Pezzo VERIFICHE DIMENSIONALI E SUPERFICIALI Non conforme STORICO Figura 2 1 Flusso di informazioni riguardanti il prodotto in Micra srl CL file Ridefinizione lavorazioni e discretizzazione piu fine Modifica misure di interesse Modifica dei correttori utensile 2 2 1 MODELLI CAD principali lavori eseguiti da Micra srl sono effettuati su commissione pertanto all azienda viene fornito direttamente il disegno del pezzo da eseguire Emerge che indicativa
52. O 3115 233 0005 oose 12 Pano 24200 O sse 0002 oos Nella tabella del file di report troviamo indicato il numero della feature elementare in ordine di importanza decrescente il tipo di feature elementare il numero di punti interpolati la percentuale di punti interpolati sul totale della NDP il raggio delle feature cilindriche se applicabile le coordinate x0 y0 20 di un punto di sostegno della feature la distanza media dei punti interpolati dalla feature e la deviazione standard delle distanze 17 Figura 1 12 Pezzo 1 individuazione delle feature riconosciute esempio Tabella 1 8 Confronto applicabilita dei metodi per la misurazione N quote misurabili ottica N quote misurabili CMM uis xi 3 E stette ar fa s m a as 3 m m os s a sela Tabella 1 9 Risultati misurazioni per il pezzo 1 3 66 00 6569 6570 65 71 6576 10 06 3 398 3980 3927 398 4008 Cs ma 30 fos 4004 4 esa 6196 6198 6203 4007 s 35 3888 fas 3459 006_ e 3 j 7 39 3990 3030 foo 1300010 s 32 as 3192 3198 3204 1042 s ss 6680 en 675 1001 sos 5038 8039 8049 8048 4006 Ca s esl TT 2 w jej 5 3 9 TT 15 3 30 soo foo 3008 4008 fis nu ms me us
53. ONE E PER LA VERIFICA DI ATTREZZATURE STRUMENTATE uuu uu ear 76 3 5 1L CONSIDERAZIONT PREEIMIWNARL cala 76 3 9 2 CASO STUDIO TEORICO ees eee ee hn 80 3 5 4 DIMENSIONAMENTO DI MASSIMA DEI COMPONENTTI 81 3 55 STIMA DELLE FORZE DI TAGHO cilena a EE a 82 30 ANALISEFEMSTATCA allearono 86 3 544 ANALISEFEMLDINAMICA u y u laica 89 3 5 8 ATTREZZATURE SENSORIZZATE AVANZATE CON CELLE DI CARICO 92 3 9 INTERFACCIAMENTO CON IL SISTEMA DI CONTROLLO NUMERICO DELLA MACCHINA UTENS IE E iaia 94 5 10 BIBLIOGRAHA cm 97 APPENDICE aaa sas 101 APPEN pacc Mm aan 107 1 ANALISI COMPARATIVA SULLE TECNOLOGIE DI SCANSIONE TRIDIMENSIONALE DI PEZZI MECCANICI 1 1 INTRODUZIONE Il termine Reverse Engineering RE o Ingegneria Inversa nell ambito relativo alla progettazione meccanica all ingegneria industriale inteso come un procedimento che permette di realizzare a partire da oggetti reali dei modelli matematici digitali ad esempio modelli CAD 3D Questi modelli consentono di ottenere una ricostruzione virtuale tridimensionale quanto pi fedele possibile dell oggetto reale di cui si vogliano acquisire tutte le caratteristiche geometriche Quindi per RE in quest ambito si intende un insieme di tecnologie che permettono di rilevare secondo diversi principi fisici e o matematici
54. SIS Boo ozz q _ 104 JM CK 105 106 APPENDICE B Order Drawing No 9634 12 00 ili CTA A PASSION FOR PRECISION Part Name Date SCHLITTEN RECHTS FUR ARRETIERS Movember 15 2012 CMM ACCURA MASS Software CMM Revision 07 11 2012 Software Revision Workpiece Ser No Operator Calypso 4 10 06 02 001 DRIUTTI A Actual Nominal Upper Tol Lower Tol Diff lt gt 7771 Quota 66 0 0 5 65 7557 66 0000 0 0000 0 5000 0 2443 7772 Quota 39 8 0 0 05 39 7999 39 8000 0 0000 0 0500 0 0001 3 1 Quota 11 1 0 0 1 11 0310 11 1000 0 0000 0 1000 0 0690 UUS8 2 Quota 15 1 0 0 1 14 9203 15 1000 0 2000 0 2000 0 1797 4 Quota 62 62 0327 62 0000 0 3000 0 3000 0 0327 BI 5 Quota 030 H7 30 0290 30 0000 0 0210 0 0000 0 0290 0 0080 16 Quota D24 H7 24 0195 24 0000 0 0210 0 0000 0 0195 1177 Quota 010 2 0 1 0 10 2906 10 2000 0 1000 0 0000 0 0906 8 Quota 32 32 0371 32 0000 0 3000 0 3000 0 0371 9 Quota 65 8 0 1 65 7918 65 8000 0 1000 0 1000 0 0082 710 Quota 30 0 1 29 9972 30 0000 0 1000 0 1000 0 0028 11 Quota 35 0 05 34 9889 35 0000 0 0500 0 0500 0 0111 12 Quota 80 5 80 4772 80 5000 0 3000 0 3000 0 0228 Quota 25 0 05 24 9973 25 0000 0 0500 0 0500 0 0027 J Quota 7 4 0 05 7 3821 7 4000 0 0500 0 0500 0 0179 Quota 24 8 0 0 05 24 7755 24 8000 0 0000 0 0500 0 0245
55. a di fresatura Si definisce quindi la nuova area di fresatura attraverso il file STL output dell algoritmo descritto in precedenza In figura 2 35 un dettaglio della ridefinizione del grezzo ee f J kar amr T ETI Bn aun cla nani ay qirr etre En Rides eee Lem pee Pee lee LE E ka m 8 n LES T z i a hd L 7 PECE aM EE P mmo NEEESE ge nes wna cen ts t n via LTL graditi da Dmi pai ee Pe R Sas 4 pasci Pam ee 4 Pa mm 2 LM rar eee Toe T m a m gp xx Dadi Comet nm mari Ma Cama ia fers termites ai SA a kia eet a aki Ft AE an vai Chars adhe 3 Lpa 1 porem Miry Bn an Fie Pall ij Lt m iij E LL 1 Figura 2 35 dell area di fresatura selezione nuovo file 56 Una volta modificata l area di fresatura sufficiente ricalcolare tutte le traiettorie della lista lavorazioni presente senza modificare nessun altro parametro di definizione delle singole lavorazioni Si avranno quindi a disposizione delle nuove traiettorie che dovranno essere messe in
56. a nuvola di punti Al termine della procedura viene generato un file in formato ASCII nel quale sono elencate suddivise per riga le coordinate X Y Z dei punti acquisiti 1 4 METODOLOGIA PER IL CONFRONTO TRA SCANSIONE OTTICA E METODOLOGIA TRADIZIONALE dati geometrici dei pezzi che sono stati sottoposti alla scansione sono riportati in Tabella 1 5 In Figura 1 6 un esempio di nuvola di punti e di ricostruzione superficiale in formato STL ottenuto mediante il software RANGE VIEWER Il Tabella 1 6 sono riportati i risultati della scansione dei pezzi di riferimento Il numero delle viste necessarie per coprire completamente la superficie esterna dei pezzi stato proporzionale alla complessit geometrica del pezzo ed alle sue dimensioni In tutti i casi sono stati ottenute nuvole di punti di una certa consistenza per una densit superficiale media di punti tra i 20 edi 30 punti mm In un solo caso ove il pezzo era molto grande anche se geometricamente semplice la densit di punti pari a 11 43 punti mm tuttavia vista la semplicit geometrica del 11 componente sono stati ritenuti sufficienti Va rimarcato che nuvole di punti di simili dimensioni sono gestite senza problemi da computer moderni anche se i tempi di calcolo sono piuttosto lunghi Dai risultati della scansione appare evidente il limite del metodo ottico di misurazione ovvero che poco idoneo per l acquisizione di superfici concave o interne al pezzo come ad
57. ale di punti della NDP che si colloca entro una distanza prefissata 6 tra tutte le feature elementari interpolate considera come migliore quella che interpola un numero maggiore di punti 7 tra tutti i punti del campione viene selezionato il punto e la feature elementare che interpola il maggior numero di punti 8 la feature elementare identificata al punto 7 viene memorizzata i punti ad essa appartenenti vengono eliminati dalla NDP 9 seil numero di punti ancora contenuti nella NDP sufficiente il processo riparte dal punto 1 altrimenti termina In questa maniera si ottiene per ogni NDP una lista di feature elementari interpolate che possono essere utilizzate come modelli geometrici di riferimento per la valutazione della bont della scansione e per la verifica delle dimensioni del pezzo Viene generato in automatico un file Excel di report come ad esempio visibile in Tabella FGH Tabella 1 7 Feature elementari riconosciute per il pezzo 1 Too Funi se Pino 121487 12974 o 2911 3456 008 os Pino ms 0 2998 13 22 010 000 0026 Pino am 4774 O 232 456 0000 0062 7 Pino 40546 0 924 2999 2370 0000 Pino 32071 342 O 1096 oce 04 0028 0050 o Pano 30075 O 173 1999 0000 ose 10 lindo 30487 326 1390251 _000 4084 ois 0032 0061 11 Pino 24577 zem
58. articolarmente delle forze di taglio alle quali sono sottoposte le quali si flettono pregiudicando fortemente la lavorazione Le principali metodologie utilizzate per correggere gli errori sui pezzi finiti sono le seguenti figura 2 1 e Modifica dei correttori utensile direttamente in macchina Nel caso in cui si presenti un errore dimensionale costante su tutta la superficie del pezzo molto probabilmente esso dovuto ad un errata definizione dei correttori utensile e Modifiche manuali sui file CN Nel caso in cui ci siano delle superfici fuori misura si pu andare a correggere le singole righe del file CN in cui sono contenuti i percorsi utensile per eseguire quelle superfici e Modifiche alle definizioni delle lavorazioni Se il problema piuttosto marcato si deve agire direttamente sul calcolo delle traiettorie del CAM eventualmente definendo profondit di passata e modalit di o addirittura percorsi utensile ripetuti per essere sicuri che tutto il materiale da asportare sia lavorato Tutte le soluzioni adoperate per risolvere i problemi di non qualit pregiudicano fortemente tempo costo di lavorazione del prodotto Esse hanno anche una forte ricaduta sull esperienza che deve avere l operatore per eseguire il manufatto poich deve saper gestire contemporaneamente tutte queste modalit di correzione degli errori Ne risulta che l approccio adoperato particolarmente oneroso dal punto di vista economico e non garantisce comunque la
59. atorio che si pu verificare durante i processi ad asportazione di truciolo per specifiche combinazioni di parametri di taglio Si tratta di un fenomeno molto complesso caratterizzato da moti caotici instabili dell utensile rispetto al pezzo e da forti oscillazioni delle forze di taglio L insorgenza di chatter pu provocare un usura prematura o la rottura improvvisa dell utensile il danneggiamento sia della struttura portautensili e dei cuscinetti del mandrino elevata rugosit superficiale e scarsa precisione dimensionale del pezzo Tali vibrazioni sono generalmente rilevate da sensori di vibrazione a contatto accelerometri o non a contatto sonde capacitive o induttive celle di carico ovvero dinamometri microfoni 60 3 3 SENSORI SISTEMI SENSORIALI PER MONITORAGGIO DEI PROCESSI DI TAGLIO Per conseguire gli obiettivi di monitoraggio illustrati al paragrafo precedente possibile ricorrere ai sensori elencati in Tabella 3 1 vedi anche Figura 3 2 Tabella 3 1 Sensori generalmente applicati per monitoraggio di processo per la stima indiretta delle problematiche evidenziate nel paragrafo precedente Grandezze fisiche da misurare Possibili sensori Spostamento e velocit assi e mandrini delle Righe ottiche inductosyn encoder resolver macchine utensili trasduttori gi integrati nelle macchine utensili dinamo tachimetriche per le velocit Vibrazioni accelerazioni di assi o di parti del Trasduttori di spostamento vib
60. be una coppia pari circa a 10Nm che corrisponderebbe ad una forza tangenziale pari a 1060 N circa ovvero 60 10 P 60 10 P i raz cS 1060 N 3 1 y JT Ln C Se il coefficiente d attrito all interfaccia pezzo staffa pari a u 0 1 la forza che la staffa deve esercitare dovr essere PI ns F E 10600N 3 2 staffa Questo dato ci permette di dimensionare la staffa il cinematismo monte di essa compreso l attuatore che potrebbe essere un cilindro pneumatico per automazioni Dopo aver scelto materiali forma e dimensioni dei vari componenti meccanici costituenti l attrezzatura opportuno eseguire verifiche statiche analitiche o facendo uso di softwares agli elementi finiti FE per valutare la resistenza di tali componenti alle forze di serraggio previste che possono essere considerevoli Per esempio volendo verificare la resistenza meccanica della staffa si andr ad imporre un vincolo di cerniera sul foro del perno trasversale da diametro 12 mm In questo modo il perno funge proprio da cerniera e permette il movimento rotatorio della staffa ma non la traslazione sui tre assi Questo sistema funziona con il principio di una leva semplice con fulcro al centro e deve presentare un ulteriore vincolo per eliminare il grado di libert della rotazione attorno al fulcro Questo vincolo imposto sulla base di appoggio della staffa con il pezzo ovvero sulla superficie rettangolare Fatto ci si pu imp
61. ce Residual Plastic Chip Break Strike Friction Stress Deformation Figura 3 2 Caratteristiche del processo di taglio rilevabili mediante analisi del segnali AE Teti 2010 Questi sensori possiedono una elevata larghezza di banda tipicamente da 50 900kHz Recenti studi hanno messo in evidenza che il segnale di AE ripetutamente riflesso dalle superfici interne della struttura in cui il sensore montato Jemielniak 2001 Ci determina la durata prolungata del segnale registrato dal sensore Inoltre a causa delle elevate frequenze di campionamento necessarie 2MHz per esempio la mole di dati raccolti pu essere in taluni casi eccessiva Pertanto si rende necessaria un adeguata analisi ed elaborazione dei dati raccolti al fine di estrarre degli indicatori sintetici in grado di rappresentare lo stato del sistema Per ridurre la mole di dati da acquisire ed anche l onere di calcolo spesso si considera il solo segnale AEgms ottenuto dal segnale grezzo in seguito ad integrazione del segnale considerato in valore assoluto su un intervallo di tempo predefinito dipendente dalla costante di tempo del filtro installato nell unit di condizionamento Ci consente di adottare una frequenza di campionamento notevolmente minore sensori AE basati sul principio piezoelettrico sono i pi promettenti per applicazioni industriali rispetto a quelli capacitivi pi accurati ma anche pi delicati Si sottolinea inoltre che i sensori AE
