In questa memoria è affrontato il problema della progettazione e validazione virtuale di macchine utensili complesse eseguita utilizzando tecniche di Design of Experiment integrato in codici agli elementi finiti. Questa ricerca ha riguardato la progettazione ed ottimizzazione di una nuova macchina che dovrà essere in grado di effettuare lavorazioni di fresatura e tornitura combinata, utilizzando la stessa struttura ed azionamenti. Le due lavorazioni che dovranno essere garantite dalla macchina, hanno delle necessità progettuali molto differenti e l’approccio tipico della progettazione di una macchina utensile effettuata con logiche di “worst case” non è utilizzabile. Infatti, nel caso di macchine multifunzione in cui devono essere ottimizzate le prestazioni della macchina in tutto lo spazio di lavoro (i pezzi e i parametri di taglio saranno molto differenti in funzione della lavorazione), devono essere valutate le sue prestazioni statiche e dinamiche in un ampia gamma di condizioni e posizioni. E’ è stato elaborato un metodo di verifica che, tramite l’uso della parametrizzazione degli elementi meccanici di collegamento principale e di tutte le condizioni di carico, è in grado di svolgere un numero di soluzioni numeriche cospicuo (nel caso circa 200) in maniera automatica e rapida. Il numero elevato di risultati ottenuti, è stato successivamente condensato in sole 7 rappresentazioni grafiche che mostrano a “colpo d’occhio” il comportamento dell’intera macchina in funzione delle tre corse dei tre assi principali e delle 7 tipologie di carico ipotizzate, tra cui forze ed accelerazioni. Un’analisi di sensitività condotta sui componenti critici, ha infine permesso di evidenziare quali siano le possibili variazioni strutturali che sarebbero particolarmente efficaci per aumentare ulteriormente le prestazioni. La modellazione e successiva simulazione sono state compiute all’interno del codice Ansys Workbench v.14 nell’ambito di una attività di ricerca condotta in collaborazione fra il PEAR di Firenze e il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università degli Studi di Perugia. La ricerca è stata finanziata con il Bando Unico R&S 2008 della Regione Toscana.
OTTIMIZZAZIONE DI MACCHINE UTENSILI COMBINATE CON SIMULAZIONE DI DESIGN OF EXPERIMENT
LANDI, LUCA;
2013
Abstract
In questa memoria è affrontato il problema della progettazione e validazione virtuale di macchine utensili complesse eseguita utilizzando tecniche di Design of Experiment integrato in codici agli elementi finiti. Questa ricerca ha riguardato la progettazione ed ottimizzazione di una nuova macchina che dovrà essere in grado di effettuare lavorazioni di fresatura e tornitura combinata, utilizzando la stessa struttura ed azionamenti. Le due lavorazioni che dovranno essere garantite dalla macchina, hanno delle necessità progettuali molto differenti e l’approccio tipico della progettazione di una macchina utensile effettuata con logiche di “worst case” non è utilizzabile. Infatti, nel caso di macchine multifunzione in cui devono essere ottimizzate le prestazioni della macchina in tutto lo spazio di lavoro (i pezzi e i parametri di taglio saranno molto differenti in funzione della lavorazione), devono essere valutate le sue prestazioni statiche e dinamiche in un ampia gamma di condizioni e posizioni. E’ è stato elaborato un metodo di verifica che, tramite l’uso della parametrizzazione degli elementi meccanici di collegamento principale e di tutte le condizioni di carico, è in grado di svolgere un numero di soluzioni numeriche cospicuo (nel caso circa 200) in maniera automatica e rapida. Il numero elevato di risultati ottenuti, è stato successivamente condensato in sole 7 rappresentazioni grafiche che mostrano a “colpo d’occhio” il comportamento dell’intera macchina in funzione delle tre corse dei tre assi principali e delle 7 tipologie di carico ipotizzate, tra cui forze ed accelerazioni. Un’analisi di sensitività condotta sui componenti critici, ha infine permesso di evidenziare quali siano le possibili variazioni strutturali che sarebbero particolarmente efficaci per aumentare ulteriormente le prestazioni. La modellazione e successiva simulazione sono state compiute all’interno del codice Ansys Workbench v.14 nell’ambito di una attività di ricerca condotta in collaborazione fra il PEAR di Firenze e il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università degli Studi di Perugia. La ricerca è stata finanziata con il Bando Unico R&S 2008 della Regione Toscana.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
