UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PISA FACOLTÀ DI INGEGNERIA

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PISA FACOLTÀ DI INGEGNERIA Dipartimento Ingegneria Civile Industriale Corso di Laurea specialistica in Ingegneria Aerospaziale ANALISI E MIGLIORAMENTO DI PROCEDIMENTI PER IL PROGETTO DI ASSI TRASLANTI DI MACCHINE UTENSILI PER LA PRODUZIONE AEROSPAZIALE Tesi di laurea Relatore: Prof. MARCO BEGHINI Correlatore: Ing. MICHELE BACCO Laureando: FABRIZIO CALLEGARI Anno accademico

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3 SOMMARIO Il presente elaborato è frutto del lavoro svolto durante uno stage concordato con Gruppo Parpas azienda leader nella produzione di macchine utensili per il settore aerospaziale. Con questo progetto sono state prese in esame tutte le trasmissioni con vite a ricircolo di sfere e sistema cinghia/pulegge presenti sulle macchine. Si sono analizzati i rapporti di trasmissione presenti, le pulegge e le cinghie utilizzate, il diametro ed il passo della vite, il motore brushless, il sistema di montaggio con i componenti principali che lo caratterizzano, le righe di lettura. E stato redatto un documento tecnico con un sistema di calcolo dedicato alla verifica degli organi costituenti l asse traslante, applicabile alle diverse tipologie di macchine utensili commercializzate. Si è prodotta una fotografia dettagliata della situazione attuale, con verifica ed aggiornamento dei documenti per la messa in servizio relativi alle trasmissioni studiate. A conclusione del lavoro sono state fatte delle proposte di riduzione del numero di varianti (unificazione delle cinghie e delle pulegge, normalizzazione dei passi vite, ecc) e di unificazione delle differenti tipologie di motore utilizzate. La scelta del motore e del suo azionamento è stata valutata tenendo conto delle attuali direttive europee in termine di riduzione dei consumi energetici. I

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5 RINGRAZIAMENTI Rivolgo un sentito ringraziamento al Prof. Marco Beghini, all Ing. Michele Bacco ed all azienda Parpas per la disponibilità accordata permettendo di farmi passare sei mesi sereni. Un doveroso ringraziamento e saluto va rivolto a tutto il personale dell ufficio tecnico in particolar modo all Ing. Massimo Battiston, il quale mi ha accompagnato nello sviluppo del progetto e dispensato preziosi consigli. Ringrazio la mia famiglia, gli amici di una vita e quelli più recenti, i compagni di squadra ed amici che condividono la passione per la pallavolo, non ultimi Antonio e Giuseppe che mi hanno dato supporto per affrontare la parte finale del corso di laurea. III

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7 INDICE 1. Presentazione azienda 1.1 Gruppo Parpas Macchine utensili costruite Attività ufficio tecnico 2.1 Introduzione Progetto Commessa Progettazione, ricerca e sviluppo Gestione dei documenti interni Disegni costruttivi Analisi gruppi con asse di traslazione a vite 3.1 Architettura costruttiva Vite a ricircolo di sfere Cinghia sincrona Pulegge Motore brushless Sistema di misura lineare Stesura del documento tecnico 4.1 Scelte progettuali Inerzie asse Coppie e forze Parametri vite Velocità di rotazione Carico di punta Durata nominale Parametri cinghia Rigidezza assiale Composizione archivio per asse 5.1 Metodi e modi Aggiornamento di componenti 6.1 Sostituzione motori XS Asse verticale Z Asse trasversale Y Proposte di unificazione 7.1 Introduzione Assi verticali Assi trasversali Assi longitudinali Conclusioni Appendice A Archivio assi Appendice B Foglio di calcolo Appendice C Tavole Bibliografia V

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9 INDICE DELLE FIGURE Figura 1.1 : Gruppo Parpas nel mondo... 1 Figura 1.2 : Centro di fresatura gantry ad alta velocità XS... 2 Figura 1.3 : Longherone Boeing Figura 1.4 : Floor panel Boeing Figura 1.5 : Centro di lavoro THS 120 TILT... 4 Figura 1.6 : Tipologie di centine realizzate con THS... 4 Figura 1.4 : Centro di lavoro BF Figura 1.5 : Fresatrice ML Figura 1.6 : Alesatrice INVAR... 6 Figura 3.1 : Schema di un azionamento tipico Figura 3.2 : Vite a doppia chiocciola precaricata Figura 3.3 : Profili piste di scorrimento rulli Figura 3.4 : Sezione di vite a ricircolo interno a tre spire Figura 3.5 : Sezione di vite a ricircolo esterno a tre spire Figura 3.6 : Particolare costruttivo cinghie dentate Figura 3.7 : Grandezze caratteristiche cinghia Figura 3.8 : Puleggia motrice Z Figura 3.9 : Schema di alimentazione di un motore brushless Figura 3.10 : Servomotori SIEMENS 1FT Figura 3.11 : Schema costruttivo HEIDENHAIN LC Figura 3.12 : Riga di lettura con principio assoluto Figura 3.13 : Riga di lettura con principio incrementale Figura 3.14 : Schema funzionale del principio di misura a immagini Figura 4.1 : Gruppo asse di traslazione schematizzato Figura 4.2 : Schema inerzie azionamento meccanico Figura 4.3 : Schemi di supporto della vite a sfere Figura 4.4 : Profili di velocità più diffusi Figura 4.5 : Ciclo di lavoro Figura 4.6 : Grafico velocità-potenza per scelta passo cinghia Figura 4.7 : Relazioni geometriche cinghia Figura 6.1 : XS - Zone soggette a condizionamento Figura 6.2 : Motore asse trasversale XS attuale Figura 6.3 : Motore asse trasversale XS nuova soluzione Figura 7.1 : Sovrapposizione pulegge THS Figura 7.2 : Sovrapposizione pulegge BF VII