62. che riscontrate nei reparti produttivi Nella fattispecie i sistemi di monitoraggio dovrebbero tendere al raggiungimento dei seguenti obiettivi il rilevamento di collisioni tra organi mobili della macchina ed in particolare tra utensile pezzo ed attrezzature Esistono in commercio diversi sistemi di monitoraggio per ridurre gli effetti catastrofici delle collisioni Le collisioni possono causare ingenti danni alla macchina utensile pezzi scarti e fermi macchina che nella maggior parte dei casi si traducono in notevoli costi di riparazione e di mancata produzione Le grandezze fisiche solitamente monitorate per il tempestivo rilevamento di una collisione durante i processi di produzione sono vibrazioni forze di taglio e potenza assorbita dal motore del mandrino Bisogna sottolineare che questi sistemi di monitoraggio non sono in grado di prevedere i fenomeni di collisione ma solo di limitarne i danni L identificazione dello stato dell utensile Tool Condition Moniotring TCM e nella fattispecie la rottura improvvisa dell utensile A lastima del livello di usura Questi fenomeni sono rilevabili applicando sensori di emissione acustica AE accelerometri dinamometri anche se le prestazioni dipendono fortemente dal tipo di applicazione e dalle caratteristiche del sistema portautensile portapezzo sensorizzato La rilevazione di vibrazioni anomale di utensile e o pezzo chatter Con il termine chatter si intende un fenomeno vibr
63. ciali integrati Abele pp nel mandrino della fresatrice 2011 ane sid Huan stima indiretta PAKA 3 Forze di taglio tramite dinamometro utensile mediante monitoraggio 2007 forze di taglio Monitoraggio real time rottura Forze di taglio tramite dinamometro e Mohring utensile trasduttori di corrente motori assi e mandrino 2010 Fresatura Rilevamento rottura utensile Vibrazioni tramite accelerometro Jun 1999 I Emissioni acustiche tramite sensore AE corrente Monitoraggio rottura utensile i i Li 1999 assi tramite trasduttore di corrente Monitoraggio usura utensile e I uu Kalvoda Vibrazioni tramite accelerometro triassiale rottura tagliente 2010 Processo Fresatura Fresatura Fresatura Foratura Fresatura Stima indiretta dell usura Sensori di emissione acustica AE montati Kuljanic Fresatura dell utensile sull attrezzatura portapezzo 2006 Monitoraggio usura Fresatura Vibrazioni tramite accelerometro utensile Forze di taglio tramite dinamometro triassiale vibrazioni tramite accelerometro emissioni acustiche tramite 2 sensori AE Monitoraggio usura utensile in Fresatura gr operazioni ad alta velocit Forze di taglio tramite estensimetro vibrazioni Mohring tramite accelerometro MEMS temperatura 2010 tramite micro termometro Sviluppo sistema di monitoraggio Fresatura mediante sensori Forze di taglio tramite dinamometro
64. cono di norma scarsi risultati e il laser sicuramente la scelta migliore Se le acquisizioni vengono invece effettuate in uffici e o locali chiuso in cui possibile controllare le sorgenti luminose la qualit delle misurazioni ottenute con la luce strutturata sono certamente migliori migliore qualit superficiale e migliore accuratezza rispetto alla tecnologia al laser Sicurezza Laser grazie alla loro capacit di concentrare l intensit della luce ed energia in uno spazio molto piccolo presentano diversi problema legati alla sicurezza in particolare in tutte quelle circostante in cui il raggio laser entra in contatto con l occhio sistemi di scansione al laser devono essere certificati secondo rigide normative e comunque rimanere al di sotto della Classe 2D per essere destinati all acquisizione di corpi umani visi piedi e cos via La luce strutturata basata semplicemente sulla luce bianca o blu pertanto pienamente compatibile per effettuare misurazioni anche direttamente sul volto di una persona principi di misura su cui si possono basare questi sistemi sono i seguenti sistemi a triangolazione si basano sulla conoscenza di distanze e di angoli noti tra la sorgente luminosa emettitore E e il sensore fotosensibile per ricavare la posizione ricevitore R vedi paragrafo relativo alla descrizione di questi sistemi In questo caso la sorgente di luce ad alta energia viene proietta secondo una direzione angolare nota sulla su
65. della deviazione dimensionale Sviluppo modello per la stima indiretta della finitura superficiale Tornitura i uo basato sui parametri di taglio e sulla vibrazione dell utensile Fresatura Sviluppo modello real time per la Vibrazioni tramite accelerometro rugosit Abouelatta superficiale tramite rugosimetro 2001 i ii Vibrazioni tramite accelerometro rugosit Song di rilevazione di varie problematiche e ur UE DE superficiale tramite rugosimetro 2005 finitura per la stima della finitura superficiale Monitoraggio superficie lavorata Emissioni acustiche tramite sensore AE Guo 2005 Monitoraggio anomalie utensile e Forze e coppia tramite dinamometro Marinescu Fresatura a problemi di finitura superficiale emissioni acustiche tramite AE 2008 64 3 4 SELEZIONE TIPOLOGIE DI SENSORI IDONEI PER APPLICAZIONI IN AMBITO INDUSTRIALE 3 4 1 MISURE DI CORRENTE COPPIA E POTENZA ASSI E MANDRINI L approccio pi semplice e facile da implementare per il monitoraggio dei processi quello sfruttare i segnali di corrente e potenza assorbita dai motori degli assi macchina e o del mandrino Solitamente il segnale di coppia o di potenza viene impiegato per il rilevamento collisioni e rottura utensile in operazioni massive Ismail 2002 Il vantaggio principale dell utilizzare parametri ricavati dagli assi e dai mandrini per rilevare disfunzioni nel processo di taglio che l apparato di misura non disturba
66. di incidenza a 5 assi la fresatura con incidenza fissa 3 2 l indicizzazione automatica e la lavorazione simultanea a 5 assi Come strategie a 5 assi sono disponibili anche la sgrossatura la finitura per profilatura la finitura a Z costante o la finitura a passate concentriche Inoltre disponibile una serie di cicli speciali a 5 assi quali la fresatura frontale la fresatura a creatore o la lavorazione taglio bordo Il prerequisito fondamentale per una lavorazione a 5 assi sicura l affidabilit delle funzioni di controllo e prevenzione delle collisioni Per svolgere tale compito questo software calcola in maniera completamente automatica l inclinazione ed il posizionamento degli utensili Inoltre l ottimizzazione delle inclinazioni degli utensili migliora le condizioni di taglio Con il posizionamento automatico i percorsi utensile vengono suddivisi in modo completamente 26 automatico in singoli segmenti con inclinazione fissa dell utensile movimenti simultanei a 5 assi vengono eseguiti solo tra un segmento e l altro Ci consente di eseguire ad esempio una ripresa del materiale residuo che comprende in un unica operazione varie numerose aree di fresatura con inclinazioni diverse ottenendo tempi di programmazione pi brevi lavorazione rapida e superfici di ottima qualit In figura 2 5 viene riportato un esempio di lavorazioni 5D Figura 2 5 Esempi di lavorazioni 5D Micra srl come specificato nel precedente parag
67. e Volumi di acquisizione di medie dimensioni Precisione elevata Costoso Precisione inferiore a quella per triangolazione su profondita di vista identiche Sottoposto a vincoli di sicurezza per l utilizzo di sorgenti laser Profondita e campo di acquisizione limitati Complessita di calcolo per elaborazione dati media Sensibilit al materiali dell oggetto da acquisire Capacit di misura limitata dall acquisizione di superfici piatte Complessit di calcolo per elaborazione dati media Molto costoso 1 3 SISTEMA OTTICO PER LA SCANSIONE DEI PEZZI Per convalidare l applicazione di sistemi a triangolazione ottica attiva per la misurazione rapida di componenti meccanici alcuni pezzi campione corrispondenti a diverse tipologie di produzione della Micra Srl insieme a pezzi benchmark ideati a proposito sono stati sottoposti a misurazione La misurazione stata effettuata nell ambito di una consulenza fornita dalla MicroService S r l di Alpignano Torino a Micra Srl Il sistema di rilevazione effettuato stato un sistema KONICA MINOLTA RANGE 7 le cui specifiche tecniche sono riportate in Tabella 1 4 Figura 1 5 A sinistra sistema di scansione KONICA MINOLTA RANGE7 a destra esempio di applicazione 10 Tabella 1 4 Classificazione dei sistemi per l acquisizione della forma Accuratezza 30um Tempo di acquisizione Numero di punti acquisiti Area di scansione Interfaccia dati USB 2 0 Di
68. e determinare la distribuzione delle forze proiettate nel riferimento X Y Z non rotante solidale con il pezzo vedi Figura 3 24 Sar quindi possibile anche identificare il punto di applicazione della forza massima che risulta pi critico per il mantenimento della posizione del pezzo nell attrezzatura Primo tratto Forze F Fx Fy e angolo della forza F 1000 500 Forze 1 dente N 500 1000 1000 500 500 Forze 2 dente N 1000 1500 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 Figura 3 24 Andamento delle componenti F F in funzione della posizione di taglio 84 Figura 3 25 Rappresentazione dei tre punti in cui si esegue il confronto della forze Tabella 3 5 Forze di taglio massime nei tre punti ispezionati rune La situazione piu critica che presenta le forze piu elevate risulta pertanto essere nel punto di sperimentazione 3 ed analogamente nel punto opposto ove lo spessore della pala pure massimo Lo spettro in frequenza del segnale mette in evidenza armoniche in corrispondenza ai multipli interi della frequenza di rotazione della fresa n frx k 3 6 60 ovvero in corrispondenza ai multipli della freque
69. e del modello Figura 2 7 a Modello salvato in formato IGES b Modello salvato in formato STL c Modellosalvato in formato STL opportunamente infittito Il modello ridefinito predisposto dunque ad essere importato come geometria di riferimento per la generazione delle traiettorie in HyperMILL e successivamente per essere modificato con l algoritmo proposto nel seguente lavoro 2 3 2 ELABORAZIONE DELLA NUVOLA DI PUNTI L algoritmo presentato stato scritto in ambiente MATLAB si omettono per chiarezza espositiva i dettagli tecnici di implementazione per concentrarsi sulla logica di calcolo Tramite funzioni di lettura di file STL si carica in memoria il modello del pezzo che si desidera modificare Per mantenere la continuit della superficie del modello anche dopo la ridefinizione della posizione dei vertici si implementata una funzione che permette di unire logicamente i vertici dei triangoli consecutivi Il file STL salvato nella memoria del computer definisce tutti i triangoli autonomamente quindi i vertici comuni di triangoli successivi sono rindondanti Senza questa ridefinizione si potrebbero creare delle superfici incomplete o ancora peggio delle superfici autointersecanti Importata la geometria necessario caricare in memoria la nuvola di punti derivata dalla misurazione del pezzo fisico Per fare ci si adoperano delle comuni procedure di lettura di file di testo In figura 2 8 visualizzato un esempio di modello
70. e fasi di semplificazione delle forme della scelta delle condizioni di contatto dei vincoli relativi tra componenti dei materiali etc Per i calcoli preliminari sono stati utilizzati elementi tetraedrici a 4 nodi per quelle finali elementi tetraedrici a 10 nodi e 9 R D Figura 3 26 Complessivo del modello semplificato per l analisi FEM 86 Figura 3 27 Fase di mesh del complessivo in cui si nota il vincolo e le forze applicate Dimensione media della mesh 4 5mm circa 215000 elementi In Figura 3 28 si nota la distribuzione della tensione secondo Von Mises Dall analisi effettuata si nota che i componenti corpo cuneo verticale spine cilindriche tassello realizzati in C45 presentano delle tensioni notevolemente inferiori a quella di snervamento che pari a 510 MPa von Mises Mimm 1 000 002 9 157 001 B 333e 001 500 001 6 7 001 5 33 001 5 000 001 4 1 7 001 3 333e 00 2 500 001 1 667 001 000 2 107 006 Figura 3 28 Distribuzione tensione equivalente secondo Von Mises 87 z Fos Fig 3 29 Distribuzione coefficiente di sicurezza della struttura Figura 3 30 Spostamento della struttura 88 5 000 001 4 592 001 4 195 001 3 7 75 001 3 56 ent 2 956 001 2 550 001 2 142 001 1 733 001 1 225 001 9 167 000 5 083 000 1 000 000 URES min 2 500 001 2 292 001 2 083 001
71. e salvare la geometria in formato e3 formato proprietario di OPENMIND In figura si pu notare la geometria importata all interno di HyperMILL SD Licenza nos commerciale BenchmarkPeyT e3 i mi Ele Vista eeii Cambia Sbumenti I arf P Y 6 A R 2 T ORI emm LX Ww Pr AAP COCO SF F Oe OC She FH p k im umo eq Banchmerkfiey ei amp le X 00 560 Y 678103 2 m uf Cu Figura 2 17 Geometria importata in HyperMILL 2 4 3 DEFINIZIONE DEI PROFILI DI CONTROLLO DELLE LAVORAZIONI Al fine di limitare le aree di lavorazione di alcune operazioni di finitura si reso necessario definire dei profili chiusi contenenti le principali form feature di interesse Essi sono stati disegnati ricalcando la geometria importata ma non sono in nessun modo collegati a essa 43 Questo dettaglio si verifichera fondamentale in fase di ridefinizione della lavorazione descritta nel paragrafo 2 4 7 hyperMiILL Licenza non commerciale IT HE Cii File Modica Viste femmi Lemba Simei Finestra A x RSE 50 VAI Pe ea RAs OG nml X Ka ME REE s V Z Lee OOO A ea ee Spe FH zy k m Benchimarkitev e3 212 j ASST Y 78001 2 m uf si Figura 2 18 P
72. esso di solito una radiazione luminosa di tipo laser e il segnale che riflesso dalla presenza dell oggetto target da rilevare Dalla differenza di fase misurata si pu dedurre il valore della distanza da misurare Questi metodi possono rivelarsi molto precisi e sono per lo pi utilizzati nell ambito dei controlli dimensionali dei macchinari sia per il controllo delle dimensioni dei prodotti che per il controllo della posizione relativa di parti della macchina o delle misure di deformazione degli oggetti Fixed mirror Movable mirror Detector Figura 1 4 Principio di funzionamento dei sistemi ottici ad interferometria Gli oggetti sono sottoposti direttamente a scansione e le nuvole di punti acquisite sono contemporaneamente confrontate con i modelli CAD di progetto in modo da verificare la presenza o meno di eventuali errori dimensionali e o di forma Altro esempio possono essere le applicazioni relative al controllo della correttezza di montaggio per pezzi facenti parte di un complessivo Tabella 1 3 Classificazione dei sistemi per l acquisizione della forma Confronto tra Metodi di misura utilizzati nei sistemi ottici Tempo di volo Triangolazione ottica attiva luce laser o luce strutturata Interferometria Buon data rate Adatto per acquisizione di ampi volumi Profondita di acquisizione media Relativamente semplice Generalmente indipendente dalle condizioni di luce ambientale Elevato data rat
73. este superfici appena citate come fissaggio Nell eventualita non ci siano bisogner prevedere delle borchie alette orecchiette o altri elementi similari adatti a tale scopo Al fine di una corretta progettazione delle attrezzature importante ricordare che la posizione di un corpo rigido nello spazio esprimibile attraverso sei parametri indipendenti ovvero sei gradi di libert tre traslazioni e tre rotazioni Il principio consiste nell eliminare questi sei gradi di libert con il minimo numero indispensabile di punti di contatto tra pezzo ed attrezzatura In altri 76 termini il numero le posizioni e le direzioni lungo le quali si realizzano vincoli devono essere tali da bloccare completamente il pezzo durante la lavorazione Boyle 2011 us y 1 Y i T a gt vod gt 9 Figura 3 17 Gradi di liberta di un corpo rigido che necessario bloccare attraverso l azione degli elementi dell attrezzatura sx e principio del posizionamento isostatico tramite 6 punti dx Santochi 2000 II fissaggio isostatico potrebbe essere realizzato tramite 6 punti vedi Figura 3 18 tre punti d appoggio 1 2 e 3 toglierebbero al pezzo tre gradi di liberta lasciando il pezzo libero di assumere qualunque posizione sul piano di appoggio Con l aggiunta dei punti 4 e 5 la rotazione sul piano x y sarebbe vincolata assieme alla traslazione lungo l asse x Infine la traslazione lungo l a
74. eviation in Turning Using Neural Network Based Sensor Fusion International Journal of Machine Tools and Manufacture 37 9 1201 1217 Bernhard B 2002 Messen mit Kristallen Grundlagen und Anwendungen der piezoelektrischen Messtechnik Moderne Industrie Landsberg Lech ISBN 3 478 93269 6 Boyle l Rong Y Brown D C A review and analysis of current computer aided fixture design approaches Robotics and Computer Integrated Manufacturing 27 2011 1 12 Byrne G Dornfeld D Inasaki I Ko nig W Teti R 1995 Tool Condition Monitoring The Status of Research and Industrial Application CIRP Annals 44 2 541 567 Byrne G O Donnell G 2007 An Integrated Force Sensor Solution for Process Monitoring of Drilling Operations CIRP Annals 56 01 89 92 Girardin F Remond D Rigal J 2010 Tool wear detection in milling An original approach with a non dedicated sensor Mechanical Systems and Signal Processing 24 1907 1920 Guo Y Ammula S 2005 Real time AE Monitoring for Surface Damage in Hard Machining International Journal of Machine Tools and Manufacture 45 1622 1627 Haber RE Jim nez JE Peres CR Alique JR 2004 An investigation of tool wear monitoring in a high speed machining process Sensors and Actuators A 116 539 545 Huang SN Tan KK Wong YS De Silva CW Goh HL Tan WW 2007 Tool wear detection and fault diagnosis based on cutting force monitoring International Journal of Machine Tools amp Manufacture 47 444 45
75. fissato tramite vite mordente sull incastellatura del mandrino Questa configurazione raccomandata per rilevare vibrazioni anomale e collisioni Kuljanic 2009 MACHINE TOOL HEAD WORKPIECE Figura 3 9 Esempio di configurazione sperimentale su una macchina utensile CN multifunzionale tornio fresatrice qui utilizzata per eseguire lavorazione di tornitura interna tramite bareno Due accelerometri monoassiali Kistler 8704B50 sono fissati sulla testa tramite un supporto dedicato Questa configurazione idonea per la rilevazione di vibrazioni anomale chatter rottura utensile collisioni Sortino 2012 In alternativa esistono versioni con design pi robusto di altri costruttori come quello illustrato nel seguito Si tratta di un accelerometro triassiale industriale ICP9 Gli accelerometri ICP acronimo di Integrated Circuit Piezoelectric sono di tipo piezoelettrico con amplificatore di carica integrato nella struttura ove alloggia la masserella sismica Tale architettura potrebbe FA risultare vantaggiosa in ambito industriale in quanto riduce la complessita della catena di misura e potrebbe limitare l effetto di disturbi di tipo elettromagnetico In altre parole gli accelerometri ICP non necessitano di preamplificatore esterno ma solo di un alimentatore esterno a corrente continua Il segnale in uscita dall accelerometro in questo caso una differenza di potenziale e la catena di misura detta a bassa im
76. i diversi contributi anche se la verifica definitiva non potr del tutto prescindere da prove dirette sul campo 3 5 7 ANALISI FEM DINAMICA L analisi dinamica consente di determinare le frequenze di risonanza ed i corrispondenti modi di vibrare della struttura al fine di e valutare l impatto delle sollecitazioni dinamiche di taglio sulle vibrazioni del sistema attrezzatura pezzo con conseguenze sull accuratezza dimensionale e sulla qualit superficiale e identificare posizioni favorevoli per la collocazione di eventuali sensori di vibrazione quali accelerometri e stimare la banda in frequenza passante per i sensori di vibrazione di deformazione superficiale e per eventuali celle di carico La Figura 3 31 rappresenta la forma modale fondamentale del sistema vincolato alla sua base alla frequenza la quale corrisponde a 1975 Hz Mome del modello assieme complessivo corretto provaa8 Nome studio dinamico Tipo di grafico Frequenza Deformatat Forma della modalit valore 1 1975 5 Hz Scala di deformazione 0 0431898 Figura 3 31 Primo modo di vibrare della struttura forma fondamentale 89 Nome del modello assieme_complessivo_corretto_provad Nome studio dinamico Tipo di grafico Frequenza Deformatas Forma della modalit valore 3 2882 8 Hz Scala di deformazione 0 001 548368 Figura 3 32 Secondo modo di vibrare della struttura Mome del modello assieme complessivo corretto provaa8 Nome s
77. i misurare le tre componenti ortogonali della forza risultante hy Figura 3 14 Celle di carico piezoelettriche monoassiali trazione compressione gia precaricate Kistler 93XXB con range da 2 5kN a 120kN 74 Hall 75 neg Figura 3 15 Cella di carico piezoelettrica triassiale non precaricata Kistler 9027C range 4kN Le celle di carico elementari possono essere combinate tra loro in vari modi per realizzare dei dinamometri pi complessi quali i dinamometri piattaforma Un esempio di dinamometro piattaforma piezoelettrico interposto tra pezzo e struttura di fissaggio del pezzo mostrato in Figura 3 8 Tale configurazione consente di misurare le forze agenti sul pezzo durante la lavorazione permettendo la rilevazione della rottura utensile e delle vibrazioni anomale Inoltre date le ottime caratteristiche dello strumento verosimile riuscire a ricavare una stima indiretta dell usura Lo strumento in grado di rilevare le collisioni tra utensile e pezzo ma con conseguente probabile danneggiamento dello strumento Ci lo rende poco adatto per applicazioni industriali a causa dell elevato costo Un altro esempio di dinamometro piattaforma mostrato in Figura 3 16 Figura 3 16 Dinamometro piattaforma Kistler 9121 per misura forze di taglio in tornitura compatibile con montaggio della struttura utensile portautensile su torretta girevole di un tornio CN 75 Ad ogni modo in ge
78. i n E uk j z a dl in ii M n A B t C Bu Q hmm Te r1 P umo menari imag mene im ey Dama ere s r ml Cores Tajin La orar di ik k Figura 2 21 Definizione dell area di fresatura A questo punto si sono abilitati il grezzo creato e l area di fresatura definita come illustrato in figura 2 22 Nelle lavorazioni che saranno definite in seguito si sempre fatto riferimento a questa definizione di grezzo e area di fresatura in modo che tutte le lavorazioni siano a esse dipendenti 46 Tj kpe e a wass ruama cee kale ns bar Far 2m DI qun jeeem ema pee Pee i Cia E a AWA ART ee X Worm el el ad Cee eme Te H ume ean CS Api Pai 5 m numo era bem e beams Lonewck DEE Sedan kr i as s n Figura 2 22 Abilitazione grezzo ed area di fresatura Nelle definizioni della lista lavorazioni necessario indicare lo zero pezzo principale per le lavorazioni in esso contenute Si scelto di definire lo zero pezzo con
79. ile qualora la conoscenza dei valori medi della grandezza misurata non sia sufficiente ai fini del monitoraggio Da un analisi delle tipologie di lavorazioni e delle caratteristiche della macchine utensili di Micra questo approccio non risulta idoneo per il conseguimento degli obiettivi preposti Per esempio coppie e potenze di taglio di operazioni di finitura su leghe leggere tipiche in Micra sono praticamente trascurabili rispetto agli altri contributi inerziali di attrito che costituiscono il segnale misurato Di conseguenza alla luce delle considerazioni fin qui svolte l ipotesi di considerare segnali di coppia potenza ricavati dagli assi mandrini della macchina utensile per funzioni di monitoraggio di processo viene eliminata 3 4 2 MISURE DI TEMPERATURA Per quanto concerne le misure di temperatura queste sono correlate soltanto con il degrado dell utensile in quanto collisioni e vibrazioni anomale non hanno un effetto immediato in termini di variazioni di temperatura nella zona di taglio o di parti del sistema portautensile utensile pezzo attrezzatura portapezzo Inoltre le misure di temperatura pongono in generale notevoli problemi di affidabilit praticit e flessibilit Per esempio le misure eseguite con pirometri richiederebbero delle calibrazioni preventive al fine di identificare i coefficienti di emissivit delle superfici radianti ispezionate Volendo misurare le temperature nella zona di taglio il comportamen
80. ilevazione delle forze di taglio e delle vibrazioni di processo da parte dei sensori installati In presenza di un eccessiva rigidezza non si otterrebbe un buon rapporto tra le sollecitazioni o vibrazioni dovute al processo ed il rumore ambientale di fondo Non da ultimo e importante anche curare la salvaguardia dell integrit dei sensori nelle condizioni operative pi disparate comprendendo possibilmente le collisioni tra utensile e pezzo o tra utensile ed attrezzatura La configurazione di base fin qui illustrata dovrebbe essere in grado di rilevare efficacemente vibrazioni anomale chatter rottura utensile e collisioni che sono i fenomeni pi gravi ed energetici La stima indiretta dell usura utensile tuttavia assai piu delicata e difficile in quanto il degrado dell utensile un fenomeno progressivo e lento che potrebbe non influire in modo significativo sui segnali sensoriali oppure non essere facilmente distinguibile dal rumore di fondo 3 5 3 CASO STUDIO TEORICO Per illustrare la metodologia proposta si fara riferimento ad un caso studio ispirato dalle tipologie di pezzi lavorati in Micra L attrezzatura di fissaggio da progettare deve contenere uno spezzone di profilo alare estruso rappresentato in Figura 3 20 Si assume che la dimensione trasversale dell estruso di alluminio sia nell intervallo 100 250 mm e la lunghezza dell estruso sia proporzionale alla sua larghezza Figura 3 20 Modello grafico 3D della pala di
81. interesse per sistemi di lavorazione non presidiati o sistemi intelligenti di lavorazione in cui molte attivit produttive sono svolte in modo automatico e semi automatico ovvero senza la presenza o l intervento di operatori La necessit di monitorare il processo produttivo nasce dal desiderio di avere cicli produttivi e macchine automatizzate sempre pi affidabili ed efficienti per far fronte alla continua richiesta di abbattimento dei costi da parte del mercato Partendo da questo concetto diventa opportuno dotare le macchine utensili di sensori e sistemi di elaborazione dei segnali sensoriali in grado di rilevare eventuali anomalie di processo ed inviare alla macchina utensile dei segnali di allarme seguiti dall attuazione di tempestive contromisure al fine di ridurre o annullare le suddette anomalie Teti 2010 Nel caso pi semplice si potrebbe forzare l arresto delle parti in moto relativo della macchina utensile L adozione di tali sistemi dovrebbe provocare la riduzione dei costi di produzione grazie alla riduzione di ore uomo dedicate al presidio della lavorazione al minore numero di guasti e fermi macchina e contemporaneamente si dovrebbe ottenere una migliore qualit dei pezzi prodotti nonch la possibilit di sfruttare le informazioni raccolte durante la lavorazione per ottimizzare le lavorazioni successive Nell ambito delle lavorazioni ad asportazione di truciolo vi sono grandezze fisiche che possono essere misurate al