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11 INDICE DELLE TABELLE Tabella 2.1: attuazioni produttive su revisione disegni Tabella 2.2: attuazioni produttive su modifica disegni Tabella 4.1: Coefficiente λ... 3 Tabella 4.2: Coefficiente k... 4 Tabella 4.3 : fattore correttivo f a rispetto affidabilità richiesta... 4 Tabella 4.4: Lunghezze a catalogo Polychain GT2-8M... 5 Tabella 4.5: Coefficiente correttivo C d... 5 Tabella 4.6 : Prestazioni base P b per 36 mm di larghezza cinghie Polychain GT2-8M... 6 Tabella 4.7 : Valori di P ar e fattori di lunghezza della cinghia L f Tabella 6.1 : Specifiche Siemens 1FT6086-8WH Tabella 6.2 : Specifiche Siemens 1FT7086-5WH Tabella 6.3 : Specifiche Siemens 1FT6105-8AF Tabella 7.1: Sintesi dati principali asse verticale Tabella 7.2: Specifiche Siemens 1FT7086-5AF Tabella 7.3: Sintesi dati principali asse trasversale Tabella 7.4: Specifiche Siemens 1FK7105-5AF Tabella 7.5: Sintesi dati principali asse longitudinale IX

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13 a cv C a C d C e C max C mv C oa c s C s C sp C u D d 1 d 2 D e D f D i D s E f a F a F m F max F n F pr F res f s F sb F T F utile h e i I v J E J pc J pm J v k k r K L 10% T L 10% L 10m L c L cr l f L h T L h INDICE DEI SIMBOLI accelerazione continua a vuoto carico assiale dinamico coefficiente correttivo interasse effettivo coppia massima coppia richiesta a vuoto al motore carico assiale statico coefficiente di sicurezza coppia statica rigidità specifica della cinghia coppia utile continua residua diametro nominale diametro primitivo puleggia motrice diametro primitivo puleggia condotta diametro equivalente diametro fondo filetto diametro interno diametro della sfera modulo di elasticità fattore correttivo forza accelerazione carico assiale equivalente forza massima forza assiale vite forza di precarico forza di attrito fattore di servizio forza di sbilanciamento forza di taglio forza utile ore di esercizio giornaliere rapporto di trasmissione momento quadratico inerzia totale asse riportata al motore inerzia puleggia condotta inerzia puleggia motrice inerzia di massa della vite coeff. per carico di punta coefficiente di rigidezza unitario rigidezza assiale durata nominale ciclo durata nominale totale durata modificata sviluppo cinghia lunghezza tra gli appoggi fattore di correzione lungh. cinghia durata oraria durata oraria totale L km durata nominale chilometrica L L lunghezza tra supporto e chiocciola L year durata annuale M massa del carico M v massa vite N forza di trazione N cr carico di punta N eq carico assiale equivalente n m velocità di rotazione media N n velocità di rotazione di fase n nec numero di giri necessari p passo vite P ar prestazione addizionale P b prestazioni base P mot potenza motore P t potenza utile trasmessa q n tempo percentuale di fase t lunghezza tratto teso T 1 tensione lato in tiro T 2 tensione lato non in tiro t ciclo tempo totale del ciclo T e tensione effettiva T eq spostamento assiale equivalente t n tempo di fase T reale allungamento reale T s carico supporti u percentuale di incidenza V c prima velocità critica flessionale V cp velocità critica flessionale periferica V ct velocità critica fless. con trazione V L velocità avanzamento in lavoro V m velocità media v p velocità periferica corpi volventi V r max velocità di rotazione massima V R velocità avanzamento in rapido V r velocità di rotazione vite W larghezza cinghia x c avanzamento chiocciola X L corsa di lavoro X n corsa di fase z numero dei denti z t denti in presa ΔC scostamento η rendimento di riduttore e vite θ 1 angolo in presa λ coefficiente per vel. critica μ coefficiente di attrito ρ densità del materiale XI

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