82. io m min 300 2000 La pressione di taglio k una costante di proporzionalit che dipende principalmente dal materiale del pezzo dalla geometria dell utensile ed anche in minor misura dai parametri di taglio anche se in prima approssimazione si pu assumere costante In via cautelativa si possono considerare gli estremi superiori dei parametri di taglio per il calcolo delle forze di taglio Le condizioni peggiori si possono inoltre immaginare applicate sul bordo di attacco della pala dove in effetti la profondit di passata massima mentre le forze tenderanno a diminuire proseguendo la lavorazione dove lo spessore della pala minore 83 Primo tratto 199 2 INI n asse fresa ae pm 8 vi a 2m Secondo tratto i Forze 1 dente N O S9 i i ANI U m Ml 10 i WU III fresa num escursione 8 a mm Terzo tratto 500 ARN EON asse fresa mm escursione 8 7 mm Figura 3 23 Distribuzione delle forze di taglio normali e tangenziali sui tre lati di taglio del profilo Per poter determinare le forze da applicare al modello ed eseguire l analisi FEM occorr
83. ioni di parti del sistema portautensile utensile pezzo portapezzo sensori a contatto quali gli accelerometri piezoelettrici sono maggiormente raccomandati poich le sonde non a contatto di tipo capacitivo induttivo ottico sono maggiormente sensibili a variazioni di temperatura umidit materiale e caratteristiche della superficie ispezionata necessariamente metallica presenza di sporcizie quali trucioli fluido lubro refrigerante e quindi sono pi idonei per applicazioni in laboratorio ove le condizioni di processo e di misura sono pi controllate e controllabili 69 Di conseguenza l applicazione in Micra di accelerometri piezoelettrici da integrare in adeguate attrezzature portapezzo portautensile fortemente raccomandata anche grazie alle eccellenti propriet dinamiche ed alla sensibilit robustezza e facilit di collocazione di tale tipo di sensore Per esempio gli accelerometri triassiali della Kistler hanno caratteristiche compatibili con le applicazioni d interesse come il modello sotto riportato Si tratta di un accelerometro piezo ceramico triassiale miniaturizzato con ottime caratteristiche dinamiche Esistono diverse versioni caratterizzate da diverse sensibilit ovvero range Da un analisi delle applicazioni tipiche in Micra ed altre simili riscontrate in letteratura si consiglia una sensibilit da 20 a 10 mV g idonea per rilevare rotture utensili e vibrazioni anomale Il sensore presenta ing
84. iziale in modo da creare un secondo modello fittizio che introdotto all interno della fase CAM permette di calcolare delle traiettorie utensili compensate in grado ovviare alle cause degli errori dimensionali indipendentemente da dove esse si presentino Le fasi principali del metodo sono le seguenti e Generazione del modello in formato STL opportunamente infittito e Elaborazione delle informazioni derivanti dalla misurazione tramite nuvola di punti o Rilevamento punti di interesse o Calcolo dei vettori normali alla superficie locale o Calcolo dei piani interpolanti la nuvola di punti locale Calcolo del vettore distanza e Ridefinizione del modello o Calcolo tramite FEM dei vettori compensazione o Applicazione dei vettori deformazione al modello STL e Aggiornamento del modello interno al software CAM 2 3 1 GENERAZIONE DEL MODELLO L algoritmo di correzione degli errori dimensionali richiede che il modello tridimensionale sia stato descritto in formato STL per poter intervenire sulla geometria e modificarla per punti di controllo come sar descritto nel paragrafo seguente Il formato STL rappresenta un solido la cui superficie stata discretizzata in triangoli Il file quindi strutturato in un database di coordinate X Y Z dei vertici dei triangoli e di vettori indicanti la normale uscente di ogni triangolo Per compatibilit con i formati di modelli che normalmente gestisce l azienda necessario avere a disposizione uno strumen
85. la lavorazione Inoltre in alcune macchine utensili moderne sono disponibili alcune funzioni avanzate perla misura della potenza assorbita dal motore per scopi di monitoraggio e di controllo di base della lavorazione Molto spesso i segnali di corrente ed i potenza assorbita dal motore vengono usati come misura indiretta delle forze di taglio Quando si utilizzano questi sistemi sensoriali di importanza fondamentale conoscere la relazione tra ingresso corrente potenza e uscita forza coppia L utilizzo del segnale di corrente potenza per il monitoraggio della superficie lavorata fa insorgere alcune problematiche Byrne 1995 Ketteler 1999 e la quantit di potenza richiesta la rimozione del materiale pu essere una quota molto ridotta di energia totale assorbita ad esempio nelle operazioni di foratura con punta di piccolo diametro e lavorazioni di finitura e lapotenza fornita dal motore al mandrino proporzionale alla risultante delle forze di taglio ed meno sensibile all usura dell utensile e l innalzamento della temperatura del motore influenza l assorbimento di potenza elettrica e motori drive motors sono fortemente influenzati dalla lubrificazione dalla velocit trasversale e dallo stato di usura degli assi Le prestazioni dei metodi di misura indiretti come quelli di corrente potenza motore possono essere migliorate attraverso lo sviluppo di modelli che identificano la distorsione introdotta dal sens
86. la paletta b vista assiale della fresa rappresentazione delle forze di taglio agenti su di un dente durante la fresatura 82 Il percorso di taglio della pala inizia dal bordo inferiore di lunghezza 86 mm prosegue per verso il secondo bordo quello di sinistra di lunghezza 70 mm ed infine esegue il taglio finale seguendo il terzo bordo ovvero quello superiore di lunghezza pari a 67 mm Le forze agenti durante il processo di fresatura della pala sono rappresentate nella Figura 3 22 b tra cui si distinguono la forza di taglio principale o Fe in direzione tangenziale la componente normale F Per stimare la componente principale si pu utilizzare la seguente relazione lt 3 3 dove la sezione indeformata truciolo Facendo riferimento per semplicita a frese candela con angolo d elica molto piccolo o nullo la sezione del truciolo data da ha 3 4 essendo h istantaneo del truciolo dipendente dalla posizione angolare della fresa dall avanzamento al dente f mentre a la profondit di passata La forza normale si pu stimare a partire dalla relazione FxF F 0 7F 3 5 Tabella 3 4 Parametri di taglio e propriet meccaniche del materiale lavorato intervalli di riferimento Descrizione Intervallo di riferimento Pressione di taglio MPa 500 1200 alluminio Avanzamento mm denteegiro 0 08 0 25 Profondit di passata mm 0 1 5 Velocit di tagl
87. la posizione dei punti posti sulla superficie di un qualsiasi oggetto e di memorizzarli in formato digitale in modo da poterne usufruire all interno di applicativi software di tipo Computer Aided Design CAD o per altri scopi quali per esempio applicazioni di realt virtuale di computer graphics o altro M r gt m spp Dora XLI LN EN sp habete C n3 RL OS Ip rara uet ys Figura 1 1 Il processo di Reverse Engineering Come si puo facilmente intuire le potenzialita del RE sono notevoli e le ricadute di alcune applicazioni specie nel campo dell industria manifatturiera possono costituire una marcia in piu per la competitivita ed il successo aziendale contribuendo a ridurre in maniera considerevole il tempo di sviluppo prodotto time to market Al momento della sua introduzione la diffusione delle metodologie di RE ha incontrato i suoi maggiori ostacoli nell alto costo dei sistemi e nei lunghi tempi necessari per il rilievo con tecniche tradizionali per esempio la misura a contatto con macchine per il rilievo delle coordinate Attualmente grazie ai notevoli passi avanti del mondo dell elettronica e della tecnologia in generale vista la reperibilita di strumenti di calcolo necessari per l elaborazione dell elevato numero dei dati acquisiti sempre piu potenti ed a basso costo e grazie allo svilupp
88. lle impostazioni SD hyperMILL Licenza nom commerciale gt BenchmarkBew UH Ele Modifica Vista inserisci Cambia Formato Strumenti Fiesta J T Cee wS WA m P wS P F rmm X W e hu T I e Ret kg AAA Laan Lens Frama Modei False Eh BenchmarkBev Lia lavorazioni BenchmarkFa4T Preferenae bat lavorazioni Commena perro Postprocesenr F Hecchra DIN 150 3 F Descigsy FC inermi Sendo Desio PORFESR Me a Name HC f ange U Modali Pacchena Regole nama Ale rise Home fia as 0 x late lavorazione ein os Home cicin amp I lavorazione 100 ft Auman intepolazone etto hem mat ang 5 Ac dol Veber Zl Figura 2 24 Definizione del post processor 2 4 5 DEFINIZIONE DELLE LAVORAZIONI Si riporta a titolo di esempio una definizione di operazione di sgrossatura del pezzo In quest operazione necessario indicare come riferimento il grezzo di partenza e l area di fresatura Per effettuare successivamente la sostituzione della geometria stato necessario indicare come riferimento il modello grezzo e l area di fresatura indicato nella lista di lavorazioni come illustrato in figura 2 25 48 T kaypam fel amra rom cee a
89. lo qualit monitoraggio territoriale e medicale Questo software mette a disposizione in un ambiente grafico piacevole e di semplice utilizzo una serie di funzioni specifiche e di report da applicare in ciascuno di questi ambiti w v Figura 1 8 Interfaccia grafica del software 3DReshaper Le fasi della comparazione mediante detto software sono state 14 1 Importazione del modello CAD 3D del pezzo secondo diversi formati STL IGES Importazione della nuvola di punti secondo diversi formati 3 Allineamento manuale grossolano tra la nuvola di punti ed il modello CAD 3D mediante punti di riferimento 4 Allineamento fine tra la nuvola di punti ed il modello CAD 3D mediante algoritmo automatico 5 Comparazione diretta D Verr fornita descrizione di dettaglio delle fasi di maggiore interesse ovvero 3 4 e 5 La funzione di allineamento manuale consiste nel selezionare tre coppie di punti omologhi sulle superfici del modello CAD 3D e della NDP che vengono visualizzate simultaneamente in modalit schermo suddiviso A partire dalle coordinate di questi 6 punti due terne il software calcola il tensore di trasformazione che trasforma le coordinate dei punti della NDP nelle nuove coordinate vicine alla superficie del modello CAD 3D Questa funzione ovviamente grossolana a causa dell influenza dell operatore nella selezione delle tre coppie di punti e nell imprecisione nella selezione degli stessi L allineament
90. mensioni 295x190x200 mm 6 9 kg Il sistema di scansione per ogni posizionamento statico relativo tra il sistema di rilevazione ed il pezzo acquisisce in circa 2 secondi una scansione superficiale composta da 1280 orizzontale x1024 verticale punti sulla superficie dell oggetto dei quali sono state determinate le coordinate triassiali nel sistema di riferimento del sistema di rilevazione Per ogni pezzo da misurare sono state effettuate diverse scansioni da 6 a 15 al fine di coprirne interamente la superficie Mediamente tra una scansione e l altra sono necessari 40 secondi per riposizionare il sistema di acquisizione Marker opportunamente collocati sul sistema di fissaggio del pezzo hanno permesso di collimare successivamente le diverse scansioni in maniera automatica ed ottenere la nuvola di punti NDP complessiva punti acquisiti sono trasferiti via USB al computer di controllo del sistema di scansione sul quale installato il software di acquisizione RANGE VIEWER Il software elabora i punti allineando le scansioni e generando un file unico contenente i punti di tutte le scansioni L elaborazione della nuvola di punti complessiva richiede qualche ulteriore minuto di elaborazione Per maggiore praticit il software RANGE VIEWER anche in grado di ricostruire un modello superficiale con mesh triangolare di tipo STL a partire dalla nuvola di punti Il numero di vertici della struttura STL grosso modo equivalente al numero di punti dell
91. mente nella met dei casi dal committente fornito un modello bidimensionale del pezzo mentre nell altra met fornito un modello 3D in formato IGES Per entrare nella catena di produzione come descritta in figura 2 1 si deve comunque avere come punto di partenza un modello solido quindi se necessario viene disegnato internamente all azienda e salvato in formato IGES per compatibilit con il resto dei lavori Occasionalmente capita che il modello del pezzo da produrre venga ridefinito dal cliente rispetto alla specifica concordata in fase contrattuale Questo introduce delle problematiche organizzative rilevanti le quali se non gestite correttamente compromettono fortemente la qualit del pezzo da produrre In particolare emerge che se le modifiche da parte del cliente non sono tempestivamente introdotte nella catena di produzione del pezzo si po arrivare a 24 produrre fisicamente un pezzo non conforme che deve essere eliminato che comporta una notevole perdita economica per la commessa 2 2 2 CAM POST PROCESSOR Il software utilizzato per la fase CAM all interno dell azienda HyperMILL della OPENMIND Questo CAM pu essere integrato con diverse soluzioni CAD tra le quali si ha hyperCAD thinkdesign SolidWorks ed infine Autodesk Inventor vantaggi che derivano da integrazioni con altri software CAD la possibilit di poter utilizzare il CAM senza rinunciare al familiare ambiente di lavoro CAD Inoltre per l importazi
92. mina i segnali di retroazione da inviare alla macchina utensile Sono possibili diverse logiche di elaborazione dei dati sensoriali le pi semplici sono basate sulla determinazione di parametri statistici ad esempio media e deviazione standard del segnale ed applicazione di soglie L interfacciamento del sistema esterno di analisi con il controllo numerico della macchina utensile l aspetto critico di questo sistema Analisi dei dati sensoriali Y LL VR m See o ac VA ig lw Wem MT PT peg T te Rsa TR poche ok ere pz Unit digovemo Modulo IO Controllo assi Sistema fisico m e A Sensor SSS Br MN xl Servocontrollo Sal 5 E x xin AsseX pl S e 824 Sal E T ao o Ve k yl servocontrollo fe Wes vm 9 Y gt Ia Tp DRE AT gg k g Zi ji Servocontrollo x BE T 5 zizi AsseZ e o j Ci Z n KE EB v 2 a j LL E E i nit Servocontrollo T t l gt N Mandrino 1n is xE 2 Y Y a Ail Gestione eccezioni Freni Figura 3 3
93. motore ovvero la coppia rotazione mandrini e Righe ottiche o altri trasduttori di posizione e potenziometri dinamo tachimetriche o altri trasduttori di velocit per misurare lo stato cinematico dell asse mandrino Mentre l opzione di interfacciamento indiretto via Hardware in linea di principio sempre possibile si elencano nel seguito alcune soluzioni commerciali messe a disposizione per l interfacciamento a livello di PLC PMC a livello SW In Micra la maggior parte delle macchine utensile CN montano controlli FANUC HEIDENHAIN SIEMENS Servo Amplifier Servo Motor Ethernet 100Mbps 55 FANUC SERIAL SERVO BUS Vo molis E o connection panel WO Unit FANUC Link T USB Supports various types of field networks T EtherNet IP e PROFIBUS DP somes i APERTE DeviceNet CC Link Robot Peripheral device Figura 3 38 Schema di riferimento per comunicazione tramite FANUC 1 0 Link i Per esempio il controllo FANUC mette a disposizione l interfaccia con i PLC PMC degli assi mandrini modello FANUC I O Link i vedi Figura 3 38 che viene utilizzata per scopi di diagnostica manutenzione e comunicazione Tale tecnologia permette di comunicare anche con altri dispositivi che siano governati da 95 controllori FANUC FANUC mette anche a disposizione funzionalita di dialogo con la macchina utensile tramite ethernet tuttavia
94. n particolare Figura 2 14 si sono rappresentati i triangoli del file STL come una struttura reticolare avente delle travi al posto dei lati dei triangoli costante elastica vertici sono stati modellati come vincoli cedevoli della struttura costante elastica k ai quali stata applicata una deformazione imposta Uimp Travi originali Travi deformate Figura 2 14 Struttura reticolare 37 Per calcolare le matrici di rigidezza del sistema si deve applicare il principio di sovrapposizione degli effetti per tutte le travi che compongono il sistema Si riporta il modello di calcolo per la singola trave Figura 2 15 2 2 Y Y i i 2 lt A Y v o Ui x Ui y Loti Figura 2 15 Deformazione singola trave Si definisce la posizione assoluta dei nodi i e X Eix X jxo jx 2 12 0 Eiz 2 2 0 mentre il generico si ha che Ux uxo Ex Uy Uy y 2 2 Uz Uzo Ez Le lunghezze della trave a riposo caricata si esprimere come 2 2 2 2 lo J Az 2 3 38 Ax Ay E Az 2 4 Si calcola ora l equazione di equilibrio della trave nella quale sono applicate le forze derivanti dalla trazione N della trave e le forze derivanti dal vincolo elastico V m p Hi N V 2 5 i 0 Si dunque scomporre la forza nelle tre componenti parallele agli assi
95. nal Processing 23 1704 1718 Lee JM Choi DK Kim J Chu CN 1995 Real time Tool Breakage Detection for NC Milling Process CIRP Annals 44 1 59 62 Li X Dong S Yuan Z 1999 Discrete Wavelet Transform for Tool Breakage Monitoring International Journal of Machine Tools and Manufacture 39 1935 1944 Mannan MA Broms S 1992 Investigating the Temperature Dependence of Motor Current Measurements Applied to Monitoring and Adaptive Control CIRP Annals 41 1 451 454 Marinescu Axinte D 2008 A Critical Analysis of Effectiveness of AE Signals to Detect Tool and Workpiece Malfunctions in Milling Operations International Journal of Machine Tools and Manufacture 48 10 1148 1160 Mohring H C Litwinski K M Gummer O 2010 Process monitoring with sensory machine tool components CIRP Annals Manufacturing Technology 59 383 386 98 Peng G Chen G C Xin H Jiang Y Applying RBR and CBR to develop a VR based integrated system for machining fixture design Expert Systems with Applications 38 2011 26 38 Santochi M Giusti F 2000 Tecnologia Meccanica Studi di Fabbricazione seconda edizione Ed Ambrosiana Scheffer C Heyns P S 2004 An industrial tool wear monitoring system for interrupted turning Mechanical systems and signal processing 18 1219 1242 Song DY Otani N Aoki T Kamakoshi Y Ohara Y Tamaki H 2005 A New Approach to Cutting State Monitoring in End mill Machining nternational Journal
96. neamento delle viste per la ricostruzione della NDP complessiva ed al fatto che la condizione superficiale dell oggetto pu influenzare la misura Si ritiene molto pi realistica una accuratezza di 100um 5 Nella maggioranza dei casi la misurazione fatta con la CMM risulta essere maggiore rispetto alla misurazione fatta con il sistema ottico nel 30 dei casi vi una discordanza tra i due sistemi nella verifica di una dimensione Per tutte queste ragioni il metodo ottico risulta alquanto inaffidabile essere applicato solo per la misurazione di pezzi grezzi o in fase intermedia di produzione 21 22 2 METODOLOGIA PER LA CORREZIONE ADATTATIVA DEL MODELLO DI RIFERIMENTO 2 1 INTRODUZIONE Micra srl un azienda di produzione di componenti meccanici di precisione Il parco macchine utensili cos composto e Centro di lavoro a 5 assi DECKEL MAHO DMU 60 18 000 g min corse 600x700x600 mm 60 utensili tastatore e laser per presetting e Centro di lavoro a 5 assi DECKEL MAHO DMU 70 evolution 18 000 g min corse 750x600x520 mm 60 utensili tastatore e laser per presetting completo di cambio pallet EROWA EASY a 6 posizioni e Centro di lavoro 5 assi DECKEL MAHO 1000 12 000 g min corse 1000x1250x1000 mm 240 utensili tastatore e laser per presetting completa di cambio pallet a 2 posizioni e Centro di lavoro SIGMA MISSION 12 000 g min corse 1000x650x685 mm con 4 asse e Centro di lavoro EMCO FA
97. necessario L elemento sensibile fatta di ceramica piezoelettrica montato su una membrana di acciaio sottile La sua costruzione determina sensibilit e la risposta in frequenza del sensore L elemento che realizza il contatto con la superficie del corpo meccanico leggermente sporgente rispetto alla struttura esterna del sensore per garantire un buon accoppiamento Si raccomanda comunque di rispettare le indicazioni in Figura 3 4 per garantire un buon contatto l utilizzo di un grasso molto viscoso siliconico inoltre raccomandato per migliorare le condizioni di contatto Si ricorda tuttavia che questo sensore necessita di un unit di condizionamento cui il sensore collegato tramite i cavi di Figura 3 3 Di conseguenza si dovr progettare l attrezzatura per tenere conto della presenza dei cavi imi 81523AJsp and AAT x m a i Tae 1 R4 b anh r ioen with sed Drak cabie Figura 3 3 Caratteristiche sensore AE commerciale Kistler 8152B Kistler website Kc M TA miras bos ee Fy ml Figura 3 4 Possibili configurazioni di fissaggio del sensore tramite dispositivo magnetico sinistra oppure tramite vite mordente centro A destra le condizioni della superficie per un buon accoppiamento In Figura 3 5 illustrato un esempio di applicazione di sensore di emissione acustica il
98. nerale preferibile progettare attrezzature portautensili portapezzo speciali in cui sono inserite celle di carico elementari scelte ad hoc Infatti l installazione di pesanti attrezzature sopra dinamometri piattaforma commerciali gi esistenti riduce fortemente le prestazioni dinamiche degli strumenti Un esempio di dinamometro rotante piezoelettrico per applicazioni di fresatura e foratura mostrato in Figura 3 5 Tale strumento misura le componenti della forza di taglio risultante e la coppia di taglio scambiate tra utensile e pezzo durante il processo ed formato da una parte rotorica solidale all utensile rotante ed una parte statorica solidale all incastellatura del mandrino L alimentazione della parte rotorica e la comunicazione dei dati gestita tramite telemetria Sebbene questo tipo di dinamometro fornisca delle prestazioni interessanti non purtroppo idoneo per applicazioni industriali in quanto il suo elevato costo ed il fatto di poter essere danneggiato dalle collisioni lo rende poco attraente Inoltre non facilmente compatibile con il cambio utensile e tende ad indebolire il sistema portautensile ed a limitarne i parametri di funzionamento Pertanto l applicazione di dinamometri rotanti in ambito industriale e specialmente in Micra sconsigliata In sintesi per le lavorazioni con utensile rotante quali fresatura foratura e rettifica si consiglia di usare gt un accelerometro triassiale piezoelettrico m
99. nza di passaggio del dente 3 7 f She Hz hEN essendo z il numero di denti della fresa nell ipotesi siano equispaziati angolarmente ed in assenza di errore di run out Dall analisi degli spettri si nota come il contributo armonico sia importante fino a circa 2 kHz nel caso attuale Pertanto volendo stimare in modo accurato le forze di taglio dinamiche la risposta in frequenza del sensore installato nell attrezzatura dovra essere sufficientemente piatta fino a circa tale valore In generale comunque la banda in frequenza richiesta puo essere calcolata dalla formula LO XL Tr I 607 D 3 8 85 ove m il numero di armoniche che vogliamo riuscire a misurare in modo accurato mentre v la velocit di taglio richiesta dall applicazione 3 5 6 ANALISI FEM STATICA componenti indispensabili e tenuti in considerazione per il calcolo FEM risultano pertanto quelli indicati in seguito componenti che costituiscono l attrezzatura nel modello semplificato sono Staffa grano M12 30 UNI 3245 198 modello della pala dima d appoggio COrpo cuneo vertical vite Tcei M12 70 classe 10 9 UNI 5931 spina cilindrica d12 100 in acciaio temprato UNI EN ISO 873 basamento 10 tassello O Dy UY de Us mop Il cuneo orizzontale nascosto all interno del corpo cos come la seconda vite M12 70 contrapposta a quella in figura Per brevit vengono qui omessi tutti i dettagli relativi all
100. o automatico basato sulla determinazione dei vettori distanza relativa tra punti della superficie del modello CAD 3D ed i punti della nuvola di punti in un intorno Una volta ricavati tutti i vettori di distanza la NDP viene traslata e ruotata al fine di annullare il vettore distanza medio ed il vettore di rotazione medio rispetto al baricentro Tale funzione basata su algoritmi di regressione ed effettuata dal sistema in maniera completamente automatica a condizione di avere gi in partenza una buona collimazione tra la NDP ed il modello 3D La comparazione diretta viene effettuata calcolando nuovamente i vettori di distanza a collimazione avvenuta Il software fornisce una rappresentazione grafica della deformazione superficiale del pezzo mediante una scala cromatica come visibile nelle Figure seguenti Inoltre sulla sinistra viene riportato un diagramma di frequenza dell ampiezza dei vettori distanza 7 E Y X Y k 6 x 154 IH Figura 1 9 Pezzo 1 comparazione diretta tra NDP e modello CAD 3D 15 gt RT Ha Figura 1 10 Pezzo 3 comparazione diretta tra NDP e modello CAD 3D re ES n um Figura 1 11 Pezzo 4 comparazione diretta tra NDP e modello CAD 3D Come in evidenza nelle figure di comparazione l informazione fornita molto qualitativa ed anche i punti di maggiore criticit sono tipicamente i fori nei quali anche a causa dell imprecisione del sistema di scansione i vettori
101. o di nuove tecniche di rilievo si sta cominciando a introdurre il RE in nuovi ambiti Ad esempio in molte aree della produzione sono richiesti sempre piu frequentemente ispezioni e controlli dimensionali dei prodotti durante la lavorazione L avvento di sistemi di digitalizzazione molto veloci e di software capaci di processare grandi quantit di dati ha permesso di effettuare questa operazione quasi in tempo reale mentre le metodologie di ispezione comunemente applicate che hanno per obiettivo la certificazione del rispetto delle dimensioni di progetto sono tipicamente molto lente in special modo se applicate a produzione di serie di pochi pezzi Come illustrato nella Tabella 1 1 esistono differenti metodi per effettuare l acquisizione e la digitalizzazione della forma di oggetti fisici pre esistenti Tabella 1 1 Classificazione dei sistemi per l acquisizione della forma Non distruttivi A contatto Bracci articolati di misura Sistemi per l acquisizione della forma Ottici Riflessivi Non a contatto Non ottici Trasmissivi Tomografia sistemi a contatto ovvero i sistemi tradizionali sono basati sul rilevamento di punti sulla superficie dell oggetto fisico mediante un tastatore Il sistema di coordinate collegato con il tastatore determina quindi la posizione triassiale del punto di contatto all interno del sistema di riferimento della macchina In questa trattazione risultano di maggiore interesse i sistemi non a
102. oduce un intrinseca probabilit di errore umano 2 2 3 MESSA IN MACCHINA Nella fase di messa in macchina dei file CN necessario predisporre la macchina utensile alla lavorazione In particolare l operazione che crea la maggiore possibilit d errore la definizione dei correttori utensile Normalmente essi dovrebbero essere misurati esternamente in reparti appositi tool room ed assegnati nella macchina utensile nel momento in cui l utensile caricato in macchina 27 Spesso capita per svariate cause esempio la sostituzione dell utensile in macchina causa rottura che ci siano delle discordanze tra l effettiva misura dell utensile e la misura impostata in macchina Ci comporta nel migliore dei casi una non qualit del prodotto finale ma si pu arrivare fino alla rottura utensile o collisione di organi della macchina se le misure impostate si discostano fortemente dalle misure reali 2 2 4 CORREZIONE DEGLI ERRORI DIMENSIONALI Per lavorazioni complesse e che richiedono un elevata precisione del prodotto finito il programma elaborato dal CAM non sufficiente a garantire i requisiti di qualit richiesti Spesso capita che i pezzi realizzati in prima istanza siano da considerarsi non conformi e quindi si deve agire sulla lavorazione per correggere alcuni parametri di lavorazione In alcuni casi emerge che la causa d errore principale da attribuirsi ad alcune frese snelle necessarie per la lavorazione che risentono p
103. ombri minimi e pu essere fissato meccanicamente tramite grani prigionieri o tramite supporti meccanici o magnetici intermedi 18 2 109 I 10 9 X _ gt ground E WI FA 4 X Y 1 d 5 40 UNC 28 mounting thread typ 3 39 TT 10 9 A B i Wa i LE 14 5 4 pin connector Figura 3 6 Accelerometro triassiale miniaturizzato Kistler 8763BXXXA XXX 50 2000 a seconda della sensibilit ovvero del range Idoneo per rilevare vibrazioni anomale collisioni rottura utensile Measure Connect Amplify Analyze Ss Type 8763B A Type 1756B Type 51 Type 1511 or 8763B B or Type 1734A or Type 1784 Low impedance 4 pin neg Power supply BNC pos not IEPE 3x BNC pos signal conditioner BNC pos supplied Figura 3 7 Catena di misura per accelerometro Kistler 8763BXXXA 70 Triaxial accelerometer Plate dynamometer Figura 3 8 Esempio di configurazione sperimentale su una fresatrice CN a 3 1 assi a mandrino orizzontale comprendente un pallet rotante con attrezzatura a squadra sulla quale e fissato un dinamometro piattaforma Kistler 9255B ove bloccato il pezzo da lavorare Il dinamometro viene utilizzato per misurare le forze di taglio scambiate tra utensile e pezzo La configurazione sperimentale comprende anche un accelerometro triassiale Kistler 8792A50
104. one dei dati da diversi sistemi CAD sono disponibili una serie di interfacce dirette e di interfacce standard In particolare le interfacce dirette consentono di importare dati in maniera affidabile da CATIA Pro ENGINEER Unigraphics Parasolid e SolidWorks Inoltre sono disponibili per lo scambio di dati anche comuni interfacce standard quali IGES STEP o STL La figura 2 2 riassume le diverse possibilit d integrazione CATIA V4 V5 Thinkdesign Pro ENGINEER L hyperCAD gt gt hyperMILL Parasolid Unigraphics Sold Works Figura 2 2 Integrazioni possibili con diversi sistemi CAD SolidWorks 1 Autodesk Inventor HyperMILL una soluzione CAM completa comprensiva di strategie 2D incluse la tecnologia feature e il supporto di cicli di controllo Nel campo 3D offre funzioni aggiuntive per l ottimizzazione mirata dei programmi La tecnologia a 5 assi mette a disposizione degli utenti numerosissime soluzioni per la lavorazione a 5 assi dalla fresatura con inclinazione fissa all indicizzazione automatica fino alla fresatura simultanea a 5 assi Questa soluzione consente di ampliare le strategie 3D nonch la finitura per profilatura e la ripresa di materiale residuo in una lavorazione a 5 assi CICLI DUE ASSI Per la programmazione di tipici cicli 2D sono disponibili le strategie per la spianatura la contornatura la lavorazione di tasche e la ripresa di materiale residuo la foratura e la fresatura
105. ontato sull incastellatura del mandrino principale gt sensore di emissione acustiche uno o pi accelerometri piezoelettrici sensori di deformazione superficiale ed eventualmente una o pi celle di carico piezoelettriche elementari sull attrezzatura portapezzo Nel caso di lavorazioni con utensile stazionario come la tornitura si consiglia di usare gt sensore di emissione acustiche uno accelerometro piezoelettrico triassiale uno o pi sensori di deformazione superficiale ed eventualmente una o piu celle di carico piezoelettriche elementari da integrare nella struttura portautensile o nella torretta girevole curando la scelta della collocazione dei cablaggi della trasmissione del segnale al fine di non interferire con il cambio utensile 3 5 METODOLOGIE PER LA PROGETTAZIONE E PER LA VERIFICA DI ATTREZZATURE STRUMENTATE 3 5 1 CONSIDERAZIONI PRELIMINARI La scelta e la relativa progettazione di un attrezzatura si basa su di un analisi accurata delle superfici del pezzo delle lavorazioni da effettuare in ogni sua fase e sottofase L analisi deve tenere in considerazione la precisione dimensionale da rispettare e le rispettive tolleranze al fine di individuare le superfici o gli enti geometrici attraverso il quale sia possibile riferire il pezzo nello spazio di lavoro della macchina e di fissarlo in posizione stabile e senza deformazioni durante la lavorazione Santochi 2000 Non sempre possibile utilizzare qu
106. onte dello spostamento iniziale imposto Per passare alla struttura reticolare complessiva si deve dunque applicare il principio di sovrapposizione degli effetti a tutti i lati dei triangoli che compongono il modello STL considerato Si pu dimostrare che la matrice di rigidezza risulter una matrice sparsa dove gli unici elementi diversi da zero sono gli elementi che descrivono le travi che condividono lo stesso vertice Il calcolo quindi della matrice inversa risulter quindi computazionalmente semplificato A questo punto si pu calcolare la posizione del nuovo vertice del file STL come combinazione lineare di deformazione imposta e deformazione ricavata dal calcolo FEM Equazione 2 19 P ew new 0 1 0 2 FEM 2 19 Per ridefinire il modello STL di partenza sufficiente dunque applicare uno spostamento dei vertici all opposto del vettore distanza calcolato in precedenza in questo modo la geometria ridefinita compenser gli errori che sono stati rilevati dalla misura del pezzo In figura 2 15 un esempio di ridefinizione della geometria in questo caso tutti i vettori distanza sono uscenti dal modello quindi nuova geometria risulta dimensionalmente pi piccola rispetto all originale 40 Figura 2 15 Ridefinizione della geometria del file STL 2 4 ESEMPIO APPLICATIVO Per convalidare il metodo proposto si deciso di testare l algoritmo su un pezzo benchmark Micra srl ha provveduto alla progettazione del
107. ore all interno sistema meccanico elettromeccanico Una serie di studi hanno fornito una migliore comprensione del segnale per diverse caratteristiche dei mandrini e dei sistemi di azionamento assi Stein 1990 Altintas 1992 Mannan 1992 Prischow 1999 Mannan e Broms Mannan 1992 hanno eseguito un indagine sulla influenza della temperatura nella misurazione della corrente motore Le indagini di laboratorio svolte da Ketteler Ketteler 1999 hanno riscontrato una variazione del 12 della potenza assorbita dal mandrino tra macchina a riposo e macchina calda dopo un ciclo di lavoro In sintesi solo una piccola parte dei segnali di coppia o potenza degli assi e dei mandrini dipende dalla lavorazione La potenza totale assorbita infatti una funzione complessa e spesso aleatoria dei parametri cinematici dell asse mandrino posizione velocit ed accelerazione e delle forze agenti sull asse mandrino di inerzia di attrito di taglio ed altre e da altri fattori non controllabili quali la temperatura dell olio di lubrificazione Pertanto spesso non facile o possibile separare la componente dovuta al taglio che a sua volta dipende dallo stato dell utensile dalle altre componenti Inoltre a causa delle grandi masse collegate il segnale dell assorbimento di potenza ha uno scarso contenuto in frequenza quindi non adeguato per monitorare fenomeni che variano 65 rapidamente nel tempo come le collisioni e le rotture utens
108. ore distanza avr modulo pari alla distanza retta punto nello spazio e direzione ortogonale al versore della retta e passante per il vertice dell STL TRE PIANI INTERPOLANTI Nel caso in cui la geometria locale sia definita da tre piani interpolanti distinti si pu calcolare il vettore distanza semplicemente come differenza vettoriale tra il vertice dell STL e il punto di intersezione dei tre piani interpolanti PIANI INTERPOLANTI MAGGIORI DI TRE Se si presenta una geometria locale con un numero di piani interpolanti maggiore di tre si deve ricorrere al calcolo del baricentro dei punti intersezione di tutte le combinazioni di tre piani interpolanti non coincidenti In questo modo si definito il punto medio delle intersezioni dei piani interpolanti che utilizzato direttamente per il calcolo del vettore distanza tramite una semplice differenza vettoriale rispetto al vertice del modello STL A conclusione dell algoritmo fin qui descritto si ottengono tanti vettori distanza quanti sono i vertici dell STL di partenza In figura 2 13 un esempio di vettori distanza calcolati 36 46 aa t es amp amp a wa ku lt e I gt Figura 2 13 Vettori distanza dei vertici del file STL 2 3 3 RIDEFINIZIONE DEL MODELLO Per la ridefinizione della geometria stato applicato un modello agli elementi finiti FEM per calcolare le deformazioni da imporre ai vertici dell STL I
109. ostare il carico che agisce sulla superficie cilindrica su cui agisce la forza scambiata tra il grano di registro e la staffa Questa forza deriva dalla spinta del cilindro pneumatico che comanda il serraggio della staffa sul pezzo Successivamente dopo aver stimato le massime forzanti esterne componenti statiche agenti sul pezzo e sull attrezzatura durante il processo opportuno eseguire altri calcoli statici al fine di valutare la rigidezza del sistema e per individuare possibili posizioni dei sensori 81 Figura 3 21 Modello 3D della staffa in alto a sx meshatura alto a dx distribuzione delle solecitazioni equivalenti di Von Mises in basso a sx ed degli spostamenti risultanti in basso a dx a seguito dell applicazione delle forze di serraggio 3 5 5 STIMA DELLE FORZE DI TAGLIO Il rispetto delle tolleranze dimensionali di forma assegnate a disegno dipende dalla rigidezza del pezzo nel punto istantaneo di contatto con l utensile e dall entit delle forze di taglio Pertanto la stima anche approssimata delle forze di taglio durante l intera lavorazione d importanza cruciale Viene ora considerata il tipo di pala pi esile e flessibile tra quelle compatibili con gli intervalli specificati inizialmente caso pi critico a ua fx E 3 d Se di i _ ai EN ha 2 _ 1 E DA staffa e h i a b Figura 3 22 a Vista in pianta e laterale del
110. parametri di taglio e su qualsiasi altra condizione di lavoro dimensioni degli utensili le dimensioni del pezzo geometria utensile ed altri e funzionamento del sistema sensoriale non dovrebbe dipendere dalla conoscenza delle condizioni di taglio effettive n sulla conoscenza a priori della dinamica del sistema di lavorazione e il sistema dovrebbe essere insensibile al rumore ambientale Nella tabelle successive sono elencati alcuni lavori scientifici che dimostrano l efficacia delle tecniche di monitoraggio basate su sensori per il conseguimento degli obiettivi sopra evidenziati Lo studio di tali lavori unitamente all esperienza maturata in questo settore hanno consentito di ricavare alcune linee guida generali per una corretta integrazione dei sensori all interno di attrezzature speciali che potrebbero essere ingegnerizzate realizzate ed applicate presso le aziende coinvolte nel progetto di ricerca Nel seguito verranno illustrate pi nel dettaglio alcune caratteristiche salienti dei sensori elencati in Tabella 3 1 e verranno determinate le tipologie di sensore pi idonee per l applicazione presso le aziende coinvolte nel progetto di ricerca 62 Tabella 3 2 Esempi di applicazioni di sensori integrati nel sistema di lavorazione per scopi di monitoraggio di processo Obiettivo del monitoraggio scopo ggio P Grandezze misurate e sensori utilizzati del lavoro e usuku etha as Magneti molle e smorzatori spe
111. pedenza Questo accelerometro di tipo a taglio con elementi sensibili ceramici Nel dettaglio questa configurazione prevede l elemento piezoelettrico attaccato tra un montante centrale e la massa sismica Un anello esterno applica un precarico di compressione per dare rigidezza alla struttura e per assicurare che il sensore lavori in regime lineare In presenza di una accelerazione la massa genera uno sforzo di taglio nel cristallo che per l effetto piezoelettrico produce sugli elettrodi ad esso applicati delle cariche elettriche di segno opposto La variazione di cariche elettriche nel tempo dipendente dalla velocit di deformazione del cristallo genera una corrente elettrica legata all accelerazione che l ha indotta L output dagli elettrodi per mezzo di sottilissimi conduttori viene trasmesso ad un circuito interno al trasduttore che ne effettua il condizionamento e poi al connettore Questo modello avendo l elemento sensibile isolato rispetto alla base ed all involucro dell accelerometro presenta una bassa sensibilit sia alle variazioni di temperatura che agli effetti di deformazione della superficie su cui montato Si noti tuttavia che gli ingombri del sensore sono notevolmente superiori pi di tre volte rispetto al modello illustrato in precedenza che rimane certamente un alternativa interessante HI LS FI Figura 3 10 Accelerometro industriale ICP a sinistra e possibile catena di misura Idoneo per rilevare vib
112. perficie dell oggetto da rilevare La posizione spaziale di quest ultimo viene poi calcolata sulla base di semplici formule trigonometriche sistemi basati sul principio di triangolazione sono caratterizzati da velocit di acquisizione alte mentre il loro grado di precisione dipende dalla risoluzione del sensore fotosensibile e dalla distanza tra scanner e superficie dell oggetto da rilevare Laser diode CCD o PSD PE if gt ky opto J w EMT z lt lt H 3 gt Measuring range N b Figura 1 2 Principio di funzionamento dei sistemi ottici a triangolazione laser e Sistemi a tempo di volo o ranging si basano sulla misura della posizione tramite la rilevazione del tempo di volo che un raggio laser emesso da un emettitore impiega per essere riflesso dalla superficie dell oggetto da misurare Emettitore Visualizzazione dati M Micra pe Computer E Oggetto Trasferimento dati Ricevitore Figura 1 3 Principio di funzionamento dei sistemi ottici a tempo di volo e Sistemi basati sull interferometria vengono utilizzati soprattutto per effettuare misure di distanze piuttosto che rilevo di forme di oggetti per questo motivo l analisi di questo tipo di sistemi non verr ulteriormente approfondita in questa sede Il principio di funzionamento di questo metodo il confronto della fase del segnale em
113. presentavano inoltre delle variazioni di densit superficiale dei punti rilevati in conseguenza del numero limitato di viste applicato Pertanto al fine di avere una 13 maggiore uniformita superficiale del punti sarebbe stato necessario ricorrere ad un numero di viste notevolmente piu elevato con aggravio dei tempi di scansione e di elaborazione a causa della maggiore onerosita computazionale 1 5 METODOLOGIA PER LA VERIFICA DIMENSIONALE MEDIANTE NUVOLA DI PUNTI Attraverso l applicazione della nuvola di punti possibile procedere alla verifica dimensionale del pezzo scansionato in due diverse maniere 1 Comparazione diretta tra la nuvola di punti ed il modello CAD 3D del pezzo 2 Riconoscimento di feature elementari superficiali dalla nuvola di punti superfici piane cilindriche sferiche coniche elaborazione di modelli geometrici di dette superfici e applicazione di sistemi di misurazione delle grandezze di interesse mediante formule di geometria computazionale 1 5 1 COMPARAZIONE DIRETTA TRA LA NUVOLA DI PUNTI ED IL MODELLO CAD 3D DEL PEZZO Questa funzionalit supportata da una grande parte dei software di gestione delle nuvole di punti disponibili in commercio Tra i diversi software in questa sede stata applicata una versione dimostrativa del software 3DReshaper specifico per applicazioni di ricostruzione della forma a partire da nuvole di punti in ambito artistico conservazione dei beni culturali industriale control
114. quale fissato su un corpo metallico posto sotto il pezzo solidale alla morsa che trattiene il pezzo da 68 lavorare Per un corretto funzionamento del sensore per garantire misure ripetibili opportuno collocare il sensore il piu vicino possibile al punto di taglio compatibilmente con la necessita di evitare la saturazione del segnale ridurre al minimo le interfacce derivanti dall interposizione di corpi metallici tra la sorgente dell emissione acustica e posizione del sensore che possono causare attenuazione del segnale variazione del suo contributo armonico garantire la ripetibilita del fissaggio del pezzo nell attrezzatura assicurando che le onde elastiche possano propagarsi dal punto di taglio al sensore attraverso corpi in contatto reciproco Accel X Rotating dynamometer AE sensor i zn P 7 5 J cmd E mar 3 Ww Figura 3 5 Esempio di configurazione sperimentale su una fresatrice tradizionale a mandrino verticale comprendente una morsa per il serraggio del pezzo lavorato sotto il quale posizionato un corpo metallico cui connesso un sensore di emissione acustica Kistler 8192B Sono anche presenti un dinamometro rotante Kistler 9123C e due accelerometri piezoelettrici monoassiali Kistler 8704B50 fissati sull incastellatura del mandrino Kuljanic 2008 3 4 5 MISURE DI VIBRAZIONI Per quanto riguarda la misura delle vibrazioni acceleraz
115. quanto possibile coincidere con i riferimenti di quotatura Le superfici di riferimento per una data sottofase vengono solitamente realizzate alla macchina utensile nelle sottofasi o fasi precedenti Superfici di partenza sono superfici del grezzo semi lavorato di partenza che svolgono la funzione di superfici di riferimento in genere durante la prima sotto fase destinata a realizzare le superfici di riferimento vere e proprie Se per esempio si intende lavorare al tornio pezzi di forma assialsimmetrica una superficie di partenza solitamente la superficie cilindrica esterna del grezzo o della barra Se il semilavorato ottenuto da lavorazioni poco precise come l ossitaglio o il taglio alla sega necessario effettuare delle operazioni preliminari sul semilavorato per ottenere superfici di partenza adatte allo scopo Superfici di appoggio sono quelle attraverso le quali si scaricano le sollecitazioni generate dalle forze di taglio Vengono scelte in modo da evitare deformazioni del pezzo durante le lavorazioni e possono coincidere con le superfici di riferimento punti di appoggio devono essere posizionati su superfici gi lavorate ove possibile comprendere il centro di gravit del pezzo ed essere posizionati il pi lontano possibile fra di loro per garantire la sua stabilit Kaya 2006 Superfici di bloccaggio sono quelle su cui agiscono i dispositivi di bloccaggio dell attrezzatura che hanno lo scopo di impedire il movimento
116. quanto riguarda il mondo SIEMENS esistono diverse possibilit di interfacciamento via SW e con PLC per esempio tramite la tecnologia SIMATIC ET 200 Carpe aware lesi E Pecatisduan Sigari Aie D pen B tne ptr ao uk Hn rmt osi TE SIMATIC 5 Castrol level Bl rousing Emai THATE T saa LT zima FN H ir ar IP Controller F mic rmi Lan 1 2 E Kh m man APD Figura 3 40 Schema di riferimento per le possibilita di comunicazione con dispositivi con controllori SIEMENS 96 3 10 BIBLIOGRAFIA Abele E Korff D 2011 Avoidance of collision caused spindle damages Challenges methods and solutions for high dynamic machine tools CIRP Annals Manufacturing Technology 60 2011 425 428 Abouelatta J 2001 Surface Roughness Prediction Based on Cutting Parameters and Tool Vibration in Turning Journal of Materials Processing Technology 118 269 277 Aliustaoglu Metin Ertunc Ocak 2009 wear condition monitoring using a sensor fusion model based on fuzzy inference system Mechanical Systems and Signal Processing 23 539 546 Altintas Y 1992 Prediction of Cutting Forces and Tool Breakage in Milling from Feed Drive Current Measurement J Eng Ind 114 386 392 Axinte D Gindy N 2003 Tool Condition Monitoring in Broaching Wear 254 3 4 370 382 Azouzi R Guillot M 1997 On line Prediction of Surface Finish and Dimensional D
117. rafo ha a disposizione i disegni in formato IGES forniti dai committenti come punto di partenza del flusso di informazioni relative al prodotto Essi vengono importati in ambiente HyperCAD HyperMILL attraverso il modulo di importazione di geometrie tridimensionali Emerge che in alcuni casi il programmatore non conosce l esatta geometria di particolari tipi di utensile perch essa non esplicitamente dichiarata dal costruttore La maggior parte dei casi questo avviene per frese ad alto avanzamento per le quali la forte spinta di mercato costringe i costruttori a mantenere il pi possibile segreto ogni dettaglio che potrebbe permettere concorrenti di riprodurre il loro prodotto Ci pregiudica fortemente la lavorazione poich non sempre noto il sovrametallo residuo dalle operazioni per le quali si utilizzano tali utensili In questi casi c il forte rischio di collisioni e non conformit del pezzo da eseguire La fase di post processing del file CL gestita in modo piuttosto accorto In particolare sono presenti in azienda diversi post processor per le diverse macchine utensili presenti In particolare presente un post processor per ogni macchina utensile Nonostante ci il programmatore comunque costretto a effettuare delle piccole modifiche ai file CN per le fasi di carico e scarico pezzo e cambio utensile automatico Questo comporta un notevole dispendio di tempi di programmazione della lavorazione e nello stesso tempo intr
118. razione a contatto sistema portautensile utensile pezzo portapezzo es accelerometri piezoelettrici e non a contatto sonde capacitive sonde induttive ovvero a correnti parassite laser etc misure indirette di vibrazione possono anche essere ottenute da sensori di deformazione Deformazioni di parti della macchina utensile Estensimetri convenzionali resistivi estensimetri piezoelettrici Forze coppie di taglio Estensimetri celle di carico dinamometri piezoelettrici Le caratteristiche ideali di un sistema di monitoraggio sensoriale che influiscono pesantemente sulla progettazione delle attrezzature speciali in cui vengono installati i sensori dovrebbero essere gt accuratezza ovvero capacit di classificare correttamente lo stato dell utensile sistema di lavorazione gt reattivit ovvero rapidit nel fornire una risposta al fine di promuovere tempestive contromisure in process questa caratteristica correlata con la risposta in frequenza del sistema attrezzatura sensore catena di misura gt affidabilit ovvero la probabilit che il dispositivo funzioni correttamente per un intervallo di tempo predefinito rispondendo nel medesimo modo se le medesime condizioni rimangono le stesse gt robustezza ovvero capacit di classificare correttamente lo stato dell utensile sistema di lavorazione anche se uno o pi componenti del sistema nell ipotesi che sia multi sensore sono malfunzionanti praticit
119. razioni anomale collisioni rottura utensile 3 4 6 MISURE DI DEFORMAZIONI FORZE E COPPIE DI TAGLIO Per quanto riguarda la misura delle forze coppie di taglio si potrebbero impiegare degli estensimetri strain gauges convenzionali o piezoelettrici Figure 3 11 12 i quali misurano le deformazioni locali della superfici su cui sono applicati da cui si possono stimare indirettamente le forze applicate sulla struttura Gli svantaggi di tali sensori sono la moderata sensibilit che pu rendere necessario un indebolimento della struttura meccanica per amplificarne la flessibilit e quindi il segnale misurato con conseguente riduzione di rigidezza e peggioramento della risposta dinamica della catena di misura Korkut 2003 Inoltre tali dispositivi richiedono un attenta calibrazione e accorgimenti particolari atti a ridurre influenza delle variazioni di temperatura sulla lettura Quindi tali sensori si prestano per la stima non molto accurata delle forze di taglio che pu essere impiegata per rilevare fenomeni violenti ed impulsivi quali le collisioni purch tali collisioni coinvolgano la struttura su cui sono installati gli estensimetri Al fine di rilevare collisioni tra altre parti in moto relativo della macchina utensile sar comunque necessario applicare anche altri sensori per esempio accelerometri piezoelettrici collocati in punti strategici 72 II principale vantaggio di dispositivi consiste nel basso costo
120. re AE potenza assorbita Sviluppo sistema di identificazione Forze di taglio tramite dinamometri vibrazioni Kuljanic Fresatura del chatter vibrazioni anomale tramite accelerometro 2009 Potenza motore vibrazioni temperatura FMS Sviluppo sistema di monitoraggio motore temperatura olio motore pressione Zhou basato su sistema a multi sensoriale idraulica e pneumatica attuatori tramite sistema 2000 multi sensoriale svil dif Forze ditaglio tramite dinamometro integrato Foratura bi SPPS RAR orza Integrato con mandrino e tramite sensore di potenza del Byrne con il mandrino SS i 2007 motore emissioni acustiche tramite sensore AE Forze di taglio tramite dinamometro ad Valutazione prestazioni anello integrato con il mandrino e tramite Fresatura dinamometro integrato con il dinamometro a piattaforma temperatura 2002 mandrino per il monitoraggio dei liquido processi di raffreddamento mandrino tramite termometro Forze di taglio tramite estensimetro vibrazioni I b Kim 1997 tramite accelerometro Inasaki 1998 Forza di taglio tramite dinamometro vibrazioni Azouzi tramite accelerometro temperatura 1997 Tornitura di precisione Sviluppo dinamometro per la misura delle forze di taglio Tornitura Applicazione dei sensori AE per il Emissioni acustiche tramite sensore AE monitoraggio Fresatura Rettifica Sviluppo modello on line per stima Tornitura indiretta della finitura superficiale e
121. rofili di controllo delle lavorazioni 2 4 4 DEFINIZIONE DELLA LISTA LAVORAZIONI Prima di definire le singole operazioni stato necessario specificare la lista lavorazioni Essa da considerarsi come un contenitore di lavorazioni aventi definizioni comuni Si definito dunque il nome della lista lavorazioni e il percorso di salvataggio dei file POF contenenti le informazioni relative ai percorsi utensile e del grezzo di fine lavorazione 44 D hyperMiLL Licenza commerciale BenchmarkRev7 e3 pes uu Sh File Vista femmi Cembia Formato Strumenti Fmt T Dadel G lt S A P wa 0 7 nmn K k sg p E r c Q Q has 4 e Fa tomo Lavorazioni Utensil Frame Micheli Feature ES Benchmark Frefeeenzm lista Commenti Cisti perra Sammesna Postomoessn Lista Lavorazioni Uscita POR POF sere Sandro Desktop PORFESH Cam NCS ui Corpensanona certo utensils Figura 2 19 Definizione della lista lavorazioni Successivamente si definito il grezzo di lavorazione per questo caso stato sufficiente calcolarlo automaticamente impostando il calcolo come grezzo cilindrico con sovrametallo opportuno Figura 2 20 D Licenza non comwmerisle BenchmarkRaTei E x _ leg Fie
122. sse y verrebbe impedita dal punto di contatto 6 Santochi 2000 Si noti che qui si implicitamente assunto che il vincolo agisca sia in un verso che nell altro Nella realt sar necessario aggiungere altri punti di contatto per i quali impedita la compenetrazione attrezzatura pezzo ma non il distacco per impedire rotazioni e traslazioni sia in un verso che a meno che le direzioni delle forze di taglio siano sempre unilaterali come per esempio nel caso della forza assiale in foratura Si noti inoltre come nella pratica i punti di contatto siano sostituiti da superfici con estensione finita che dev essere sufficientemente ampia per evitare deformazioni locali indesiderate e danni alla superficie del pezzo Locarina scheme 3 2 1 point locaring Pare amd pln hole locaring Long pin lncatimg V block bocaning Workpiece Tm i TT n 2 got opm sei d i on ig TE e LI Ri p 5icereh of workpiece lora Eng ew SE i Figura 3 18 Modi di posizionamento usuali per pezzi di forma geometrica specificata Peng 2011 77 Fatta questa premessa si ricordano le seguenti definizioni Superfici di riferimento sono le superfici del pezzo dove sono localizzati i 6 punti che entrano cioe in contatto con gli elementi dell attrezzatura che materializzano i punti di contatto Devono essere abbastanza ampie in modo tale da poter garantire un appoggio sicuro e devono per
123. te December 10 2012 Carl Zeiss 4 10 06 02 Order Number Drawing No Department PZ 4 COMPENSA ACCURA MASS Operator Master Meas Plan Name Pezzo Benchmark 1 Signature 1 52 Profilo Y 40 0000 20 0000 0 0000 Y 20 0000 X 0 2 mm 20 0000 0 0000 20 0000 40 0000 50 1 Identifier Sigma mm Form mm ci cab ii i da sat MaxInd m Best Fit X mm Y mm Z mm X Y 7 1 b2 Profilo 0 0930 0 1627 1376 999 0000 999 0000 587 0 1627 984 0 0185 Translation 0 0000 0 0000 0 0000 Rotation 0 0000 0 0000 0 0000 Calypso Date December 10 2012 Carl Zeiss Part Number CMM Type Drawing No Department PZ 4 COMPENSA ACCURA MASS Operator Master Meas Plan Name Pezzo Benchmark 1 Signature 1 14 Profilo X 20 0000 15 0000 10 0000 5 0000 0 0000 5 0000 10 0000 15 0000 M SN 30 0000 V 35 0000 b TN 1 40 0000 i gt Y CN um N 45 0000 Y 20 um 500 1 No Identifier Sigma mm Form mm bod cab ii i da sat MaxInd me Best Fit X mm Y mm Z mm X Y 7 1 r4 Profilo 0 0063 0 0327 54 999 0000 999 0000 41 0 0113 22 0 0214 Translation 0 0000 0 0000 0 0000 Rotation 0 0000 0 0000 0 0000
124. to caotico del truciolo potrebbe disturbare non poco le misure Eventuali termocoppie dovrebbero essere installate molto vicine al punto di taglio fatto non possibile in fresatura Pertanto anche le misure di temperatura sono fortemente sconsigliate per potenziali applicazioni in Micra 3 4 3 MISURE DI EMISSIONI SONORE La misura di emissioni sonore tramite semplici microfoni posizionati in vicinanza della zona di taglio generalmente abbastanza promettente per gli scopi di monitoraggio preposti Tuttavia rumori ambientali tipici di un vero reparto produttivo provenienti dalle macchine utensili impianti e sistemi ausiliari funzionanti nelle vicinanze del punto ove collocato il microfono potrebbero disturbare la misura influendo negativamente sull accuratezza della classificazione dello stato dell utensile processo Pertanto l utilizzo di microfoni in Micra fortemente sconsigliata 3 4 4 MISURE DI EMISSIONE ACUSTICA ULTRASONICA AE sensori di emissione acustica ultrasonica misurano le onde elastiche che scaturiscono dal processo di taglio da eventuali collisioni e da altri fenomeni fisico meccanici le quali si propagano attraverso il sistema pezzo attrezzatura portapezzo o attraverso il sistema utensile portautensile vedi Figura sottostante 66 l l 1 1 PP T LL 1 Eme N ey Fi k a Friction on Phase Change Rake Face Temperature Tool Worpie
125. to di conversione di modelli solidi Per questa esigenza sufficiente utilizzare il modulo di importazione ed esportazione di modelli solidi di HyperCAD per la conversione da formato IGES in modelli formato STL In figura 2 7 b si pu un esempio di modello STL dove sono evidenziati i bordi dei triangoli componenti la superficie Il modellatore solido in fase di conversione da IGES a STL limita il massimo errore cordale di discretizzazione del modello infatti si pu notare la dimensione dei triangoli componenti la superficie variabile in funzione della curvatura locale Per controllare con adeguata accuratezza anche i piani che compongono la superficie del pezzo necessario infittire la mesh del modello Per fare ci si implementato un algoritmo di ridefinizione dei file STL scritto in ambiente MATLAB In particolare si pensata una funzione ricorsiva di suddivisione dei triangoli aventi un lato eccessivamente lungo in diversi triangoli con lato di misura inferiore ad una soglia 30 prefissata Variando la dimensione massima consentita dei triangoli componenti la mesh si pu controllare la definizione del modello STL In figura 2 7 c raffigurato il modello STL ridefinito nel quale stata imposta a 3 mm la massima dimensione dei lati dei triangoli componenti la superficie Si nota da subito che il numero di vertici dei triangoli notevolmente aumentato questo avr delle ricadute fondamentali in fase di ridefinizion
126. to il pezzo Finitura completa e e a NN ILE 49 Si scelto di introdurre forzosamente un errore di programmazione delle traiettorie utensile in modo amplificare i difetti geometrici presenti sul pezzo da realizzare Per fare ci stata alterata la geometria degli utensili utilizzati Tabella 2 2 Utensili utilizzati Diametro impostato in Diametro effettivo Numero Tipo fresa HyperMILL dell utensile utensile Fresa a candela integrale Fresa a testa emisferica Si riportano in figura le traiettorie calcolate per tutte le operazioni previste per l esecuzione del pezzo gente i wamaq rani ater al Eins ari Pda ga BEATA eas ce ber are a ps rr beeen E 4 ques pee Ieee pei Coane l AL LAS eA Ta E m m PELE SE Ak WU oa War F M ine d 222 Che PLE TTT juam brem Pi Fuss kawi kamas j 1 e Pe os i Tee a sk LIT IB ire J OID eee SRI Ti Pira res gl n E NI n pan c T NU eee m oe 1 E heck Beech axis si E tl ii ee EIA TS a n Figura 2 26 Traiettorie utensile calcolate 50 2
127. tudio dinamico Tipo di grafico Frequenza Deformata4 Forma della modalit valore 4 3053 1 Hz Scala di deformazione D D11351 7 Figura 3 33 Terzo modo di vibrare della struttura 90 Nome del modello assieme_complessivo_corretto_provad Nome studio dinamico Tipo di grafico Frequenza DeformataS Forma della modalit valore 5 3753 2 Hz Scala di deformazione 0 0222102 Figura 3 34 Quarto modo di vibrare della struttura Figura 3 35 Modi di vibrare del pezzo considerato separatamente Tabella 3 6 Modi di vibrazioni del sistema di fissaggio Frequenze di risonanza pezzo considerato separatamente Frequenze di risonanza sistema attrezzatura pezzo Hz 1975 Hz Modo di vibrazione Dai modi di vibrazione ottenuti e di conseguenza dalle frequenze a cui si verificano questi modi si fare una prima analisi determinare delle condizioni di taglio che minimizzino le vibrazioni forzate riducano la probabilita di insorgenza di vibrazioni anomale Per esempio opportuno evitare di applicare un numero di giri tale da eccitare le armoniche del pezzo montato III V modo della 91 struttura Per quanto riguarda la collocazione degli accelerometri posizioni favorevoli sembrano essere la parte posteriore della struttura che molto sensibili al modo V In alternativa volendo rilevare meglio le vibrazioni del pezzo una posizione favorevole potrebbe essere la staffa
128. un ventilatore centrifugo considerata come caso studio Se si suppone di dover fissare pezzi di forma simile ma dimensioni diverse sulla medesima attrezzatura quest ultima dovr modulare in modo da renderla compatibile con i diversi formati d interesse Si pensato quindi ad un sistema componibile con delle dime estraibili e sostituibili a seconda del modello di pala che si lavorera Al fine di ridurre i tempi passivi associati al montaggio pezzo si potrebbe immaginare che l attrezzatura sia semi automatica ovvero munita di attuatori ad hoc per il bloccaggio del pezzo 80 Tra i diversi sistemi di fissaggio quello a staffa sembra essere il migliore in quanto consente di bloccare il componente in modo sicuro e rigido considerando che devono essere eseguite delle lavorazioni di fresatura su tre dei quattro lati della pala 3 5 4 DIMENSIONAMENTO DI MASSIMA DEI COMPONENTI dimensionamento della staffa viene eseguito tenendo in considerazione gli sforzi agenti su di essa Per il dimensionamento di massima si potrebbero considerare le forze massime ottenibili dalla macchina utensile per esempio fresatrice CN a tre assi con numero massimo di giri del mandrino 6000 rpm e potenza nominale 7 5kW in condizioni prossime a quelle operative Supponendo di eseguire la fresatura con una fresa di diametro 16 mm sara necessario assumere n 6000 rpm per raggiungere velocit di taglio adeguate alla lavorazione In tali condizioni il mandrino eroghereb
129. vibrazioni Aliustaoglu tramite accelerometro emissioni sonore tramite 2009 microfono Foratura Monitoraggio usura utensile con logica fuzzy Girardin Velocit di rotazione tramite encoder rotativo 2010 Stima indiretta usura dell utensile forze di taglio tramite dinamometro Fresatura Emissioni acustiche tramite sensore AE I CF I p Axinte Brocciatura Monitorare condizioni utensile vibrazioni tramite accelerometro forze di taglio 2003 tramite dinamometro pressione idraulica I Potenza motore tramite sensore interno al controllo numerico usura utensile tramite Foratura basandosi sulla potenza assorbita dal 2002 microscopio di taglio tramite dinamometro motore 63 Tabella 3 3 Esempi di applicazioni di sensori integrati nel sistema di lavorazione per scopi di monitoraggio di processo Obiettivo del monitoraggio Scopo y dallavora 88 Grandezze misurate sensori utilizzati Fresatura Identificazione chatter Forze di taglio tramite dinamometro Suh 2002 TEC Velocit motore tramite encoder rotativo Ismail Fresatura Identificazione chatter M emissioni acustiche tramite sensore AE 2002 DO Forze taglio tramite dinamometro rotante Sviluppo sistema di identificazione I dpa dd Kuljanic Fresatura d vibrazioni tramite accelerometro emissioni del chatter vibrazioni anomale 2008 acustiche tramite senso
130. vision Part Name Date ACCURA MASS 07 11 2012 PEZZO 3 December 7 2012 Software 4 10 06 02 Workpiece Ser No Operator Calypso 10 00 DRIUTTIA Identification Actual Nominal Upper Tol Lower Tol Diff lt gt BI 1 Quota 165 671 118 2803 165 6712 0 0500 0 0500 47 3909 47 3409 B 2 Quota 33 33 1974 33 0000 0 0200 0 0000 0 1974 0 1774 B 3 Quota 22 8 23 4609 22 8000 0 1000 0 1000 0 6609 0 5609 B 4 Quota 16 12 3424 16 0000 0 1000 0 0000 3 6576 3 6576 BN 5 Quota 237 237 4743 237 0000 0 2000 0 2000 0 4743 0 2743 Mi 6 Quota 232 232 6041 232 0000 0 0000 0 0290 0 6041 0 6041 B 7 Quota 205 204 7763 205 0000 0 2000 0 2000 0 2237 0 0237 ili CHA Order PASSION FOR PRECISION CMM CMM Revision Part Name Date ACCURA MASS 07 11 2012 PEZZO BENCHMARK December 10 2012 Gc ue Basis an Software 4 10 06 02 Workpiece Ser No Operator Calypso 10 00 PZ 4 COMPENSATO DRIUTTI A Identification Actual Nominal Upper Tol Lower Tol Diff lt gt Sfera 61 Posizione asse 24 0868 24 0000 0 2000 0 2000 0 0868 82 Posizione asse 22 0202 22 0000 0 2000 0 2000 0 0202 1153 Raggio teorico 15 0239 15 0000 0 2000 0 2000 0 0239 UT s4 Raggio raccordo 5 0813 5 0000 0 1000 0 1000 0 0813 UU s5 Profilo 0 1541 0 0000 0 1541 Parte inclinata it Posizione lato 5 0534 5 0000 0 1000 0 10

Progetto - Micra srl

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents