verticale

Proposta di un metodo per la configurazione dell'attrezzatura di bloccaggio per lavorazioni su macchine utensili

Il presente lavoro mira a definire una procedura per la configurazione dell’attrezzatura che fornisca un’indicazione, basata sul calcolo di alcuni indicatori specifici, su quale superficie del pezzo sia più idonea a diventare superficie di riferimento e localizzazione (da mandare in battuta sul pallet) ovvero su quale metodo di bloccaggio possa essere utilizzabile o preferibile rispetto ad un determinato problema che si sta affrontando.

Scarica il PDF Scarica il PDF
Aggiungi ai preferiti Aggiungi ai preferiti


Articoli tecnico scientifici o articoli contenenti case history
Tesi di Laurea, Politecnico di Milano, Anno Accademico 2011-2012

Pubblicato
da Alessia De Giosa
VerticaleSegui aziendaSegui




Settori: 

Parole chiave: 


Estratto del testo
POLITECNICO DI MILANO Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica



Proposta di un metodo per la scelta e la configurazione dell''attrezzatura di bloccaggio pezzo per lavorazioni su macchine utensili


Relatore: Ch.mo Prof. Andrea MATTA
Correlatore: Dott. Ing. Stefano BORGIA


Tesi di Laurea di:

Emilio MIETTA Matr. 707777




Anno Accademico 2011 '' 2012
2
Un vivo ringraziamento al Dott. Ing. Stefano Borgia, persona estremamente capace, disponibile e paziente, per l''aiuto e il supporto che mi ha fornito in questi lunghi mesi. Ringrazio il Prof. Ing. Andrea Matta per i consigli e suggerimenti utili per lo svolgimento del presente lavoro. Grazie anche agli Ingg. Marco Leonesio e Nicola Cau di ITIA-CNR per avermi sopportato nelle giornate trascorse nell''ufficio al V piano . Un ringraziamento alla Dott.ssa Ing. Stefania Pellegrinelli per la disponibilità e il supporto nell''utilizzo dei software. Un ringraziamento particolare a tutti i ragazzi del laboratorio MUSP di Piacenza per la disponibilità e per avermi messo a disposizione tutta la strumentazione necessaria alla realizzazione del mio lavoro.








Dedico il presente lavoro alla mia famiglia che, nonostante tutto, ha avuto fiducia nelle mie capacità, in particolare, non smetterò mai di ringraziare i miei genitori, nonni e zie per gli enormi sacrifici fatti e per il sostegno mi hanno dato in questi anni. Un pensiero particolare ai miei cari nonni Emilio, Maria e Aldo e alle zie Silvia e Maria che affacciandosi dall''alto del cielo saranno orgogliosi di aver un nipote ingegnere.
A Benedetta

I Indice Generale
Sommario ............................................................................................................. I 1. Introduzione.....................................................................................................1 1.1 L''importanza del Process Planning.............................................................1
1.2 La Configurazione e la Progettazione dell''Attrezzatura (Fixture Design) .3
1.3 Motivazioni alla Base dello Sviluppo del Lavoro.......................................4 2. Stato dell''Arte Progettazione e Configurazione dell''Attrezzature di
Bloccaggio Pezzo per Lavorazioni su Macchine Utensili.................................6
2.1 Introduzione ................................................................................................6
2.2 Definizione di Attrezzatura di Bloccaggio..................................................7
2.3 Classificazione dell''Attrezzatura ..............................................................10
2.4 Elementi che Compongono le Attrezzature ..............................................11 2.4.1 La piastra di base................................................................................11
2.4.2 Organi di appoggio e localizzazione..................................................12
2.4.3 Organi di serraggio.............................................................................12 2.5 Il Bloccaggio dei Pezzi su Attrezzature ad Azionamento Meccanico ......13 2.5.1 Metodi per vincolare pezzi di forma prismatica senza foro passante 13
2.5.2 Metodo per vincolare pezzi di forma varia con foro passante ...........14
2.5.3 Metodi per vincolare pezzi di forma non prismatica .........................15 2.6 Il problema della configurazione dell''attrezzatura ...................................15 2.6.1 Introduzione al problema della tolleranza..........................................19
2.6.2 Approcci incentrati sull''analisi delle specifiche di prodotto e dei
vincoli di processo.......................................................................................22
2.6.3 Approcci basati su un''analisi cinematica della macchina utensile ....26
2.6.4 Approcci basati su un''analisi della cinematica del componente da
realizzare .....................................................................................................28
2.6.5 Approcci basati su analisi di tipo dinamico delle forze in gioco .......28 2.7 Conclusioni ...............................................................................................32 3. Problem Statement........................................................................................33 3.1 Problem Statement ....................................................................................33
3.2 Formalizzazione e descrizione delle informazioni produttive: lo standard
STEP-NC (ISO 14649) ...................................................................................36 4. Approccio Proposto.......................................................................................38 4.1 Introduzione ..............................................................................................38
4.2 Approccio di Riferimento .........................................................................38
4.3 Metodo Proposto per la Configurazione dell''Attrezzatura .......................41 4.3.1 Criteri Ex Ante di Definizione dell''Attrezzatura ...............................47 5. Applicazione...................................................................................................59 5.1 Introduzione ..............................................................................................59
5.2 Valutazione Esplorativa Modello per il Calcolo del Locating Factor.......60
5.3 Applicazione A: Componente 492 ............................................................72 Indice Generale Pag. II 5.3.1 Input Ciclo di lavoro: definizione dei Machining Workingsteps,
generazione di tutte le possibili configurazioni di pallet ............................73
5.3.2. Calcolo degli Indicatori Ex Ante di Definizione dell''Attrezzatura ..87
5.3.3 Applicazione della metodologia di riferimento e generazione delle
configurazioni ottime di pallet ....................................................................95
5.3.4 Configurazioni ottenute con sistema di bloccaggio e considerazioni
critiche.........................................................................................................97 5.4 Applicazione B: Componente 419 ..........................................................101 5.4.1 Input Procedura: Definizione dei Machining Workingsteps............102
5.4.2 Calcolo degli Indicatori Ex Ante di Definizione dell''Attrezzatura .114
5.4.3 Applicazione della Metodologia di Riferimento e Generazione delle
Configurazioni Ottime di Pallet ................................................................122
5.4.4 Configurazioni ottenute con sistema di bloccaggio e considerazioni
critiche.......................................................................................................124 5.5 Applicazioni Varianti al Caso B .............................................................130 5.5.1 Variazione vincolo di tolleranza ......................................................130
5.5.2 Variazione dell''area della superficie S2 ..........................................133 6. Conclusioni e Sviluppi Futuri ....................................................................135 6.1 Conclusioni e sviluppi futuri...................................................................135 Bibliografia ......................................................................................................138 Appendice A.....................................................................................................141 A.1 Criteri di verifica ex post........................................................................141 A.1.1 Definizione dell''ambiente di simulazione.......................................141
A.1.2 Elementi necessari per definire la simulazione ...............................143
A.1.3 Gli output della simulazione ...........................................................145 A.2 Conclusioni.............................................................................................146 III Elenco delle Figure


Figura 2.1 Esempio pallet utilizzato in centri di lavoro per la produzioni di
componenti meccanici...........................................................................................7
Figura 2.2 I tre piani di riferimento sono strettamente collegati alle tre
dimensioni principali del pezzo. [Tra90]. ...........................................................13
Figura 2.3 Disposizione dei fermi su tre piani per vincolare opportunamente il
pezzo [Tra90]. .....................................................................................................14
Figura 2.4 Sistemazione degli elementi di bloccaggio per un pezzo di forma
prismatica con foro [Tra90]. ...............................................................................15
Figura 2.5 Passi principali per la progettazione del sistema di bloccaggio sintesi
proposta da Wang, Rong et al. [Wan10] .............................................................18
Figura 3.1 Esempi pallet tipo Tombstone [ISO 8529] .......................................34
Figura 3.2 Esempio centro di lavoro CNC 4-assi con tavola rotante [Bor10]. ...35
Figura 3.3 Proposta di frame work per i dati di pallet. .......................................37
Figura 4.1 Schema generale approccio di setup plan e pallet configuration
proposto da Borgia, Matta, Tolio [Bor10]. .........................................................39
Figura 4.2 Schema generale della metodologia per la determinazione della
configurazione dell''attrezzatura..........................................................................42
Figura 4.3 Schema logico dell''algoritmo elaborato............................................44
Figura 4.4 Componente introdotto come esempio per il calcolo del Tolerance
Factor [Boe88]. ...................................................................................................51
Figura 4.5 Procedimento e espressione per il calcolo del Tolerance Factor
[Boe88]................................................................................................................52
Figura 4.6 Esempio di Tolerance Scheme in cui sono riassunti i parametri per il
calcolo del Tolerance Factor. [Boe88] ................................................................53
Figura 4.7 Possibile posizionamento del componete montato a sbalzo sul pallet.
Di lato, a destra, il modello utilizzato per studiare la configurazione.................55
Figura 4.8 Modello utilizzato per il calcolo del momento d''inerzia...................56
Figura 4.9 Modello per il calcolo dell''inflessione di una trave incastrata ad un
estremo sottoposta a Momento sull''estremo opposto. ........................................56
Figura 4.10 Modello per il calcolo del carico di punta di una trave incastrata ad
un estremo e caricata all''estremo opposto. .........................................................57
Figura 4.11 Modelli per il calcolo delle inflessioni ............................................57
Figura 5.1 Vista isometrica dei componenti nell''ordine 492, 419......................59
Figura 5.2 Componete esaminato nell''articolo di Cai et al. [Cai08] ..................61
Figura 5.3 Andamento del Locating Factor, calcolato per ogni superficie
possibile PLS, all''aumentare del peso A W .........................................................65 Figura 5.4 Disegno componente in esame ..........................................................66 Elenco delle figure Pag. IV Figura 5.5 Andamento del Locating Factor, calcolato per ogni superficie
possibile PLS, all''aumentare del peso A W . ........................................................70 Figura 5.6 Schema riassuntivo dei possibili valori assunti dall''indicatore
Locating Factor al variare dell''estensione superficiale delle possibili PLS e del
Tolerance Factor ad esse associato. ....................................................................71
Figura 5.7 Viste isometriche del codice 492.......................................................72
Figura 5.8 Lavorazioni componente 492 ............................................................73
Figura 5.9 Componente 492 in cui sono identificate le direzioni di lavorazione e
il sistema di riferimento. .....................................................................................74
Figura 5.10 Interfaccia grafico software di Workpiece Setup ............................75
Figura 5.11 Interfaccia grafico Software di Workpiece Setup per la definizione
di precedenze e tolleranze. ..................................................................................76
Figura 5.12 Componete 492 in ambiente Esprit. Si possono vedere i percorsi
utensile previsti per realizzare le lavorazioni......................................................79
Figura 5.13 Parte dello schema delle precedenze di lavorazione........................80
Figura 5.14 Matrice delle precedenze .................................................................80
Figura 5.15 Matrice delle tolleranze. ..................................................................81
Figura 5.16 Definizione delle possibili superfici di staffaggio componente 492
schematizzato con la sua Bounding Box quotata................................................82
Figura 5.17 Dispositivo di bloccaggio pezzo tipo standard modulare presente nel
catalogo Gerardi. .................................................................................................83
Figura 5.18 Immagine tratta dal catalogo attrezzature standard modulari Gerardi. .............................................................................................................................83 Figura 5.19 Figura raffigurante un centro di lavoro a quattro assi. Si possono
vedere le corse e i nomi associati ai vari assi......................................................84
Figura 5.20 Possibili configurazioni generate dall''algoritmo di riferimento
[Bor10] ................................................................................................................86
Figura 5.21 Bounding Box quotata del componente 492....................................87
Figura 5.22 Bounding Box quotata del componente 492....................................91
Figura 5.23 Configurazione 1. Modello di una trave incastrata ad un estremo
sottoposta a Momento M sull''estremo opposto. .................................................91
Figura 5.24 Immagine tratta da Microsoft Excel in cui si vedono i dati utilizzati
per il calcolo dell''inflessione. .............................................................................92
Figura 5.25 Configurazione 2. Componete montato a sbalzo sul pallet. Di lato a
destra il modello utilizzato per studiare la configurazione. ................................93
Figura 5.26 Immagine tratta da Microsoft Excel in cui si vedono i dati utilizzati
per il calcolo dell''inflessione e il valore calcolato di tale parametro..................94
Figura 5.27 Esempio di configurazione ottima elaborata ...................................96
Figura 5.28 Configurazione ottima elaborata......................................................96
Figura 5.29 Configurazione ottima alternativa elaborata....................................97
Figura 5.30 Configurazione proposta con dispositivo Gerardi LC 150x300 ......98 Elenco delle figure Pag. V Figura 5.31 Configurazione proposta con dispositivo Gerardi LC 150x300 con
l''aggiunta di una ganascia supplementare...........................................................99
Figura 5.32 Configurazione utilizzata dalla ditta produttrice del codice 492 ...100
Figura 5.33 Codice 419 .....................................................................................101
Figura 5.34 Componente 419. Si possono vedere le direzioni di accesso
dell''utensile (D2, D5)........................................................................................102
Figura 5.35 Immagine tratta dal software CAM Esprit.....................................104
Figura 5.36 Parte dello schema delle precedenze di lavorazione......................105
Figura 5.37 Matrice delle precedenze. ..............................................................106
Figura 5.38 Matrice delle Tolleranze. ...............................................................107
Figura 5.39 Componente 419 approssimato con la sua bounding box in cui si
possono vedere le sei possibili superfici di staffaggio (S1-S6).........................108
Figura 5.40 Dispositivo di bloccaggio pezzo tipo standard modulare presente nel
catalogo Gerardi. ...............................................................................................109
Figura 5.41 Immagine tratta dal catalogo attrezzature standard modulari Gerardi.
Dimensioni parametrizzate................................................................................109
Figura 5.42 Elementi modulari Gerardi. ...........................................................110
Figura 5.43 Codice 419. Tutti i possibili orientamenti generati dalla metodologia
di riferimento [Bor10] .......................................................................................113
Figura 5.44 Bounding box quotata del componente 419. .................................114
Figura 5.45 Bounding box quotata del componente 419. .................................118
Figura 5.46 Configurazione 1. Modello di una trave incastrata ad un estremo
sottoposta a Momento M sull''estremo opposto. ...............................................118
Figura 5.47 Figura tratta da Microsoft Excel in cui sono riportati i dati e il valore
di inflessione calcolato......................................................................................119
Figura 5.48 Configurazione 2. Componete montato a sbalzo sul pallet. Di lato a
destra il modello utilizzato per studiare la configurazione. ..............................120
Figura 5.49 Immagine tratta da Microsoft Excel in cui si vedono i dati e il valore
di inflessione calcolato per la configurazione esaminata (configurazione 2). ..121
Figura 5.50 Esempio di configurazione ottima elaborata. Pezzo a battuta sul
pallet tramite S4. ...............................................................................................123
Figura 5.51 Disposizione sul pallet. Configurazioni ottime elaborate..............123
Figura 5.52 Configurazione suggerita. Utilizzando blocchetti Gerardi art 102. ...........................................................................................................................125 Figura 5.53 Configurazione alternativa con aggiunta di blocchetto .................126
Figura 5.54 Configurazione alternativa.............................................................127
Figura 5.55 Configurazione pallet utilizzata dall''azienda produttrice del codice
419.....................................................................................................................128
Figura 5.56 Componente 419 con superficie S4 ridotta....................................133
Figura A.1 Schema concettuale del simulatore VERICUT ..............................142
Figura A.2 Esempio di albero di progetto compilato in ambiente VERICUT..143 Elenco delle figure Pag. VI Figura A.3 Esempio di albero di macchina e rappresentazione grafica della
stessa in ambiente VERICUT ...........................................................................144 VII Elenco delle Tabelle


Tabella 2.1 Schema riassuntivo dei requisiti fondamentali di un sistema di
bloccaggio [Boy10]...............................................................................................9
Tabella 5.1 Dati per il calcolo del Locating Factor Superfici S1-S7 caso
applicativo proposto da Cai et al. [Cai08]...........................................................61
Tabella 5.2 Dati sulle features di lavorazione F1-F8. Approccio proposto da Cai
et al. [Cai08]........................................................................................................62
Tabella 5.3 Valore assegnato ai pesi A W , T W .....................................................63 Tabella 5.4 Valori assunti dal Locating Factor al variare dei pesi......................63
Tabella 5.5 Tabella riassuntiva per il calcolo del Tolerance Factor ...................67
Tabella 5.6 Espressione del valore di Tolerance Factor associato alle sette
superfici di riferimento........................................................................................67
Tabella 5.7 Tabella riassuntiva parametri (area e tolleranza) associate alle sette
superfici possibili PLS utilizzati nel calcolo del Locating Factor.......................68
Tabella 5.8 Valori assunti dal Locating Factor al variare dei pesi......................69
Tabella 5.9 Tabella riassuntiva MWs componete 492. .......................................78
Tabella 5.10 Sistema di bloccaggio associato ad ogni possibile superficie di
staffaggio.............................................................................................................84
Tabella 5.11 Valori delle aree calcolate per le sei possibili superfici di
staffaggio.............................................................................................................88
Tabella 5.12 Tabella riassuntiva delle Tolerance Feature identificate nel
componente 492. .................................................................................................88
Tabella 5.13 Tabella riassuntiva in cui sono riportati i valori calcolati di
Tolerance Factor associati alle superfici S1-S6. .................................................89
Tabella 5.14 Tabella valori Tolerance Factor .....................................................89
Tabella 5.15 Tabella valori Locating Factor calcolati per ogni possibile superfici
di staffaggio.........................................................................................................90
Tabella 5.16 Tavola riassuntiva delle configurazioni ottime elaborate ..............95
Tabella 5.17 Tabella riassuntiva MWs componente 419 ..................................104
Tabella 5.18 Sistema di bloccaggio associato ad ogni possibile superficie di
staffaggio...........................................................................................................111
Tabella 5.19 Area calcolata per ogni superficie possibile superficie di staffaggio
(S1-S6). .............................................................................................................115
Tabella 5.20 Tabella riassuntiva delle Feature di lavorazione di riferimento
(TOF).................................................................................................................115
Tabella 5.21 Tabella riassuntiva valori Tolerance Factor associati alle superfici
S1-S4.................................................................................................................116
Tabella 5.22 Tabella schematica dei valori di Tolerance Factor. .....................116 Elenco delle tabelle Pag. VIII Tabella 5.23 Tabella valori di Locating Factor.................................................117
Tabella 5.24 Tabella riassuntiva delle configurazioni ottime elaborate. ..........122
Tabella 5.25 Calcolo del Tolerance Factor Variante caso B.............................130
Tabella 5.26 Tabella riassuntiva valori Tolerance Factor associati alle superfici
S1-S6.................................................................................................................131
Tabella 5.27 Tabella riassuntiva valori Locating Factor...................................131
Tabella 5.28 Nuovi valori delle aree S1-S6. .....................................................133
Tabella 5.29 Nuovi valori calcolati del Locating Factor...................................134 IX Legenda
Mws Machining Workingstep [ISO 14649] PLS Primary Locating Surface. Superfici principali di
localizzazione lf Locating Factor. Adimensionale [Cai08] k Indice della k-essima possibile superficie di riferimento K Insieme di tutte le possibili PLS k A Area della k-esima superficie possibile PLS espressa in
[ 2 mm ] k T Grado di accuratezza generalizzato o Tolerance Factor
[Boe88] associato alla k-esima superficie. Adimensionale f T Grado di accuratezza generalizzato o Tolerance Factor
[Boe88]. Adimensionale A W Peso utilizzato per modulare il contributo dell''area nel calcolo
del Locating Factor [Cai08] T W Peso utilizzato per modulare il contributo della tolleranza
generalizzata nel calcolo del Locating Factor max A Massimo valore dell''area assunto all''interno delle K superfici
possibili PLS espresso in [ 2 mm ] max T Massimo valore del grado di accuratezza generalizzato
assunto all''interno delle K superfici possibili PLS.
Adimensionale REF Reference Feature. Feature di riferimento TOF Tolerance Feature. Feature di lavorazione di riferimento VAL Scostamento massimo espresso in [mm] imposto uscente da
TOF utilizzato per il calcolo del Tolerance Factor [mm] LX Dimensione, riferita alle Feature (REF e TOF) lungo asse X.
Espressa in [mm] LY Dimensione, riferita alle Feature (REF e TOF) lungo asse Y.
Espressa in [mm] LZ Dimensione, riferita alle Feature (REF e TOF) lungo asse Z.
Espressa in [mm] RX Rotazione lungo asse X RY Rotazione lungo asse Y RZ Rotazione lungo asse Z TX Traslazione lungo asse X [mm] TY Traslazione lungo asse Y [mm] TZ Traslazione lungo asse Z [mm] Legenda Pag. X TYP Abbreviazione utilizzata per indicare la il tipo di vincolo di
tolleranza considerato F.O. Acronimo di Feature Orientation δ Inflessione della trave espressa in [mm] F Forza agente sulla trave espressa in [N] l Lunghezza della trave espressa in [mm] E Modulo di Yang, di elasticità espresso in [Mpa] J Momento d''inerzia baricentrico espresso in [ 4 mm ] B Dimensione di un lato della sezione utilizzata nel calcolo del
momento d''inerzia baricentrico H Dimensione di un lato della sezione utilizzata nel calcolo del
momento d''inerzia baricentrico M Momento applicato alla trave espresso in [Nmm] S'Sn Nomenclatura utilizzata per indicare le Superfici di
riferimento F1'Fn Nomenclatura utilizzata per indicare le TOF D1'D6 Nomenclatura utilizzata per indicare le direzioni di
lavorazione ObDir1 Nomenclatura utilizzata per indicare una direzione di
lavorazione obliqua T1'Tn Nomenclatura utilizzata per indicare gli utensili (Tool)
utilizzati per lavorare i componenti Pf1'Pfn Acronimo di Planar Face utilizzato per indicare una tipologia
di Feature Rh1'Rhn Acronimo di ''Round Hole' utilizzato per indicare una
tipologia di Feature (fori) Cp1 Acronimo di ''Close Pocket' utilizzato per indicare una
tipologia di Feature (tasche chiuse) Pr1-2 Abbreviazione di ''Profile' utilizzato per indicare una
tipologia di Feature (fori) oper1-n Indicativo dell''operation







I Sommario


Il presente lavoro di tesi si inserisce nell''ambito della ampia e complessa
tematica del process planning (Capitolo 1.1); ed in particolare focalizza
l''attenzione al problema del sistema di bloccaggio pezzo per lavorazioni su
macchine utensili. Tra le motivazioni principali alla base dello sviluppo del
lavoro vi è la necessità di far fronte ad un problema di carattere industriale; in
particolare considerando le attuali dinamiche del mercato nel segmento che si
occupa della produzione di componenti meccanici, ci si trova di fronte
all''esigenza di avere a disposizione sistemi di produzione flessibili in grado di
adattarsi in modo rapido alle caratteristiche sempre più complesse dei pezzi da
produrre e ai cambiamenti di produzione richiesti. All''interno di questo contesto
generale, nasce l''esigenza di elaborare uno strumento di supporto per rendere la
procedura di configurazione dell''attrezzatura più efficiente, con scopo di ridurre
il tempo necessario per ottenere una buona soluzione, e più efficace con lo
scopo di aumentare la possibilità di progettare la miglior configurazione. Il
problema è complesso, ha visto l''impiego di molti sforzi anche a livello
scientifico. In letteratura sono stati proposti diversi approcci e, nonostante ciò,
non vi è, ancora adesso, una metodologia che definisca in modo compiuto la
progettazione dell''attrezzatura unita a problemi di setup planning e pallet
configuration. L''approccio, tra i vari tipi di attrezzature disponibili, focalizza la
propria attenzione su dispositivi di bloccaggio pezzo di tipo standard modulare.
Oggi, infatti, a causa delle già citate esigenze di mercato, che prevedono
continui e repentini cambiamenti di produzione, vi è la tendenza a privilegiare
l''utilizzo di tali organi di fissaggio in quanto relativamente economici ed in
grado di adattarsi, in tempi brevi, senza modifiche importanti, a produzioni di
componenti diversi. L''utilizzo di attrezzature costruite ad hoc, invece, trova
tuttora sbocco principale per pezzi molto complessi e da produrre in numero
elevato in modo tale da consentire di ammortizzare il maggior costo di
progettazione e realizzazione dell''attrezzatura. Il presente lavoro mira a definire
una procedura per la configurazione dell''attrezzatura che fornisca
un''indicazione, basata sul calcolo di alcuni indicatori specifici, su quale
superficie del pezzo sia più idonea a diventare superficie di riferimento e
localizzazione (da mandare in battuta sul pallet) ovvero su quale metodo di
bloccaggio possa essere utilizzabile o preferibile rispetto ad un determinato
problema che si sta affrontando. Si inserisce in un approccio già avviato,
elaborato in studi condotti da Borgia, Matta, Tolio [Bor10] per la risoluzione del
problema del setup planning e della pallet configuration. Questa metodologia è
sviluppata per lavorazioni convenzionali Sommario Pag. II per asportazione di truciolo da eseguire in centri di lavoro a quattro assi con
tavola rotante a mandrino orizzontale per la lavorazione di features di forma
prismatica (definite 2½ D [ISO 14649]). Le features sono definite, dalla
normativa ISO 14649 orientata a STEP-NC, come entità geometriche legate al
volume da asportare. L''approccio è sviluppato per componenti di dimensioni tali
da consentire lo staffaggio di più pezzi (del medesimo codice) su uno stesso
pallet (caso molto diffuso nelle produzioni meccaniche). I pallet considerati
sono di tipo Tombstone [ISO 8526]. L''input principale della procedura è
rappresentato dal modello 3D del pezzo (Workpiece) definito secondo lo
standard ISO 14649 e visto come una successione di Machining Workingstep. Si
arriva alla scelta e alla configurazione del sistema di bloccaggio seguendo una
serie di passi formalizzati in un algoritmo che prevede il calcolo di alcuni
indicatori specifici e l''utilizzo di alcune parti della procedura di riferimento
elaborata da Borgia, Matta e Tolio [Bor10] (capitolo 4.2). In particolare gli
indicatori introdotti non si occupano di aspetti cinematici (in quanto già
considerati all''interno dell''approccio di riferimento), ma si premurano di fornire
indicazioni sulla ''bontà' delle superfici del componente quali possibili superfici
di staffaggio (da mandare in battuta sul pallet) sulla base di considerazioni di
carattere geometrico (valutando le superfici all''aria e i vincoli di tolleranza
imposti), e di carattere ''dinamico' (valutando le possibili inflessioni del
componente causate dalle forze che si sviluppano durante le lavorazioni). Il
primo indicatore introdotto, associato alle caratteriste geometriche del pezzo, è
chiamato Locating Factor [Cai08] mentre il secondo è un semplice calcolo della
possibile inflessione del pezzo in conseguenza delle forze che si generano
durante le lavorazioni in alcune configurazioni specifiche considerate
maggiormente soggette ad inflessione. Una volta ottenute tutte le possibili
configurazioni di pallet (ricavate utilizzando la metodologia di riferimento) e
una volta effettuata la scelta (da una specifica libreria) del dispositivo standard
modulare più adatto a vincolare il pezzo a seconda della superficie del pezzo
scelta come riferimento, si applica un algoritmo di ottimizzazione matematica
(parte della metodologia di riferimento) per valutare, tra tutte le possibili
configurazioni, quella ottima, ossia, tale da garantire i livelli di accuratezza,
minimizzazione del numero di setup e saturazione del pallet desiderati.
Dopo l''ottimizzazione, la configurazione selezionata sarà quella, compatibile
con le inflessioni calcolate, che presenta valore maggiore di Locating Factor
associato alla superficie di riferimento ottenuta. A questo punto, dopo aver
compilato il part-program di pallet, si introduce un ulteriore criterio di verifica
della configurazione (ex post) per controllarne la fattibilità considerando
l''orientamento e le attrezzature scelte; questo viene eseguito attraverso un
approccio di simulazione cinematica. Tutto ciò è possibile grazie all''utilizzo di
un software, VERICUT (prodotto dalla CG Technology), che ci consente di
verificare il part-program prima che esso venga processato e, più in generale, Sommario Pag. III capace di simulare, in ambiente virtuale, ciò che accade durante le lavorazioni
alla macchina utensile. Una volta terminata la simulazione si valuta l''eventuale
presenza di infattibilità: collisioni tra mandrino e attrezzatura o tra utensile e
attrezzatura (Appendice A). Questo fa si che nella procedura, venga introdotto
un loop in retrazione. Infatti, qualora, durante la simulazione, dovessero
emergere problemi tali da giudicare infattibile la configurazione esaminata, il
procedimento riprende andando a considerare una nuova configurazione del
pallet tra quelle disponibili. La procedura termina nel caso in cui non vi siano
soluzioni fattibili per il caso esaminato, oppure, giungendo ad una soluzione
ottima (verificata) del problema.
L''approccio elaborato, è stato infine testato su vari aspetti ed in particolare
attraverso l''applicazione a due casi reali. Da un''analisi dei risultati ottenuti,
confrontati con le soluzioni proposte dall''azienda produttrice dei codici
considerati, possiamo concludere che la metodologia risulta adeguata ed in
grado di fornire buoni risultati dal punto di vista della scelta e della
configurazione del sistema di bloccaggio. (vedi capitolo 5.3.4 e 5.4.4).
Il lavoro di tesi si sviluppa in sei capitoli secondo la seguente struttura:

Capitolo uno introduzione del contesto generale in cui si colloca il lavoro con particolare riferimento alle tematiche del process planning e fixture design.

Capitolo due introduzione del problema dell''attrezzatura sia in ambito tecnico- pratico (breve accenno sulle varie tipologie di attrezzatura e metodologie di
bloccaggio pezzo), sia in ambito scientifico con l''elaborazione dello stato
dell''arte un''analisi critica dei principali studi condotti in materia.

Capitolo tre Problem Statement spiegazione del problema affrontato in tutti i suoi aspetti e criticità.

Capitolo quattro Approccio proposto con particolare attenzione agli indicatori introdotti. Definizione dell''indicatore denominato Locating Factor [Cai08] e
definizione della procedura per il calcolo della possibile inflessione del
componente staffato sul pallet.

Capitolo cinque Applicazione test della metodologia elaborata a due casi reali.
Capitolo sei Conclusioni e suggerimenti per possibili sviluppi futuri.

Sommario Pag. IV Abstract

This work is part of the broad and complex issue of process planning (Chapter
1.1); in particular it focuses the attention on the problem of how to fix the
workpiece during processing on machine tools. One of the most important
reasons for the development of this work is the need to solve an industrial
problem. Especially in consideration of the current market dynamics in the
segment of the production of mechanical components, we need flexible
production systems able to adapt quickly to the features of the more and more
complex parts to be produced and to the required production changes.
Therefore supporting tools are necessary to make fixture design procedure more
efficient, in order to reduce the time to obtain a good solution, and more
effective, in order to increase the chance of designing the best configuration.
This is a hard problem; in scientific field a lot of efforts were spent, but now
there is not yet a methodology to solve definitively the problem of fixture design
together with the issue of setup planning and pallet configuration.
The proposed approach focuses on modular fixture devices. Today, the above-
mentioned market need provides continuous and rapid production changes and
therefore there is a tendency to favour this kind of fixture device because they
are quite cheap and easy to adapt to a different kind of productions. On the other
hand, ad hoc fixture modules are mainly used to constrain complex and
particular workpieces. The use of this fixture module is suitable for the
production of a high number of items and allows to reduce the more expensive
design and production cost.
This work aims to define a methodology for the modular fixture device
configuration that, according to the calculation of some specific indicators,
shows what surface of the workpiece is the most suitable to become Primary
Locating Surface (PLS) (to refer against the pallet) and, in general, what is the
best configuration for fixture device for the specific analyzed case.
This approach is part of an existent method developed by Borgia, Matta and
Tolio [Bor10] for the solution of setup planning and pallet configuration
problem. This procedure deals with conventional machining process to be
performed in four axis machining centres with indexing table and horizontal
spindle, for the processing of prismatic features (2½ D [ISO 14649]). The
features are defined by ISO 14649 (STEP NC) as geometric entities related to
the volume to be removed. This approach is designed for not very large
components in order to allow the clamping of several workpieces (with the same
code) on the same pallet (this is a very common case in mechanical
productions). We consider Tombstone pallet [ISO 8526]. The main input of the
approach is represented by the 3D model of the piece (Workpiece) according to
ISO 14649 and it is considered as a succession of Machining Workingstep. Sommario Pag. V The choice and the configuration of the fixture system are obtained by following
a series of steps formalized in an algorithm that includes the calculation of
specific indicators and uses part of the reference procedure developed by
Borgia, Matta and Tolio [Bor10] (Chapter 4.2). In particular the introduced
indicators do not deal with cinematics (since they have been already considered
in reference approach), but provide indications based on geometrical
considerations (to evaluate the surface area and imposed tolerance constrain) or
''dynamic' considerations (to calculate the possible inflection of the component
caused by the forces that develop during processing) about the quality of the
component''s surfaces as possible clamping surfaces (to be sent up against the
pallet).
The first introduced indicator, associated with the geometric features of the
workpiece, is called ''Locating Factor' [Cai08]; while the second one is a
calculation of the possible workpiece inflection during machining operations for
some interesting configurations considered most subject to inflection. After
having obtained all the possible pallet configurations (using reference
methodology) and after having chosen (from a specific library) the most suitable
modular fixture standard device to constrain the piece (this choice depends on
the surface of the workpiece considered as reference), we apply a mathematic
optimisation algorithm (that is part of reference methodology) to evaluate the
best configuration (among all the possible ones), namely the one that guarantees
the required accuracy level, minimizes the number of setup and maximizes
pallet saturation.
After the optimization algorithm, the selected configuration is the one
compatible with the calculated inflection and that presents higher values of
Locating Factor, associated with the reference surface. At this point, after
having completed the pallet part-program, an additional criterion (ex post) is
introduced to verify the obtained configuration (using a cinematic simulation
approach). This procedure is possible by using a software, VERICUT (produced
by CG Technology), which allows us to verify the part-program before it is
processed, and, in general, it allows us to simulate, in a virtual environment,
what happens during machining.
Once the cinematic simulation process is completed, the presence of collisions
between the spindle and the fixture or between tool and fixture (Appendix A) is
evaluated. This implies the introduction of a feedback loop into the procedure. If
some problems arise during the simulation process and the examined
configuration is judged unfeasible, the method continues with the choice of a
new pallet configuration among those available. The procedure stops if there are
no feasible solutions for the examined case, or if it is found an optimal (verified)
solution to the problem.
Finally the developed approach was tested on various aspects and in particular
through the application to two real cases. The obtained results, compared with Sommario Pag. VI the solutions proposed by the manufacturer of the considered codes, show that
this methodology is appropriate and that can provide good results for the choice
and the configuration of fixture devices (Chapter 5.3.4 and 5.4.4).

This work develops into six chapters with the following structure:

Chapter One General introduction of the context in which the work develops with regard to issues of process planning and fixture design.

Chapter Two Introduction of the fixture design problem both from the technical-practical point of view (brief reference to the various types of fixture
devices and clamping methods to constrain the workpiece) and in scientific field
with the development of the state of art and of a critical analysis of the main
studies in this field.

Chapter Three Problem Statement. Description of the considered problem in all its aspects and critical issues.

Chapter Four Proposed approach with particular attention to the introduced indicators. Definition of Locating Factor; calculation of the possible component
inflection.

Chapter Five Application test to two real manufacturing cases.
Chapter Six Conclusions and future developments.
1 Capitolo 1
1. Introduzione
1.1 L''importanza del Process Planning
Lo scopo del process planning è quello di preparare in dettaglio le istruzioni di
lavoro necessarie a realizzare uno o più componenti specifici nel rispetto dei
requisiti di progetto e delle risorse di produzione disponibili. Il process planning
riveste un ruolo fondamentale: sta alla base della produzione e funge da
collegamento tra la progettazione e la produzione stessa. La progettazione,
infatti, riceve in input i dati provenienti dal mercato, elabora il progetto e
fornisce una descrizione dettagliata di tutto ciò che riguarda la realizzazione del
componente (spesso servendosi anche di modelli virtuali del pezzo realizzati
tramite software CAD). I requisiti di prodotto e di processo, elaborati in fase di
progettazione, passano poi alla successiva fase di produzione ma prima vengono
formalizzati nella stesura del process planning. In questa fase si delineano le
istruzioni di dettaglio necessarie alla realizzazione del componete o dei
componenti.
L''output della pianificazione di processo comprende una sequenza di attività
come l''interpretazione dei dati di progetto, la scelta e la sequenza dei processi di
produzione, la selezione delle macchine e degli utensili da utilizzare, la
determinazione dei parametri di taglio, la scelta dell''attrezzatura e dei sistemi di
fissaggio nonché il calcolo dei costi e tempi di produzione. In alcuni casi il
processo decisionale che porta alla determinazione del process planning può
essere semplice e lineare, questo accade soprattutto per quei componenti che
possono essere realizzati mediante un solo macro processo tecnologico quali, ad
esempio, pezzi realizzati per fusione. In generale non sempre è così, vi sono
componenti di forme molto complesse difficili da realizzare e che richiedono un
buon numero di lavorazioni in centri di lavoro specifici per cui l''attività di
process planning risulta tutt''altro che immediata. Il livello di difficoltà aumenta
inoltre per componenti ottenuti assemblando parti diverse considerando che per
ogni parte è necessario elaborare un process planning.
Prima dello sviluppo di metodologie adatte a risolvere tale problema, il ciclo di
lavorazione veniva deciso dal responsabile della produzione sulla base delle sue
competenze, della forza lavoro e dei mezzi a sua disposizione. Oggi non è solo
così: buona parte delle aziende adottano un metodo formale per la pianificazione
dei processi. Ci sono due metodi principali utilizzati in materia: uno manuale ed
uno ''automatizzato', sviluppato negli ultimi due decenni, che prevede l''utilizzo Capitolo 1 Introduzione Pag. 2 di strumenti informatici computerizzati: questo tipo di tecnica viene chiamata
CAPP Computer Aided Process Planning.
Nell''approccio manuale le decisioni vengono prese dal responsabile di
produzione consultando i disegni provenienti dalla progettazione, utilizzando le
proprie esperienze e servendosi di manuali specifici per poter scegliere
correttamente i parametri di lavorazione. Sebbene ogni processo produttivo sia,
di per sé, unico, vi sono alcune linee guida da poter utilizzare in processi
differenti come ad esempio: l''individuazione un''operazione di riferimento da
cui far discendere un''appropriata sequenza; la selezione di un piazzamento che
consenta di realizzare il maggior numero di operazioni senza dover cambiare
l''orientamento del pezzo; la realizzazione tra le ultime delle operazioni che
richiedono il maggior grado di precisione per evitare danni provenienti da
diversi piazzamenti. Un possibile vantaggio dell''elaborazione manuale del
process planning è il basso costo operativo e la flessibilità anche se quest''ultima
risulta legata alle proprietà del sistema produttivo. Vi sono però alcuni
svantaggi: la generazione di un numero elevato di documenti, spesso redatti da
personale qualificato (ciò pone il problema di un utilizzo inefficiente degli
ingegneri a disposizione); una mancanza di uniformità tra le scelte di
produzione: non vi è quasi mai un solo modo per poter produrre un pezzo anche
semplice. Ogni process planning riflette l''esperienza e le conoscenze di chi lo ha
elaborato. Infine vi è una scarsa sensibilità da parte di chi progetta il piano di
produzione ai cambiamenti e ai miglioramenti derivanti da una continua
evoluzione in ambito tecnologico. Considerando le criticità dell''elaborazione
manuale del process planning negli ultimi decenni sono state condotte numerose
ricerche che hanno portato all''elaborazione di tecniche CAPP (Computer Aided
Process Planning). Nello sviluppo di sistemi CAPP vengono impiegati differenti
approcci: un approccio cosiddetto ''variant approach' per certi versi simile
all''approccio manuale; esso si basa sulla determinazione di un piano standard
specifico di una parte o di una famiglia di parti che va modificato per adattarsi
ad un determinato componete da realizzare. In questo caso l''utilizzo
dell''elaboratore risoluta determinate per la gestione dei dati. Vi è poi
l''approccio cosiddetto generativo ''generative approach' che, come suggerisce il
nome, sviluppa un nuovo piano per ogni componete da realizzare. Questi piani
vengono elaborati da computer grazie all''utilizzo di tecniche di decisione logica,
algoritmi e analisi geometriche [Sca03].
Tra i principali vantaggi permessi dall''utilizzo di questi sistemi possiamo
ricordare: un minor tempo richiesto nell''identificazione del process planning;
una minor dipendenza da chi progetta il ciclo tecnologico; un uso più efficiente
delle risorse produttive con conseguente riduzione dei costi; miglioramento della
produttività; maggior accuratezza e coerenza dei vari process planning. Bisogna
infine ricordare che lo sviluppo di queste tecniche CAPP risulta dispendioso sia
in termini di tempo sia di costo. Capitolo 1 Introduzione Pag. 3 1.2 La Configurazione e la Progettazione dell''Attrezzatura
(Fixture Design)
Il termine fixture design, ha di per sé un''accezione molto ampia. Nell''ambito
dei processi tecnologici, che prevedono lavorazioni alle macchine utensili per
asportazione di truciolo, indica la progettazione e la configurazione
dell''attrezzatura ossia la determinazione di tutte quelle parti meccaniche
necessarie riferire e vincolare il pezzo da lavorare al pallet. Diamo ora una breve
definizione di pallet. Con questo termine, nell''ambito delle macchine utensili e
dei sistemi di produzione, si intendono quegli apparati meccanici volti a riferire
e bloccare l''attrezzatura, a consentirne il riferimento sulla macchina utensile, a
permettere movimenti sui vari dispositivi del sistema. Nel proseguo ci
soffermeremo meglio sull''argomento. In generale, la maggior parte delle
operazioni, effettuate alle macchine utensili, richiedono la presenza della
attrezzatura per bloccare la parte impedendone qualsiasi movimento durante la
lavorazione e garantendo così un aspetto determinate per la corretta
realizzazione della stessa. Obiettivo dell''attrezzatura è quindi quello di riferire il
componente da realizzare nello spazio di lavoro della macchina utensile,
bloccarlo in posizione stabile e senza deformazioni eccessive. Le attività di
progettazione e configurazione della attrezzatura racchiudono diverse
problematiche e criticità nonché rivestono un impatto diretto sulla qualità, sulla
produttività e sul costo del prodotto finito. In generale il costo associato al
fixture design è dell''ordine del 10%-20% del costo totale del sistema produttivo
[Bi01]. Il 40% dei pezzi, che vengono scartati dai controlli di qualità, presentano
errori dimensionali dovuti ad una non corretta progettazione dell''attrezzatura
[Nix71]. Per adempire al compito richiesto l''attrezzatura dovrà quindi essere
progettata rispettando alcuni vincoli di diversa natura: dovrà essere tale da
resistere alle forze cui è sottoposta durante la lavorazione, dovrà avere una
geometria opportuna tale da non provocare collisioni con l''utensile, dovrà
garantire deformazioni conformi con le tolleranze di progetto, dovrà, inoltre,
prevedere un corretto smaltimento del truciolo formatosi durante la lavorazione.
Appare quindi evidente come lo studio dell''attrezzatura vada compiuto in
strettissima collaborazione con lo sviluppo e la progettazione del ciclo di
lavorazione. Si può quindi asserire che il fixture design può essere classificato
come una parte del più generale processo di process planning [Cha85]. Vi sono
però altri aspetti molto importanti che vanno considerati nello studio del sistema
di bloccaggio; ad esempio un ingombro non eccessivo di quest''ultimo comporta
un risparmio in termini di spazio, la versatilità, valutata sotto l''aspetto del tempo
necessario alle operazioni di carico/scarico del componente. Oltre a
considerazioni di carattere economico. Inoltre, qualora le dimensioni dei pezzi
da realizzare siano ragionevolmente inferiori rispetto al cubo di lavoro della
macchina utensile (caso molto diffuso nelle produzione meccaniche) e tali da
poter consentire la lavorazione di più pezzi staffati contemporaneamente su un Capitolo 1 Introduzione Pag. 4 singolo pallet, una corretta configurazione dell''attrezzatura va ad influenzare la
scelta dei piazzamenti (problema del setup planning) e la configurazione del
pallet stesso (problema di pallet configuration).
Considerando gli aspetti critici sopra citati, se si aggiunge l''innumerevole
quantità di pezzi meccanici presenti oggi sul mercato ognuno dei quali diverso
dall''altro per forma, dimensioni, materiale, finitura, processo tecnologico di
realizzazione, risulta evidente la vastità e la complessità della tematica della
progettazione e configurazione dell''attrezzatura. Essa è stata, ed è oggetto di
continue ricerche e studi ed evoluzioni.
Ecco che nel corso dei decenni si sono sviluppati software, tecniche
computerizzate e automatiche volte a limitare l''intervento dell''uomo e ad essere
di ausilio nella corretta progettazione e configurazione degli elementi di
fissaggio. Nel capitolo successivo riprenderemo in dettaglio la tematica.
1.3 Motivazioni alla Base dello Sviluppo del Lavoro
Tra le motivazioni principali alla base dello sviluppo del lavoro vi è la necessità
di far fronte ad un problema di carattere industriale; in particolare considerando
le attuali dinamiche del mercato nel segmento che riguarda la produzione di
componenti meccanici, ci si trova di fronte all''esigenza di avere a disposizione
sistemi di produzione flessibili per potersi adattare in modo rapido alle
caratteristiche sempre più complesse dei pezzi da produrre e ai cambiamenti di
produzioni richiesti. In questo ambito, il problema generale della progettazione
del sistema di produzione gioca un ruolo fondamentale nell''influenzare il
successo di una impresa. Oltre ad essere un''attività particolarmente critica,
risulta estremamente complessa dato l''elevato numero di variabili che devono
essere considerate. Essa deve prendere in considerazione vari aspetti che
riguardano, ad esempio, i componenti da realizzare, geometrie e lavorazioni da
eseguire, l''attrezzatura necessaria per vincolarli durante le lavorazioni, le
macchine utensili, valutando, anche, aspetti di carattere economico.
Il lavoro proposto focalizza l''attenzione al problema del sistema di bloccaggio.
All''interno di questo contesto generale nasce l''esigenza di elaborare uno
strumento di supporto per rendere la procedura di configurazione
dell''attrezzatura più efficiente, con scopo di ridurre il tempo necessario per
ottenere una buona soluzione, e più efficace con lo scopo di aumentare la
possibilità di progettare la miglior configurazione. Il problema è complesso, ha
visto l''impiego di molti sforzi anche a livello scientifico. In letteratura sono stati
proposti diversi approcci e, nonostante ciò, non vi è ancora adesso un approccio
che definisca in modo compiuto la progettazione dell''attrezzatura unita a
problemi di setup planning e pallet configuration. In particolare questo lavoro
mira a definire un metodo per la configurazione dell''attrezzatura che fornisca
un''indicazione, basata sul calcolo di alcuni indici e indicatori specifici, su quale Capitolo 1 Introduzione Pag. 5 metodo di bloccaggio possa essere utilizzabile o preferibile rispetto ad un dato
problema specifico che si sta affrontando. Si inserisce in un approccio già
avviato, elaborato in studi condotti da Borgia, Matta, Tolio [Bor10] per la
risoluzione del problema del setup planning e pallet configuration. Questo
approccio è sviluppato per lavorazioni da eseguire in centri di lavoro a quattro
assi con tavola rotante per la lavorazione di features di forma prismatica
(definite 2½ D [ISO 14649]). Le features sono definite dalla normativa ISO
14649 STEP-NC come entità geometriche legate al volume da asportare.
L''approccio è sviluppato per componenti di dimensioni tali da consentire lo
staffaggio di più pezzi su uno stesso pallet (caso molto diffuso nelle produzioni
meccaniche). Infine verrà eseguita una verifica della metodologia proposta con
l''applicazione a due test cases reali. Nel proseguo della trattazione vedremo in
dettaglio quanto qui solo accennato.



























6 Capitolo 2
2. Stato dell''Arte Progettazione e
Configurazione dell''Attrezzature di
Bloccaggio Pezzo per Lavorazioni su
Macchine Utensili
2.1 Introduzione
Nel presente capitolo sarà esposto lo stato dell''arte della progettazione e
configurazione dell''attrezzatura; in particolare si farà riferimento allo studio
dell''attrezzatura all''interno del process planning ovvero nella determinazione
del processo di produzione di uno o più pezzi su centri di lavoro specifici. Come
citato nel capitolo precedente, il settore che si occupa della produzione di pezzi
meccanici risulta fortemente influenzato dall''andamento del mercato. Negli
ultimi anni si è vista accrescere notevolmente l''esigenza di produrre pezzi
differenti tra loro per forma, dimensioni, ciclo tecnologico in tempi sempre più
brevi e a costi contenuti.
Appare quindi evidente come una corretta configurazione dell''attrezzatura si
trovi ad interagire con diversi aspetti critici della produzione: ad esempio la
determinazione dei piazzamenti necessari per realizzare un determinato
componente. Infatti, qualora le dimensioni dei pezzi da realizzare siano
ragionevolmente inferiori rispetto al cubo di lavoro della macchina utensile
(caso molto diffuso nelle produzione meccaniche) tali da poter consentire la
lavorazione di più pezzi staffati contemporaneamente su un singolo pallet la
disposizione dell''attrezzatura può influenzare la configurazione del pallet stesso.
Introduciamo ora una definizione più dettagliata del termine pallet riprendendo
quanto introdotto al capitolo precedente. In generale, con questo termine,
nell''ambito delle macchine utensili e dei sistemi di produzione, si intendono
tutti quegli apparati meccanici volti a riferire e bloccare l''attrezzatura, a
consentirne il riferimento sulla macchina utensile, a permettere movimenti sui
vari dispositivi previsti dal sistema (es. tavole, carrelli, nastri trasportatori ecc).
Vi sono diversi tipi di pallet; essi sono soggetti a normativa ISO 8526 [ISO
8526] quindi hanno dimensioni e caratteristiche standard. Nella figura seguente
(figura 2.1), a titolo esemplificativo, viene mostrato un esempio di pallet. Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 7
















Figura 2.1 Esempio pallet utilizzato in centri di lavoro per la produzioni di componenti meccanici.

Bisogna però ricordare che, nel gergo dei sistemi produttivi, a volte, viene fatto
un uso improprio del termine, in quanto spesso con pallet si intende l''insieme di
pallet, attrezzatura e pezzi staffati, quello che, sempre in gergo, viene
definito''pallet vestito'.
La vastità e la complessità che riveste la problematica dell''attrezzatura ha fatto
si che, nel corso degli ultimi decenni, il problema sia stato affrontato anche in
ambito scientifico. Per questo si rende necessaria un''analisi dello stato dell''arte
per capire meglio quanto è stato fatto in materia, come, i molti studi scientifici
recenti, abbiano affrontato la problematica ed proposto possibili soluzioni.
Nel proseguo del capitolo vi sarà: una definizione dell''attrezzatura dal punto di
vista tecnico in riferimento ai requisiti necessari da prendere in considerazione
in fase di configurazione, quindi una classificazione della stessa in riferimento ai
dispositivi che la compongono. Vi sarà poi un''introduzione al problema del
bloccaggio illustrando alcune metodologie di bloccaggio di componenti
meccanici facendo uso anche di esempi pratici. Infine un''analisi critica della
letteratura scientifica.
2.2 Definizione di Attrezzatura di Bloccaggio
Il termine attrezzatura, nell''ambito dei processi tecnologici che prevedono
lavorazioni alle macchine utensili per asportazione di truciolo, indica tutte quelle
parti meccaniche necessarie a riferire il componente da realizzare nello spazio di Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 8 lavoro della macchina utensile, a bloccarlo in posizione stabile garantendo
deformazioni contenute compatibili con le specifiche di progetto del pezzo da
realizzare. La maggior parte delle operazioni, effettuate alle macchine utensili,
richiedono la presenza dell''attrezzatura. La progettazione e la configurazione
della attrezzatura racchiudono diverse problematiche e criticità. Nel proseguo
della trattazione verranno elencati gli aspetti principali e requisiti fondamentali
richiesti al sistema di bloccaggio. L''attrezzatura in generale dovrà garantire:
Localizzazione deterministica del componente : un corpo si definisce cinematicamente bloccato quando non si può muovere
senza che sia necessario perdere il contatto da almeno un localizzatore.
Il componente dovrà risultare Completamente vincolato:
al fine di prevenire ogni possibilità di movimento. Un pezzo correttamente
vincolato è in grado di rimanere in equilibrio statico e resistere a tutte le forze
che si generano durante la lavorazione. L''attrezzatura dovrà prevedere
dispositivi tali da garantire una Deformazione contenuta del componente:
la presenza di deformazione dovuta alle forze di serraggio e alle forze e alle
coppie a cui il pezzo è sottoposto durante la lavorazione è inevitabile e legata
direttamente alle caratteristiche elasto-plastiche del materiale con cui è
realizzato il pezzo. Tale deformazione va però limitata ad un valore accettabile
per avere così un componente lavorato conforme alle specifiche.
Rispetto di vincoli di natura geometrica : questi ultimi si preoccupano di garantire l''accessibilità di ogni lavorazione.
Prendono in esame anche possibili collisioni della attrezzatura con l''utensile che
esegue l''operazione.
In aggiunta, per una corretta scelta e configurazione dell''attrezzatura,
dovrebbero essere presi in considerazione altri parametri quali la versatilità della
stessa, la velocità di carico e scarico, la minimizzazione del numero di
componenti, il peso, oltre a considerazioni di carattere economico. Una sintesi
schematica dei requisiti necessari dell''attrezzatura è esposta nella tabella 1
[Boy10].
Requisiti generici Riassunto, esempi di sottorequisiti Fisici L''attrezzatura deve essere fisicamente in grado di
accogliere la geometria del pezzo e il suo peso. L''attrezzatura deve permettere l''accesso alle superfici del
pezzo che devono essere lavorate. Tolleranze La tolleranza di localizzazione prevista dal dispositivo di
bloccaggio deve essere compatibile con le tolleranze di
progetto del componente. Vincoli L''attrezzatura deve garantire la stabilità del pezzo.
(Mantenere equilibrio di forze e momenti). La rigidezza del pezzo e dei dispositivi di bloccaggio deve Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 9 essere sufficiente a prevenire ed evitare deformazioni non
previste nelle tolleranze di progetto. Convenienza Il costo dell''attrezzatura non deve eccedere il livello
desiderato. I tempi di montaggio smontaggio non devono superare i
livelli desiderati. Il tempo richiesto in generale per i dispositivi di
bloccaggio non deve essere eccessivo. Prevenzione delle collisioni L''attrezzatura non deve essere fonte di collisioni con
l''utensile o con il mandrino. Non vi devono essere parti in contatto tra attrezzatura e
pezzo al di fuori di quelle previste per il fissaggio. Non vi devono essere collisioni tra componenti diversi
dell''attrezzatura. Versatilità Il peso dell''attrezzatura non deve eccedere il livello
desiderato. L''attrezzatura non deve causare danni al pezzo nella
superficie di contatto. L''attrezzatura dovrebbe fornire ''una guida' all''utensile
per realizzare le operazioni previste. L''attrezzatura dovrebbe permettere una verifica degli
errori in particolare nel caso di un posizionamento non
corretto del pezzo. L''attrezzatura dovrebbe prevedere un corretto smaltimento del truciolo.
Tabella 2.1 Schema riassuntivo dei requisiti fondamentali di un sistema di bloccaggio [Boy10].
Una non corretta progettazione del sistema di bloccaggio può portare ad errori
nella geometria ed inficiare la conformità del pezzo finito rispetto alle richieste
di progetto. Affinché il componente sia considerato ''buono', questa variazione
deve rimanere entro i limiti consentiti dalle tolleranze geometriche indicate in
fase di progettazione. Tra i possibili errori commessi in fase di progettazione
dell''attrezzatura vi sono quelli che riguardano un errato posizionamento del
dispositivo di bloccaggio (anche detti errori di Fixel). Altri errori sono quelli
legati ad un eccessiva deformazione del componente sotto l''azione delle forze
che si sviluppano durante la lavorazione. Al fine di prevenire questa tipologia di
errore, sempre più spesso, vengono implementate analisi agli elementi finiti
(FEM) che, partendo da un esame dei carichi a cui è sottoposto il sistema pezzo
attrezzatura, danno un indicazione della possibile deformazione. Tuttavia, anche
la modellazione FEM del sistema pezzo-attrezzatura risulta non sempre esente
da errori. Infatti può essere influenzata da diverse possibili fonti di errore ad Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 10 esempio: dati di input poveri a causa della mancanza di informazioni sul
processo, ipotesi troppo forti: ossia che trascurano o semplificano parti
essenziali del processo di produzione, modellazione impropria delle condizioni
al contorno, errori numerici di arrotondamento, errori di discretizzazione.
2.3 Classificazione dell''Attrezzatura
La vastità del campo delle attrezzature ha portato allo sviluppo di moltissimi tipi
di classificazioni più o meno complessi. In questo caso ci si limita a citare solo
alcuni. Un primo tipo è quello che suddivide le attrezzature in base alla natura
delle forze che garantisco il bloccaggio del componete; possiamo quindi avere:

Attrezzature Meccaniche ad azionamento meccanico:
il bloccaggio dei pezzi è garantito utilizzando dispositivi meccanici ad esempio
viti, leve articolate, puntalini fissi o registrabili montati manualmente sulla
piastra di base. Rappresenta, molto spesso, la soluzione più semplice ed
economica e, per questo, molto utilizzata.

Attrezzature ad azionamento idraulico:
le forze di serraggio vengono garantite da dispositivi meccanici azionati
attraverso l''utilizzo di un fluido in pressione, spesso olio (oleodinamiche) o aria
(pneumatiche). Assicurano un tempo di scarico e scarico molto contenuto
rispetto alle attrezzature con azionamento di tipo meccanico manuale. Tra le
caratteristiche principali vi è quella di consentire forze di serraggio costanti con
un''elevata ripetibilità. Tra gli svantaggi vi è però un notevole utilizzo dello
spazio per l''alloggio dei dispositivi ed un costo maggiore rispetto a quelle della
prima categoria.

Attrezzature di tipo magnetico:
sono attrezzature caratterizzate da una combinazione di magneti a polarità
reversibile che, opportunamente disposti, danno vita ad una serie di forze
magnetiche tali da garantire un opportuno ancoraggio del pezzo sufficiente a
assicurarne la stabilità durante le lavorazioni. Garantiscono ingombri molto
limitati e una conseguente maggiore accessibilità. Sono però dispositivi costosi.

Nel proseguo della trattazione focalizzeremo l''attenzione sulle attrezzature di
tipo meccanico.

Proponiamo ora un altro tipo di classificazione molto utilizzata (suggerita in
[Str96]) che prevede:

Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 11 Attrezzature di carattere universale e commerciali:
per utensili
per pezzi da lavorare
Attrezzature di carattere particolare:
Speciali
Polivalenti o versatili per pezzi simili.

Le attrezzature della prima categoria rappresentano la classe più standard.
Questo tipo di attrezzature, dette anche versatili o polivalenti, hanno la
caratteristica di poter essere adattate, con poche modifiche, a molte lavorazioni
su altre serie o lotti di pezzi non più uguali a quelli iniziali ma simili (cioè
differenti entro certi limiti) ad esempio per la dimensione e la posizione dei fori
piuttosto che per la forma e la misura della superficie da realizzare.
A questa categoria appartengono anche le cosiddette attrezzature modulari. La
gran parte di quelle disponibili in commercio sono formate da un reticolo
quadrato con fori filettati opportunamente disposti e distanziati tra di loro nello
spazio così da poter fissare il pezzo da lavorare mediante l''utilizzo di tasselli e
viti e altri organi di fissaggio e appoggio. Solitamente questi organi di appoggio
e fissaggio agiscono sul contorno del pezzo impedendogli di ruotare e traslare
durante la lavorazione.
Per quanto riguarda le attrezzature della seconda categoria, queste richiedono
una trattazione meno schematica. Sono costruite per la lavorazione di un solo
tipo di pezzi, cioè per lavorazione (un esemplare per volta) di una serie di
oggetti uguali; o anche, tutt''al più, di famiglie di pezzi intendendosi con tale
denominazione oggetti che differiscono tra loro solo lievemente (pezzi simili).
Questo tipo di attrezzature viene progettato ad hoc e richiede quindi un costo
superiore.
2.4 Elementi che Compongono le Attrezzature
Gli elementi principali che danno vita al sistema di bloccaggio, possono essere
suddivisi in due grandi categorie: elementi per il supporto e la localizzazione del
pezzo, elementi per il fissaggio [Tra90]. A questi, va aggiunto un ulteriore
componente fondamentale rappresentato dalla piastra di base. 2.4.1 La piastra di base
La piastra di base è l''elemento strutturale più importante dell''attrezzatura.
Assolve il compito di mantenere le disposizioni spaziali tra gli elementi di
supporto e bloccaggio e la macchina utensile su cui dovrà essere lavorato il
pezzo. Il corpo dell''attrezzatura può essere ottenuto in diversi modi e
precisamente: per fusione in ghisa, per saldatura di profilati in acciaio, mediante
elementi componibili (in acciaio o ghisa) uniti tra loro con viti e spine di Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 12 riferimento. Al corpo devono poi essere fissati i vari elementi funzionali: viti,
puntalini fissi o registrabili, leve o dispositivi idraulici in caso di attrezzature ad
azionamento idraulico. Questi tipi di dispositivi non sono previsti nelle
attrezzature ad azione magnetica. 2.4.2 Organi di appoggio e localizzazione
I localizzatori sono quegli elementi utilizzati per stabilire e mantenere la
posizione di un pezzo durante la lavorazione. I supporti sono elementi fissi o
regolabili che compongo l''attrezzatura. Essi vengono utilizzati soprattutto
quando si prevedono forti spostamenti o inflessioni del pezzo dovuti all''azione
delle forze che si sviluppano durante la lavorazione. Vengono solitamente
disposti al di sotto del pezzo stesso allo scopo di prevenire e impedire
deformazioni eccessive. Tra gli organi meccanici preposti alla funzione di
appoggio si ricordano:
I puntalini fissi possono essere montati alla pressa oppure essere avvitati sul corpo dell''attrezzatura.
I puntalini registrabili hanno la caratteristica di poter variare la posizione dei punti che essi devono individuare secondo le esigenze delle irregolarità dei pezzi
che ad essi si devono appoggiare. 2.4.3 Organi di serraggio
Esaminati i problemi di posizionamento e di appoggio dei pezzi che devono
subire una lavorazione per asportazione di truciolo alle macchine utensili si deve
considerare un altro problema fondamentale quello del fissaggio vero e proprio
dei pezzi durante la lavorazione. Un sistema di fissaggio, se ben progettato, deve
agire solo su quelle superfici del pezzo che sono solidamente appoggiate,
evitando così la possibilità di deformazioni eccessive; deve inoltre essere
costituito in modo tale che le pressioni esercitate dagli organi di bloccaggio
risultino convenientemente ripartite. Altro requisito fondamentale per un sistema
di bloccaggio è quello della sicurezza, così che durante le lavorazioni, siano
evitate le vibrazioni del pezzo sul suo sostegno, vibrazioni che potrebbero
causare un allentamento degli organi di fissaggio con conseguenti danni al
pezzo, agli utensili e all''intera attrezzatura. Gli organi di bloccaggio possono
essere di numerosi tipi; essi però possono essere suddivisi in due grandi
categorie:
bloccaggi ottenuti esclusivamente mediante organi meccanici
bloccaggi ottenuti mediante l''intervento di sistemi fluidici.
Nella prima categoria fanno parte viti, cunei, eccentrici, leve articolate.
Nella seconda categoria uno dei mezzi più diffusi per ottenere il desiderato
risparmio di sforzi e di tempo è ricorrere ai fluidi sotto pressione facendo
compiere ad essi gli sforzi necessari al bloccaggio degli elementi che devono
essere lavorati, mediante la semplice manovra di una valvola. Si hanno così i Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 13 bloccaggi ad azione indiretta (con uso di fluidi in pressione). I fluidi che vengono comunemente applicati per i bloccaggi ad azione indiretta sono due:
l''aria (sistemi pneumatici) e l''olio (sistemi oleodinamici ed oleopneumatici). '
bene ricordare che l''applicazione di fluidi in pressione non è specifica dei
sistemi di bloccaggio e fissaggio ma trova innumerevoli altre applicazioni in
molti campi della tecnica in particolar modo nell''automazione.
2.5 Il Bloccaggio dei Pezzi su Attrezzature ad Azionamento
Meccanico
In questa sezione si farà accenno ad alcuni criteri e metodologie su come
vincolare pezzi di forme e dimensioni diverse durante le lavorazioni alle
macchine utensili su attrezzature ad azionamento meccanico. Per far ciò si farà
menzione di alcuni esempi pratici secondo l''approccio esposto in un articolo di
Trappey et al. [Tra90]. 2.5.1 Metodi per vincolare pezzi di forma prismatica senza foro passante
In accordo con quanto previsto dall''ANSI (American National Standards
Institute) [ANSI] un sistema di riferimento associato ad un componente può
essere definito da tre piani perpendicolari tra di loro. Per un pezzo di forma
prismatica i piani di riferimento sono strettamente correlati alla geometria e le
dimensioni del pezzo stesso.


















Figura 2.2 I tre piani di riferimento sono strettamente collegati alle tre dimensioni principali del pezzo. [Tra90]. Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 14 Tra i principali metodi utilizzati per vincolare adeguatamente il pezzo da
lavorare vi è il criterio conosciuto come ''3-2-1'. Tale criterio si esplica in una
particolare disposizione dei fermi impiegati per vincolare i bordi del pezzo ai tre
piani di riferimento. Figura 2.3















Figura 2.3 Disposizione dei fermi su tre piani per vincolare opportunamente il pezzo [Tra90].
In dettaglio il principio ''3-2-1' prevede l''utilizzo di tre punti di supporto per
legare la prima dimensione principale del pezzo al primo piano di riferimento.
Questi fermi dovranno essere collocati ad una distanza congrua tra di loro per
aumentare la stabilità della parte durante la lavorazione. Con l''utilizzo di tali
dispositivi si dovrebbero bloccare cinque gradi di libertà. La metodologia
prosegue con l''individuazione di altri due punti per legare la parte al secondo
piano di riferimento. Questi dovrebbero impedire altri tre possibili movimenti;
infine il posizionamento di un ultimo punto, sul terzo piano di riferimento, che
va ad impedire un''ulteriore possibilità di movimento. 2.5.2 Metodo per vincolare pezzi di forma varia con foro passante
Per un pezzo di forma generale con un foro passante si possono utilizzare tre
supporti e un localizzatore interno per impedire ben nove gradi di libertà
(utilizzando soltanto quattro dispositivi di vincolo). Questo è il modo più
efficiente per vincolare il pezzo da lavorare. Ma affinché si possa realizzare è
necessario soddisfare alcune caratteristiche: l''esistenza del primo piano di
riferimento in cui collocare tre supporti come descritto nel caso precedente.
Inoltre, il foro, utilizzato per collocare il supporto interno, deve necessariamente
essere perpendicolare al primo piano di riferimento nonché passante in direzione
di quel piano; infine deve presentare un diametro sufficiente per contenere il
localizzatore interno. Qualora non venissero rispettate queste condizioni il pezzo Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 15 potrà essere considerato come un normale componente di forma prismatica
senza foro e ricadere nel caso precedente. (3-2-1).





















Figura 2.4 Sistemazione degli elementi di bloccaggio per un pezzo di forma prismatica con foro [Tra90].
2.5.3 Metodi per vincolare pezzi di forma non prismatica
In questo caso, per poter impedire i possibili movimenti del pezzo, devono
essere applicati dei localizzatori esterni. A riguardo si possono considerare
parecchi tipi di componenti per vincolare opportunamente il pezzo come ad
esempio blocchi a V oppure supporti regolabili da utilizzare in superfici non
piane. Le caratteristiche di bloccaggio per pezzi non prismatici sono spesso
dipendenti dalla forma del pezzo stesso. A causa della natura complessa della
forma del componente non ci sono criteri generali da poter utilizzare.
2.6 Il problema della configurazione dell''attrezzatura
Dopo aver citato, nei paragrafi precedenti, aspetti tecnici di definizione
dell''attrezzatura e metodi pratici per il bloccaggio del pezzo, introduciamo ora
lo stato dell''arte; in particolare vediamo com''è stato affrontato, nella letteratura
scientifica, il problema della configurazione dell''attrezzatura per capire quanto è Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 16 stato fatto fino ad ora e quali sono gli aspetti principali considerati per giungere
alla corretta progettazione e configurazione del sistema di bloccaggio.
A livello scientifico il problema risulta estremamente vasto e complesso.
Moltissimi sono gli studi e le ricerche intraprese negli ultimi anni. Nonostante
ciò, attualmente, non vi sono soluzioni rapide e immediate al problema. Anche
considerando applicazioni specifiche, non vi è ancora una metodologia che
definisca in modo compiuto la configurazione dell''attrezzatura integrata alla
parte di setup planning (scelta degli orientamenti) e pallet configuration
(disposizione dei pezzi sul pallet). In generale, l''elaborazione di una possibile
soluzione risulta molto dispendiosa sia a livello di costi sia a livello di tempi e
sforzi computazionali necessari. In questo contesto nasce l''esigenza, in ambito
scientifico, di indagare e ricercare nuovi approcci per giungere a nuove
soluzioni. Il problema della configurazione dell''attrezzature riveste grande
importanza nel settore della produzione meccanica in quanto va ad influenzare
vari aspetti che non si limitano soltanto alla progettazione dei dispositivi di
bloccaggio in se stessi, ma che riguardano, come dicevamo prima, il setup
planning e la pallet configuration. Appare evidente come, nel caso di produzione
di pezzi meccanici di dimensioni contenute, tali da poter consentire, in centri di
lavoro adeguati, la lavorazione i più pezzi staffati contemporaneamente su un
singolo pallet, una corretta configurazione dell''attrezzatura sia determinante
nella scelta dei piazzamenti e della configurazione del pallet. (già citati problemi
di setup planning e di pallet configuration).
Molto spesso, soprattutto in passato, questi problemi venivano affrontati da
progettisti esperti in materia che, basandosi sulle proprie esperienze, si facevano
carico di elaborare soluzioni per quanto riguarda la scelta e la configurazione
dell''attrezzatura. Negli ultimi anni, invece, sono state avviate molte ricerche con
il fine di elaborare metodologie idonee a coadiuvare i progettisti nell''affrontare
il problema della configurazione del sistema di bloccaggio. Lo sviluppo di
tecniche di progettazione assistita all''elaboratore va in questa direzione
ricordiamo, a riguardo, l''elaborazione di tecniche CAFD (Computer Aided
Fixture Design). In generale, gli studi in materia hanno portato allo sviluppo di
analisi che si servono di strumenti diversi quali sistemi esperti (a regole, model
based, Knowledge-driven), teorie dei grafi, approcci analitici, approcci
cinematici, approcci di ottimizzazione per affrontare la problematica.
Agli albori del CAFD, negli anni ''80, i sistemi esperti (expert system), in
particolare quelli basati su regole, vengono utilizzati come uno strumento
euristico attraverso il quale affiancare il progettista di attrezzature nella
realizzazione di una soluzione completa per quel che riguarda la configurazione
dell''attrezzatura. Nella maggior parte di questi metodi le conoscenze del
progettista sono modellate come un insieme di regole codificate nella forma IF-
THEN. Quindi, durante il processo interattivo di progettazione della
attrezzatura, la soluzione viene ottenuta rispondendo ad una serie di domande Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 17 basate su tale regola. Queste procedure presentano dei limiti intrinseci, quali una
difficoltà oggettiva nel costruire un insieme di regole sufficientemente completo
e la criticità dell''implementare una procedura logica per risolvere il problema.
Questi aspetti hanno avuto un forte impatto negativo nello sviluppo e nella
diffusione di queste tecniche. Per ovviare a tale problematica si sono compiuti
studi alternativi, sempre nell''ambito dei sistemi esperti, basati non più su regole,
ma sulla metodologia ''model based' che non richiede un così ampio e
complicato bagaglio di conoscenze come nel caso dei sistemi esperti basati su
regole. In questo contesto viene sviluppata la tecnica ''Case Based Reasoning'
(CBR) che concentra la propria attività nella ricerca di una soluzione partendo
dall''imitazione di casi precedenti basandosi sull''assunto che pezzi simili
possono avere soluzione simili anche per quanto riguarda la problematica della
progettazione della attrezzatura. La tecnica CBR dà la possibilità di evitare
esperimenti dispendiosi sia a livello di tempi che di costi ed è in grado di
proporre un buon punto di partenza nella progettazione e configurazione
dell''attrezzatura senza dover fare molti calcoli complicati. Un aspetto risulta
però fortemente critico nell''utilizzo di tale procedura: la necessità di avere un
database di casi pregressi sempre più completo, aggiornato ed utilizzabile per
rendere possibili i confronti necessari.
A causa della vastità e della complessità della progettazione e configurazione
dell''attrezzatura molte ricerche, presenti in letteratura, tendono ad affrontare il
problema utilizzando un approccio a fasi. A tal proposito è utile citare un
articolo di Wang, Rong et al. [Wan10] in cui gli autori propongono una sintesi
dei principali metodi elaborati nell''affrontare la problematica; essi distinguono
quattro passi necessari per arrivare a progettare e configurare in modo corretto il
sistema di bloccaggio: il setup planning, il fixture planning, fixture unit design e
una fase finale di verifica (verification). Nella figura 2.5 è riassunta, in modo
schematico, la procedura per giungere ad una corretta progettazione e
configurazione del sistema di bloccaggio.












Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 18




















Figura 2.5 Passi principali per la progettazione del sistema di bloccaggio sintesi proposta da Wang, Rong et al. [Wan10]

L''input della procedura è rappresentato dal modello CAD 3D del pezzo da
lavorare, da informazioni riguardanti le lavorazioni a cui dovrà essere
sottoposto, dalle specifiche tecniche di progetto (finitura superficiale, tolleranze
ecc).
Più in dettaglio, esaminando l''approccio troviamo: il setup planning che è quella
fase volta a determinare gli orientamenti e il numero di piazzamenti richiesti per
poter eseguire tutto il processo di produzione. Il fixture planning che è quella
fase in cui vengono identificate le superfici sulle quali andranno ad agire i
localizzatori e gli elementi di bloccaggio. La terza fase, ''Unit Design', in cui
vengono generati gli elementi di localizzazione fissaggio insieme alla piastra di
base. L''ultima fase di verifica (verification) in cui si procede a testare il progetto
per accertarsi di soddisfare tutti i requisiti. Qualora la verifica non dovesse
essere soddisfatta, il ciclo riprende andando a modificare i due passi a monte
della fase verifica (fixture planning e unit design) alla ricerca di una nuova
soluzione che rispetti i requisiti richiesti.
Tra i quattro steps sopra citati il setup planning riveste un ruolo estremamente
importante. Risulta evidente come le attività di setup planning e il fixture design
siano strettamente correlate tra di loro e integrate nell''ambito generale del
process planning. Infatti, nell''elaborare il setup plan è necessario prendere in Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 19 considerazione vincoli derivanti dall''attrezzatura. Il compito del setup planning
è proprio quello di determinare l''orientamento del pezzo sul pallet;
successivamente il compito dell''attrezzatura è quello di vincolare
opportunamente tale pezzo nella posizione desiderata. Al fine di giungere ad un
opportuno orientamento del componente e di garantirne il corretto bloccaggio
sono state elaborate metodologie diverse che prendono in considerazione aspetti
specifici allo scopo di circoscrivere e semplificare il campo di ricerca. Alcuni
studi si concentrano su un''analisi delle superfici all''aria del pezzo da realizzare
ed in particolare nella ricerca delle cosiddette Primary Locating Surface (PLS);
ossia nell''individuazione di quelle superfici (principali di localizzazione) più
adatte ad essere portate in battuta sul pallet o ad essere utilizzate come primo
piano di riferimento e prevedere l''applicazione (su tali superfici) dei tre
localizzatori in accordo con quanto previsto dalla metodologia di bloccaggio
denominata ''3-2-1' (cfr. paragrafo 2.5.1). Per valutare quantitativamente le
superfici molte ricerche partono da un''analisi dell''estensione all''aria di queste
ultime e del loro grado di finitura superficiale e vincoli di tolleranza. Avremo
modo, nel proseguo della trattazione, di specificare meglio il concetto di
tolleranza (paragrafo 2.6.1).
Alcune ricerche concentrano la loro attenzione su come vincolare il pezzo allo
scopo di eliminarne i gradi di libertà e le possibilità di movimento. Altri
approcci, considerano, come elemento principale, l''analisi dei vincoli imposti
dal processo tecnologico al fine di garantire la conformità del finito in rispetto
alle specifiche; altri sviluppano analisi di tipo cinematico esaminando le
caratteristiche della macchina utensile per verificare l''accessibilità del mandrino
alla superficie da realizzare; altri ancora elaborano analisi di tipo dinamico che
presuppongono il calcolo delle forze che si sviluppano durante le lavorazioni al
fine di prevenire ed impedire deformazioni eccessive.
Vedremo, nel proseguo della trattazione, più in dettaglio, studi che trattano di
questi aspetti ma ora facciamo accenno al concetto di tolleranza utilizzato in
diverse ricerche importanti.
2.6.1 Introduzione al problema della tolleranza
Il termine tolleranza, nell''ambito delle produzioni meccaniche, ha un''accezione
molto ampia e spesso, in questo termine, si fanno confluire concetti diversi quali
quello di accuratezza e finitura superficiale oltre alle tolleranze in senso stretto.
In generale vi possono essere due tipi di tolleranza: tolleranza dimensionale e
tolleranza geometrica. La tolleranza geometrica, a sua volta, può essere divisa in
altri quattordici categorie secondo quanto previsto dall''ANSI [ANS]
(parallelismo, perpendicolarità, angolarità, posizione, forma, concentricità ecc).
Le tolleranze dimensionali, invece, possono essere suddivise in due categorie:
quelle che appartengono alla categoria dei ''limiti dimensionali' (ad esempio Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 20 specifiche dimensionali sul diametro di un cilindro o di un foro) e quelle che
non fanno parte di questa categoria (ad esempio l''imposizione di una
determinata distanza tra due superfici parallele). I tipi di tolleranza appena
definiti (dimensionale e geometrica) possono essere assegnati ad una singola
feature detta quindi ''Toleranced Feature'. (Ricordiamo che una feature è
definita, secondo la normativa ISO 14649 STEP-NC, come un''entità geometrica
legata al volume da asportare). In questo caso il rispetto dei limiti di tolleranza,
a seguito della lavorazione, dipende principalmente dalla capacità di lavorazione
della macchina utensile e, per questo motivo, molto spesso vengono trascurate in
fase di setup. Altre tolleranze sono quelle che non riguardano una sola feature
(toleranced feature), ma sono riferite a più features (reference features), si parla
quindi di tolleranze reciproche. In questa categoria rientrano sia le tolleranze
dimensionali, che non appartengono alla categoria dei limiti dimensionali, sia
tolleranze geometriche (di parallelismo, perpendicolarità, angolarità, posizione,
concentricità, simmetria ecc). Le tolleranze reciproche tra features non
dipendono solo dalle caratteristiche di lavorazione delle macchine utensili ma
anche dal metodo di setup applicato e dalla disposizione del pezzo; quindi vanno
considerate nella fase di setup planning. Molti ricercatori hanno dato grande
risalto al problema della tolleranza di progetto nella ricerca e determinazione del
corretto posizionamento e bloccaggio del pezzo. Ricordiamo, infatti, che uno dei
compiti più importanti, specifici del sistema di bloccaggio, è proprio quello di
assicurare il rispetto delle tolleranze di progetto al fine di avere un componete
lavorato conforme alle specifiche (cfr. tabella 2.1).
In lavorazione, le relazioni di tolleranza tra due features diverse, possono essere
assicurate utilizzando tre differenti strategie di setup come proposto da Zhang
[Zha96]; in particolare: 1) lavorando le features legate da vincolo di tolleranza
durante lo stesso setup; 2) utilizzando una delle features come riferimento per il
piazzamento e lavorando l''altra; 3) utilizzando un riferimento di localizzazione
intermedio per lavorare le feature in due differenti setup. Da quanto emerge in
diverse analisi effettuate al fine di studiare l''errore di localizzazione, i tre metodi
sopra citati appaiono diversi in termini di tolleranze ottenute. In generale
possiamo dire che ogni volta che il componente da realizzare viene posizionato
sull''attrezzatura si va incontro ad errori di setup. Una volta che il pezzo è stato
localizzato e bloccato sull''attrezzatura l''errore di setup rimane costante fino a
quando il pezzo non è rimosso dall''attrezzatura. Le relazioni di tolleranza di
features lavorate nello stesso setup, se il pezzo è vincolato in modo corretto,
sono influenzate soltanto da errori di movimento della macchina. Quando si
utilizza il secondo metodo di setup le relazioni di tolleranza sono influenzate,
non solo da aspetti riguardanti il movimento della macchina utensile, ma anche
da errori di posizionamento. Quindi dimensioni e geometria ricavate utilizzando
il secondo metodo sono generalmente meno accurate di quelle ottenute con il
primo metodo. Il metodo due rimane comunque un buon metodo quando due Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 21 features non possono essere processate nello stesso setup. Il terzo metodo è
quello meno accurato.
In generale, dalle analisi sull''errore di lavorazione si possono ricavare alcune
linee guida per poter posizionare correttamente il pezzo basandosi su analisi di
tolleranza: 1) features con stretta tolleranza dimensionale dovrebbero essere
eseguite nello stesso setup qualora sia possibile farlo; 2) quando due feature con
stretto legame di tolleranza non possono essere lavorate nello stesso setup una
dovrebbe essere utilizzata come rifermento per l''altra.
A questo punto si pone un problema molto importante. Ossia, per poterci servire
in modo corretto di queste considerazioni e, più in generale, degli approcci che
fanno della tolleranza un parametro essenziale per pervenire alla determinazione
di opportuni piazzamenti bisogna sviluppare mezzi che ci consentano di
confrontare tolleranze di tipo diverso. Questo è un compito molto impegnativo
in quanto non vi sono misure standard definite dall''ANSI per poter esprimere in
modo univoco diversi tipi di tolleranze. Per poter risolvere questo problema,
ossia allo scopo di poter confrontare tolleranze diverse, Boerma e Kals [Boe88]
[Boe89] hanno proposto l''utilizzo di un indicatore, detto Tolerance Factor, per
accumunare diversi tipi di tolleranze geometriche in un unico valore. Tale
indicatore viene calcolato sulla base di considerazioni di carattere geometrico ed
è definito come il massimo angolo di disallineamento consentito nel
posizionamento una determinata feauture. Il loro approccio ha dato un nuovo
impulso e una nuova direzione nello sviluppo di tecniche avanzate di analisi
della tolleranza. Presenta comunque qualche aspetto critico: la procedura
utilizzata per convertire tolleranze geometriche diverse in un unico fattore di
tolleranza (Tolerance Factor) non è definita in modo rigoroso. Nello specifico
gli autori forniscono solo alcuni esempi pratici e non formule analitiche
rigorose. Inoltre l''approccio non può essere utilizzato direttamente per
convertire alcuni tipi di tolleranza geometrica quali, ad esempio, quelli di
concentricità. L''approccio tratta solo alcuni tipi di tolleranze geometriche, non è
in grado di fornire un valore di comparazione per la tolleranza dimensionale.
L''approccio di Boerma e Kals [Boe88] [Boe89] risulta comunque un buon
metodo per casi specifici, simili a quello proposto dagli autori. Un altro tentativo
di sviluppare un fattore di tolleranza in grado di accumunare, in un unico
indicatore, tolleranze diverse è quello sviluppato da Ma, Li e Rong [Ma99]. Essi
hanno proposto un grado di accuratezza generalizzato prendendo in
considerazione quattro tipi di tolleranze diverse: in particolare il grado di
tolleranza dimensionale (Td), il grado di tolleranza posizionale (Tp), il grado di
tolleranza di forma (Tf) e il grado di tolleranza equivalente alla finitura
superficiale (Tr). Anche questo metodo presenta alcune criticità: per calcolare il
valore di accuratezza generalizzato prende in considerazione quattro contributi e
in alcuni casi tali fattori sono il risultato di precedenti normalizzazioni, per
alcuni di essi fa riferimento ai valori di tolleranza proposti da Boerma e Kals. Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 22 L''espressione del fattore di tolleranza generalizzato è la seguente: ) ( ) ( 4 3 2 1 r f p d g T w T w T w T w T + '' + = in cui w1-4 sono i rispettivi pesi utilizzati per ponderare i vari contributi di tolleranza. Come si evince dai legami analitici
qualora i contributi di Td e Tp o Tf e Tr siano nulli risulta nullo il fattore di
tolleranza equivalente in conseguenza dell''operazione di moltiplicazione che
lega i contributi riportati tra le due parentesi tonde. Questo fa si che l''indicatore
risulti fortemente influenzato dalle coppie di termini contenute tra le parentesi
tonde.
Un altra metodologia proposta al fine di ricavare un valore di tolleranza
generalizzato è quella sviluppata da Huang e Liu [Hua03]. Essi hanno cercato di
risolvere alcune criticità presenti nell''approccio di Boerma e Kals, in particolare
hanno elaborato una metodologia, basata su calcoli analitici rigorosi, per rendere
confrontabili valori di tolleranza geometrica e dimensionale. Essi considerano la
tolleranza ''normalizzata' come un angolo in grado di rappresentare l''errore
massimo di rotazione ammesso nel localizzare un componete. Il lavoro
principale di questa ricerca è quello di riuscire a calcolare questo angolo
massimo di disallineamento per i diversi tipi di tolleranze. A differenza di
quanto fatto da Boerma e Kals gli autori sviluppano un''analisi rigorosa svolta
per diversi tipi di tolleranze.
Dopo questa breve introduzione sulla tolleranza di progetto e, dopo aver esposto
la criticità di ricavare indici in grado di considerare tolleranze diverse torniamo
ora ad esaminare approcci principali sviluppati in letteratura per far fronte al
problema del setup plan e fixture design. In particolare vediamo approcci basati
su analisi delle specifiche geometriche di prodotto e sui vincoli di processo,
approcci incentrati su analisi cinematiche del pezzo per giungere al corretto
bloccaggio, approcci basati su analisi cinematiche della macchina utensile,
infine approcci che considerano le forze che si sviluppano durante le
lavorazioni.
2.6.2 Approcci incentrati sull''analisi delle specifiche di prodotto e dei
vincoli di processo
Moltissimi approcci sviluppati per far fronte alla problematica del setup
planning e del fixture design, in questi decenni, si sono concentrati nello studio
dei vincoli di processo necessari per garantire la conformità del pezzo lavorato
alle caratteristiche di progetto. Essi pongono la loro attenzione su uno o più
aspetti cruciali come le tolleranze di progetto, i vincoli di precedenza
(determinazione della ''sequenza critica di lavorazione'), le caratteristiche
geometriche del componente da realizzare, studi sulle lavorazioni da eseguire.
Molte delle metodologie elaborate utilizzano tecniche risolutive che sfruttano
algoritmi e teorie specifiche per poter pervenire ad una soluzione del problema:
la teoria dei grafi, tecniche di intelligenza artificiale, metodi euristici piuttosto Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 23 che approcci analitici ecc. Tra le principali ricerche che focalizzano l''attenzione
su un''analisi della tolleranza di progetto possiamo ricordare quelle condotte da
Wu e Chang [Wu98]; nel 1998 presentarono un nuovo approccio per generare
un setup fattibile. Il piano di setup ottimale, quello ottenuto ricercando il minor
numero di piazzamenti viene classificato utilizzando indici ricavati da questo
aspetto. In particolare essi considerano un approccio per la determinazione della
tolleranza adatto per pezzi di forma prismatica e per features 2D (così come
definite dalla normativa ISO 14649). Le features considerate sono fori, tasche,
scanalature. Tale algoritmo, sviluppato tenendo conto sia della tolleranza
posizionale sia di altre tolleranze geometriche di perpendicolarità e parallelismo,
è implementato all''interno di QTC [Cha88]. Quick Turnaround Cell (QTC) è un
sistema integrato di progettazione del sistema di produzione sviluppato alla
Pordue University, feature based in grado di fornire buoni risultati nella scelta
della configurazione del sistema di produzione. Gli autori esaminano in modo
specifico la tolleranza geometrica posizionale in particolare propongono una
metodologia per il calcolo di una ''Tolerance Zone' entro la quale posizionare il
pezzo per garantire il corretto processamento delle features. Tale zona è
determinata sulla base delle specifiche di tolleranza di progetto della feature e
sulla base delle relazioni tra features diverse. Per poter confrontare le
''Tolerance zone' e i possibili setup viene introdotto un fattore di accuratezza
denominato Accuracy Index (AI). Solo dopo aver determinato tale fattore
vengono prese in considerazione altri tipi di tolleranze geometriche: di
parallelismo e perpendicolarità. Il setup plan ottimo è quello che prevede il
minor numero di piazzamenti. Qualora dovessero esserci piani di setup con lo
stesso numero di piazzamenti la scelta viene fatta ricadere sul piano che presenta
un valore inferiore di AI. Nell''approccio si possono notare alcune criticità: la
problematica della scelta del sistema di bloccaggio ''migliore' viene e
demandata ad una fase successiva alla determinazione del piano di setup e non
vi sono indicazioni specifiche se non il mero orientamento del componente. Gli
autori trattano in modo separato la tolleranza geometrica posizionale e la
tolleranza di parallelismo e perpendicolarità. Inoltre vengono trascurati altri tipi
di tolleranze che potrebbero influenzare la scelta. Il piano di setup viene
determinato in modo preponderante analizzando il fattore AI e quindi
concentrando l''attenzione sulla tolleranza posizionale. Per altro il valore
dell''indice AI è calcolato considerando solo errori di traslazione; quest''ultima
rappresenta una limitazione molto forte in quanto problemi di disallineamento
angolare hanno un''influenza molto importante nella determinazione del corretto
posizionamento del pezzo e vanno considerate in fase di setup planning.
Altri approcci più completi soprattutto per quanto riguarda il problema di
considerare un unico indice per valutare tolleranze diverse sono i già citati studi
condotti da Boerma e Kals [Boe88] [Boe89]. Gli autori hanno sviluppato un
sistema per l''elaborazione del Process Planning chiamato PART. All''interno di Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 24 questo hanno inserito una procedura, detta FIXES, per la selezione dei setup e la
configurazione dell''attrezzatura. La selezione automatica dei setup è basata su
un''analisi della tolleranza e delle relazioni tra le differenti features che
compongono il pezzo. Questo approccio risulta particolarmente interessante, in
quanto, all''interno di esso, è sviluppato un indice di tolleranza che permettere il
confronto tra tolleranze diverse. Esso rappresenta una grande evoluzione rispetto
alle precedenti analisi di tolleranza in cui venivano esaminate soltanto tolleranze
specifiche. Per i casi analizzati fornisce delle buone soluzioni in termini di scelta
delle superfici di riferimento e per la determinazione dell''orientamento della
parte. Come già esposto nel paragrafo precedente l''approccio presenta
comunque alcune criticità ad esempio il fattore di tolleranza (Tolerance Factor)
non è definito in modo rigoroso. Nello specifico gli autori forniscono solo alcuni
esempi pratici per calcolarlo e non formule matematiche rigorose. Inoltre
l''approccio non può essere utilizzato direttamente per convertire alcuni tipi di
tolleranza geometrica ad esempio di concentricità.
Sempre incentrati su analisi dei vincoli di processo ed in particolare sulla
tolleranza possiamo citare gli studi condotti da Cai et al. [Cai08]. Essi vanno alla
ricerca del setup plan ottimale basandosi su analisi cinematiche e di accessibilità
ma, ancora prima, concentrano la loro attenzione nella ricerca delle superfici
principali di localizzazione (Primary Locating Surface PLS) ovvero di quelle
superfici del pezzo da realizzare più adatte ad essere portate in battuta sul pallet
o divenire riferimento e accogliere i tre dispositivi di localizzazione previsti dal
principio cosiddetto ''3-2-1'. La scelta viene effettuata: tra le superfici piane del
componente in cui non sono previste lavorazioni, tra le superfici che
garantiscono l''accessibilità in direzione normale, tra le superfici con
un''estensione sufficiente a consentire un buon ancoraggio. Per poter valutare la
qualità di queste superfici gli autori introducono un fattore, denominato
Locating Factor calcolato, per ogni superficie possibile PLS, sulla base della
propria estensione all''aria e di un fattore di tolleranza ad essa associato.
L''approccio risulta particolarmente interessante in quanto fornisce un criterio di
valutazione delle superfici del pezzo dal punto di vista dell''accuratezza garantita
dal bloccaggio qualora queste vengano scelte quali superfici di riferimento. Esso
però presenta qualche limitazione: viene sviluppato soltanto per pezzi di forma
prismatica inoltre risulta piuttosto limitato al caso specifico analizzato.
Altri studi importanti sono quelli che focalizzano l''attenzione nella ricerca del
setup plan ottimale considerando come fattore preponderante un''analisi dei
vincoli di precedenza, in particolare considerando il trade off tra le precedenze
di lavorazione, imposte dal ciclo tecnologico, e le precedenze imposte dalle
specifiche di progetto. A tal proposito possiamo citare studi condotti da Ong et
al. [Ong02]. Essi hanno presentato un algoritmo ibrido generativo insieme ad un
approccio simulato per affrontare il problema del setup planning in ambiente
workshop. Essi utilizzano il concetto di feature definita secondo lo standard ISO Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 25 14649. La metodologia proposta analizza le relazioni di precedenza tra le
features al fine di generare la matrice delle relazioni di precedenza (Precedence
Relationship Matrix. (PRM)). Questa matrice agisce come elemento
fondamentale alla base della scelta della configurazione ottimale di setup. Le
operazioni vengono raggruppate tenendo conto delle direzioni di accesso
dell''utensile (TAD: Tool Access Direction). Vengono considerate attrezzature di
tipo standard modulare. L''approccio è sviluppato per macchine a tre, quattro e
cinque assi. I componenti da realizzare sono di forma prismatica. La ricerca del
setup ottimale viene eseguita perseguendo la massimizzazione del numero di
features che possono essere processate nello stesso setup, la minimizzazione del
tempo di setup e la minimizzazione del costo totale di lavorazione calcolato
utilizzando sei indici di costo (costo usura utensile, costo sistema di bloccaggio,
costo ammortamento macchina, costo di setup, costo di variazione setup, costo
di cambio utensile). L''approccio proposto, poiché prende in considerazione
anche centri di lavoro a cinque assi, ha segnato un grande passo in avanti
rispetto ad altri approcci basati su algoritmi genetici che si limitavano a
considerare macchine a tre assi. Esso risulta comunque abbastanza complicato.
Non considera casi in cui il legame tra sgrossatura e finitura di una stessa feature
debbano avvenire in setup diversi e questa risulta essere una limitazione
piuttosto forte. Inoltre si potrebbe implementare l''approccio prendendo in
considerazione informazioni aggiuntive sul cambio utensile o sviluppando un
database di macchine utensili per valutare come possano cambiare le soluzioni
trovate al variare del centro di lavoro considerato.
Sempre nell''ambito degli approcci che si basano su analisi del pezzo e dei
vincoli di processo al fine di elaborare un piano di setup tenendo conto dei tipi
di utensili e delle macchine su cui verranno realizzati i componenti possiamo
ricordare l''approccio proposto da Ferreira e Liu [Fer88]. Gli autori hanno
elaborato un sistema basato su regole (rule-based) per modellare le conoscenze
del progettista al fine di giungere ad un opportuno orientamento del pezzo
durante le lavorazioni alle macchine utensili. L''approccio è stato implementato
in Prolog (CProlog1.3) ed è adatto per pezzi con predominanza di superfici
piane, macchine a tre assi orizzontali o verticali con o senza tavola rotante,
operazioni convenzionali per asportazione di truciolo come foratura, barenatura,
spianatura ecc. I ragionamenti sviluppati nella procedura basata su regole
muovono da un''analisi geometrica del componente da realizzare. Procedendo
con l''esame di ogni regola si scartano, tra tutti i possibili orientamenti del pezzo,
quelli non compatibili con la regola imposta fino ad arrivare all''orientamento
desiderato. L''output della procedura è l''orientamento elaborato descritto da una
matrice di trasformazione di coordinate; inoltre viene fornito un report con le
operazioni eseguibili nel setup, informazioni sulle superfici possibili di
staffaggio e sul grado di accuratezza previsto. In generale l''approccio risente
delle problematiche tipiche dei sistemi rule-based ed in particolare della Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 26 difficoltà oggettiva di tradurre in un codice ordinato di regole aspetti diversi.
Nuove regole e nuovi criteri di valutazione devono essere introdotti per valutare
componenti con caratteristiche anche leggermente diverse da quelli presi in
esame. La procedura di input delle informazioni è demandata all''utente, non vi è
la possibilità di ricavare le informazioni necessarie ad esempio utilizzando, in
modo integrato, un modello CAD 3D del pezzo. Inoltre non vi è una procedura
che assegni pesi diversi alle caratteristiche del componente a seconda degli
obiettivi da perseguire nella decisione dell''orientamento migliore.
Altri studi importanti sono quelli condotti da Contini e Tolio [Con04], in quanto,
in essi, è sviluppata una metodologia volta a determinare il minor numero di
setup necessari per lavorare pezzi prismatici considerando più componenti dello
stesso tipo montati su un singolo pallet e prendendo in considerazione il
problema dell''attrezzatura. L''approccio utilizza lo standard ISO 14649 STEP-
NC per quanto riguarda la formalizzazione delle informazioni di prodotto e
processo. Inoltre è sviluppato per centri di lavoro a tre, quattro e cinque assi. Per
arrivare alla determinazione dei setup viene fatta un''analisi di accessibilità
verificando la visibilità di ogni feature da parte del mandrino ma soprattutto
vengono considerati vincoli di carattere tecnologico tra le diverse operazioni. In
particolare i vincoli tecnologici vengono suddivisi in tre tipi: vincoli che
impongono di processare operazioni diverse nello stesso setup (vincolo molto
forte), vincoli di precedenza che non possono essere violati nella sequenza di
lavorazione, infine vincoli che traducono preferenze tecnologiche i quali
possono essere ''sacrificati' per poter rendere minimo il numero di setup. Anche
in questo caso, al fine di determinare le relazioni tra le lavorazioni, viene data
rilevanza ad un''analisi della tolleranza: sono prese in considerazioni tolleranze
di forma e di posizione. Il numero minimo di setup è ottenuto applicando,
all''analisi dei vincoli tecnologici, un approccio basato sulla teoria dei grafi. Tra
le principiali criticità dell''approccio vi è il fatto di non considerare MWs
alternativi ovvero di non considerare differenti direzioni di lavorazione per
realizzare le stesse features. Inoltre setup alternativi vengono classificati sulla
base di quanti vincoli tecnologici del terzo tipo debbano essere trascurati al fine
di rendere realizzabile il piano di setup. Mentre, per quanto riguarda la scelta tra
setup alternativi, su quale di essi possa garantire maggior facilità e accuratezza
di bloccaggio questa decisione viene lasciata all''esperienza dell''operatore. 2.6.3 Approcci basati su un''analisi cinematica della macchina utensile
Questo tipo di approcci è estremamente importante nella fase di progettazione
della macchina utensile; ma la sua influenza non si limita soltanto a questa fase.
' evidente come le caratteristiche proprie della centro di lavoro, ad esempio il
numero degli assi, sia essenziale nella determinazione e nella definizione del
corretto orientamento e bloccaggio del pezzo sulla macchina utensile. Oggi, si
cerca di integrare, agli approcci basati sull''analisi dei vincoli di progetto Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 27 (espressi nel paragrafo precedente), anche le specifiche della macchina per poter
arrivare allo sviluppo di un setup plan che tenga conto di entrambi gli aspetti.
Ricerche molto importanti in questo ambito sono quelle condotte da Bohez
[Boh02]. L''autore parte da un''analisi dettagliata dei centri di lavoro a cinque
assi che utilizzano sistemi di coordinate cartesiane e arriva alla definizione di
alcuni parametri quantitativi molto importanti quali, il fattore di utilizzo dello
spazio di lavoro, l''efficienza dello spazio della macchina utensile, la definizione
dello spazio dei possibili orientamenti dell''utensile. Rientrano in questo campo
anche le numerose analisi di accessibilità introdotte da vari studiosi all''interno
dei propri lavori di ricerca. Un approccio interessante da vari punti di vista è
quello già citato e sviluppato da Cai et al.[Cai08]. Essi hanno proposto una
metodologia basata sull''analisi cinematica per verificare l''accessibilità
dell''utensile adatta nel caso di pezzi di forma prismatica basata sulla definizione
del TOS (Tool Orientation Space). Partendo dall''ipotesi che i pezzi lavorati su
di un determinato centro di lavoro siano di dimensioni decisamente inferiori al
cubo di lavoro della macchina stessa il Tool Orientation Space diventa il
principale vincolo nella valutazione dell''accessibilità delle lavorazioni. Tale
spazio è determinato dalla configurazione del centro di lavoro e dal range di
movimento dei suoi assi di rotazione. Il TOS viene rappresentato come una
superficie sferica. Gli autori hanno poi sviluppato l''approccio per macchine a 3,
4 e 5 assi. Con l''intento di raggruppare le operazioni e dar vita ad un setup plan
ottimo rappresentato da una funzione obiettivo che tiene conto anche delle
specifiche di progetto. Altre ricerche dedicate allo studio della cinematica della
macchina utensile sono quelle condotte da Chen et al. [Che93]. Gli autori
affrontano il problema di trovare il miglior piazzamento, per il componente da
realizzare, che permetta di lavorare il maggior numero di superfici in centri di
lavoro a tre, quattro e cinque assi. Lo studio è intrapreso per utensili ball-end
cutter. I ricercatori stabiliscono le condizioni di visibilità delle superfici. Il set di
possibili direzioni è rappresentato da una regione convessa su una sfera
chiamata ''mappa di visibilità'. Utilizzando la teoria delle mappe Gaussiane
(Gaussian Maps) e delle mappe di visibilità, gli autori arrivano a considerare il
problema della scelta dell''orientamento migliore come un problema geometrico
legato alla sfera. Essi inoltre presentano un algoritmo per risolvere questo
problema geometrico. Tra gli aspetti critici dell''approccio vi è quello di
considerare come aspetto determinate per la scelta dell''orientamento del pezzo
la configurazione che garantisce il maggiore numero di superfici lavorabili. Tale
parametro può risultare riduttivo in quanto sarebbe più indicativa un''analisi
dell''area di lavorazione o del volume da asportare. Un''analisi di questo tipo
complicherebbe molto l''approccio proposto. Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 28 2.6.4 Approcci basati su un''analisi della cinematica del componente da
realizzare
Le analisi cinematiche effettuate sul componente da realizzare sono condotte
allo scopo principale di verificare l''adeguatezza del sistema di bloccaggio, in
particolare per controllare se una determinata configurazione sia in grado,
oppure no, di assicurare il completo ancoraggio del pezzo. Negli approcci di
questo tipo, il componente da realizzare viene considerato come un corpo rigido
dotato di dodici gradi di libertà nello spazio considerando gli spostamenti lineari
sia positivi che negativi e le rotazioni sia orarie sia antiorarie intorno agli assi x-
y-z. Appare evidente come gli studi incentrati sul questo tipo di problema
(ovvero nel ricercare soluzioni adatte per vincolare opportunamente la parte al
fine di bloccare tutti i gradi di libertà) sfocino in soluzioni di tipo tecnico
pratico. Inoltre, essendo questo, uno dei requisiti base richiesti all''attrezzatura è
facile intuire come siano davvero innumerevoli gli approcci proposti in materia.
A tal proposito possiamo ricordare i già citati studi condotti da Trappey et al.
[Tra90] basati sull''applicazione del principio di localizzazione e bloccaggio
pezzo detto ''3-2-1' ed esposti nel paragrafo 2.5.1-2.5.3. Sempre dello stesso
autore Trappey [Tra93] possiamo citare l''approccio elaborato insieme a
Matrubhuntam adatto alla configurazione delle attrezzature modulari in cui
vengono presi in considerazione diversi tipi di dispositivi ad esempio
localizzatori orizzontali e verticali, viti, puntalini, blocchi a V, dispositivi di
serraggio. Gli autori propongono un approccio euristico basato sulla geometria
proiettiva per arrivare a determinare i punti di localizzazione e serraggio. Questo
metodo permette di ridurre la complessità del problema ed è adatto anche a
componenti di forma non prismatica. Tra le principali criticità vi è il fatto di non
prendere in considerazione le dimensioni delle attrezzature modulari utilizzate e
quindi di non essere in grado di valutare le possibili interferenze o collisioni tra
attrezzatura e mandrino o utensile verificabili durante le lavorazioni. Ancora un
approccio basato su analisi cinematiche del pezzo è quello proposto da Chou
[Cho94]. Gli autori hanno elaborato un modello di ragionamento basato sulla
geometria del pezzo da realizzare (geometric reasoning model). L''approccio
importa direttamente da un sistema CAD le informazioni geometriche del
componente necessarie ad elaborare una configurazione adeguata del sistema di
bloccaggio. Le attrezzature vengono scelte da un database integrato nel
software. Tra le principali criticità dell''approccio vi il fatto che la metodologia
non fornisce indicazioni precise su come assemblare i vari pezzi del sistema di
bloccaggio. 2.6.5 Approcci basati su analisi di tipo dinamico delle forze in gioco
Durante le lavorazioni alle macchine utensili si generano diversi tipi di forze.
Esse si scaricano sul componente in lavorazione e sull''attrezzatura di
bloccaggio. L''attrezzatura deve quindi essere in grado di resistere a tali Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 29 sollecitazioni e sviluppare una forza di serraggio sufficiente a garantire il
corretto ancoraggio del pezzo. Appare chiaro come forze di diversa natura
entrino in gioco in un sistema di bloccaggio. Vi sono, infatti, forze d''inerzia,
forze gravitazionali, forze di taglio (conseguenza delle lavorazioni stesse), forze
di serraggio dei dispositivi preposti. Per quanto riguarda le forze d''inerzia,
gravitazionali e di taglio sono stati elaborati differenti modelli sia di tipo
analitico, sia di tipo sperimentale, per poterne calcolare il valore. Mentre per
quanto riguarda le forze di serraggio, il problema appare più difficile essendo
esse soggette a diverse variabili come l''intensità della forza stessa, il punto di
applicazione, il numero e la disposizione dei vari dispositivi. A complicare il
calcolo delle forze di serraggio vi è poi il fatto di considerare le forze d''attrito
statico. Di esse è molto difficile conoscere con precisione intensità e direzione.
In molti studi queste vengono trascurate; è il caso delle ricerche condotte da
Mittal et al. [Mit91] e Nnaji et al. [Nna90]. Nelle ricerche condotte da Mittal et
al. [Mit91] gli autori hanno sviluppato un modello di simulazione per il sistema
pezzo-attrezzatura per lavorazione alle macchine utensili. Essi prendono in
considerazione questo sistema sia dal punto di vista cinematico, ossia valutando
il moto del sistema meccanico indipendentemente dalla forze che producono il
moto, sia, soprattutto, dal punto di vista dinamico, ovvero considerando il
comportamento del sistema valutando la posizione, la velocità e l''accelerazione
in funzione del tempo in conseguenza delle forze applicate. Uno studio analitico
del sistema pezzo-attrezzatura richiede quindi la formulazione di modelli
cinematici e dinamici. L''approccio si trova ad interagire con la complessità di
equazioni algebriche non lineari (per quanto riguarda la parte cinematica) e con
equazioni differenziali non lineari (per quanto riguarda la modellazione della
dinamica). Come ausilio nella determinazione e la risoluzione delle equazioni di
moto l''approccio proposto si serve di un codice chiamato Dynamic Analysis and
Design System (DADS) in grado di studiare la dinamica dei corpi rigidi soggetti
a determinati vincoli e uniti modellati attraverso rigidezze, smorzamenti e
attuatori. Tale sistema è in grado di: formulare in modo automatico, dai dati in
input, le equazioni cinematiche e dinamiche che regolano il sistema; fornire una
soluzione numerica alle equazioni di moto non lineari, fornire una
rappresentazione grafica dei risultati della simulazione. Per ridurre la
complessità del problema il pezzo considerato nell''approccio è di forma cubica
semplice ed il criterio di utilizzato per bloccarlo è quello standard 3-2-1. Inoltre
viene presa in considerazione la deformabilità locale nel contatto tra dispositivo
di bloccaggio e pezzo. Tra le principali caratteristiche messe in luce dalla ricerca
vi è quella di aver sottolineato ancora una volta come la disposizione dei
dispositivi di localizzazione e serraggio possa influenzare l''accuratezza finale
del componente, inoltre anche la sequenza con la quale vengono applicati i fermi
risulta essere molto importante nella determinazione dell''orientamento del
pezzo. Nell''approccio proposto non viene fatto un confronto tra l''errore causato Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 30 dalla lavorazione e quello legato al sistema di bloccaggio nonostante l''approccio
di simulazione sembri adatto per questo tipo di valutazione. Un altro aspetto che
potrebbe essere utile considerare, al fine di valutare e configurare il sistema di
bloccaggio, è quello delle vibrazioni tra pezzo e utensile. Il fatto di considerare
anche questa problematica complicherebbe molto il modello.
In generale, il fatto di trascurare l''attrito nell''interazione pezzo-attrezzatura
porta alla determinazione di una forza di serraggio maggiore rispetto a quella
necessaria. La scelta di trascurare le forze di attrito è quindi una scelta di tipo
conservativo e questo ha fatto si che molte ricerche abbiano trascurato il
problema anche se le forze d''attrito giocano un ruolo molto importante nel
bloccaggio del pezzo. Vi sono però altre ricerche che affrontano la problematica
considerando tali forze ed è il caso degli studi condotti da Lee et al. [Lee91].
Essi hanno introdotto un''analisi basata sulla determinazione di una superficie
limite nello spazio delle forze e dei momenti. L''analisi del pezzo che scivola
sull''attrezzatura per effetto delle forze che si sviluppano durante la lavorazione
può essere paragonata, in prima approssimazione, all''analisi di un oggetto che
scorre su una superficie piana. Partendo da questo assunto gli autori vanno alla
ricerca di una metodologia di analisi della forza che non richieda una
conoscenza della distribuzione di pressione su tutte le superfici di contatto ma
che fornisca un''indicazione di come e quando un componente inizi a scivolare.
L''idea centrale alla base è che: ogniqualvolta un corpo inizi a scivolare la sua
velocità istantanea e la forza di attrito siano univocamente correlate. Quindi,
stabilendo una corrispondenza tra le velocità, le forze e i momenti è possibile
risolvere il problema inverso ossia determinare come un pezzo possa scivolare
per effetto delle forze applicate. Il processo di correlazione tra spostamenti e
forze sfocia nella determinazione di una superficie limite nello spazio delle forze
e dei momenti. Tale superficie limite può essere calcolata in prima
approssimazione considerando un singolo punto di contatto tra componente e
attrezzatura e successivamente estendere il calcolo per più punti di contatto.
L''approccio proposto per la determinazione della forza di serraggio risulta
purtroppo poco efficiente in quanto molto complesso e molto dispendioso a
livello di tempi di calcolo necessari.
In ogni caso appare evidente l''importanza di avere almeno una stima delle forze
che entrano in gioco durante le lavorazioni al fine di prevenire impedire
deformazioni eccessive dei componenti da realizzare e di trovare una
configurazione, disposizione dei pezzi adeguata, che possa garantire il rispetto
delle specifiche di progetto. Tra le cause principali di deformazione vi sono
forze di taglio o di serraggio eccessive, o dispositivi di fissaggio non abbastanza
rigidi tali da consentire spostamenti del pezzo sotto l''azione delle forze sopra
citate. Il metodo più comunemente utilizzato per analizzare la deformazione del
pezzo sottoposto alle forze di fissaggio e lavorazione è quello degli elementi
finiti (FEM). A tal proposito si possono ricordare studi intrapresi da Lee e Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 31 Haynes [Lee87], e da Pham e Lazaro [Pha90], i quali hanno studiato la
deformazione del pezzo, le forze di serraggio, gli elementi di fissaggio, la
distribuzione egli sforzi modellando il pezzo come un corpo deformabile. Negli
studi condotti da Lee e Haynes [Lee87] è stato sviluppato un software per lo
studio e la progettazione del sistema di bloccaggio al fine di guidare il
progettista di attrezzature nel suo compito di elaborare la giusta configurazione.
La configurazione ricercata è quella che minimizza la forza di serraggio, l''indice
di deformazione, lo sforzo massimo effettivo. Nell''approccio il pezzo è
modellato come un solido isotropo lineare elastico. Le forze di lavorazione sono
simulate da forze specifiche agenti su parte della superficie del componente. Il
sistema di bloccaggio è considerato formato da diversi elementi ognuno dei
quali in contatto con il pezzo in specifici aree di contatto. Viene considerato
l''attrito di tipo Coulombiano all''interfaccia pezzo-attrezzatura. Il software
elaborato è dotato di un programma che analizza il problema servendosi della
tecnica numerica degli elementi finiti, inoltre è provvisto di un''applicazione
grafica in grado di mostrare la configurazione indeformata e deformata del
componente. Tra le principali criticità dell''approccio vi è il fatto di considerare
l''attrezzatura di bloccaggio del pezzo durante la lavorazione come un corpo
rigido. Sarebbe più realistico trattare anche questi dispositivi di serraggio come
elementi deformabili. Certamente questo comporta una maggior complessità
dell''analisi. Un ulteriore aspetto critico è rappresentato dal modello utilizzato
per introdurre le forze di attrito all''interfaccia pezzo-attrezzatura; il modello
Coulombiano risulta semplificato, sarebbe interessante utilizzare altri modelli
che tengano conto dei cedimenti locali che possono avvenire all''interfaccia
pezzo-attrezzatura all''aumentare delle forze di serraggio applicate. Sempre tra
gli approcci si servono della tecnica numerica degli elementi finiti per arrivare
ad elaborare una corretta configurazione del sistema di bloccaggio ricordiamo i
già citati studi di Pham e Lazaro [Pha90]. Gli autori propongono una
metodologia basata sugli elementi finiti per lo studio del comportamento
elastico del componente montato sul sistema di bloccaggio al fine di localizzare
i punti di massima inflessione. L''approccio si serve del software I-DEAS
(Integrated Design and Analysis Software Engineering) originariamente
prodotto dalla SDRC (Structural Dynamics Research Corporation); prende in
esame il set di vincoli, le forze a cui è sottoposto il componente, la sua
geometria e le proprietà meccaniche del materiale con cui è costituito. Le
informazioni acquisite mediante l''analisi agli elementi finiti vengono
successivamente trasferite in un sistema esperto in grado di elaborare la
configurazione del sistema di bloccaggio.
In generale, sebbene le tecniche numeriche del tipo FEM possano aiutare a
capire il comportamento del pezzo- fixture, non sempre anch''esse risultano
accurate a causa della complessità del problema e delle ipotesi semplificative
introdotte in alcuni approcci. Rimangono comunque un buonissimo metodo per Capitolo 2 Stato Arte Progettazione e Configurazione Attrezzatura Pag. 32 poter verificare la bontà delle soluzioni di configurazione dell''attrezzatura
elaborate. 2.7 Conclusioni
Questo appena esposto è il contesto generale in cui si colloca il presente lavoro.
Da quanto riportato nei paragrafi precedenti è facile intuire la complessità e la
vastità del problema trattato. In particolare, come si evince dalla esposizione
della letteratura, la problematica della configurazione dell''attrezzatura legata al
setup planning svolge un ruolo centrale nel più ampio quadro di process
planning. Rappresenta una tematica aperta a nuovi studi e soluzioni. Nasce
l''esigenza di elaborare uno strumento di supporto in grado, per applicazioni
specifiche, di arrivare alla definizione e configurazione del sistema di
bloccaggio. A tal proposito, il presente lavoro si inserisce nell''ambito di uno
studio condotto presso il politecnico di Milano elaborato da Borgia, Matta e
Tolio [Bor10] volto ad sviluppare una metodologia per affrontare la
problematica del setup plan e pallet configuration. Esso si compone di una parte
di ottimizzazione effettuata utilizzando un modello matematico per
l''elaborazione di una soluzione relativa al problema della pallet configuration.
Alla procedura di riferimento, in cui, in modo indiretto, viene già considerata
l''attrezzatura vengono introdotti aspetti tipici del fixture design attraverso il
calcolo di alcuni indicatori che possono essere utilizzati come criterio di
valutazione ex ante dei possibili piazzamenti. In particolare si introducono degli
indicatori che non si occupano di aspetti cinematici, in quanto già considerati
all''interno dell''approccio di riferimento, ma che si premurano di fornire
indicazioni sulla ''bontà' delle superfici del pezzo considerato quali possibili di
superfici di staffaggio. Una volta ottenuta la soluzione ottimale tale
configurazione sarà verificata, mediante procedura di simulazione cinematica
(criterio di valutazione ex post), attraverso l''utilizzo di un software in grado di
riprodurre in ambiente virtuale le lavorazioni alla macchina utensile. Nel
proseguo della trattazione presenteremo in dettaglio quanto appena citato.


33 Capitolo 3
3. Problem Statement
3.1 Problem Statement
La configurazione dell''attrezzatura di bloccaggio pezzo durante le lavorazioni
per asportazione di truciolo rappresenta una problematica estremamente ampia e
complessa a causa dell''elevato numero di variabili che devono prese in
considerazione e che vanno ad interessare diversi aspetti: dalla realizzazione del
pezzo, alla configurazione del pallet, alle caratteristiche delle macchine utensili
a disposizione. A livello scientifico il problema risulta estremamente vasto e
complesso. Moltissimi sono gli studi e le ricerche intraprese negli ultimi anni
sull''argomento. Nonostante ciò, attualmente, non vi sono soluzioni rapide al
problema. Anche considerando applicazioni specifiche, non vi è ancora una
metodologia in grado di definire, in modo compiuto, la configurazione
dell''attrezzatura integrata alla parte di setup planning e pallet configuration. In
generale, l''elaborazione di una possibile soluzione risulta molto dispendiosa sia
a livello di costi sia a livello di tempi e sforzi computazionali necessari ad
elaborarla. In questo contesto nasce l''esigenza, in ambito scientifico, di indagare
e ricercare nuovi approcci per giungere a nuove soluzioni. Ma l''approccio
elaborato trova motivazioni anche di carattere industriale, va infatti nella
direzione di fornire una metodologia in grado di aumentare la flessibilità dei
sistemi di produzione con il fine di ridurre i tempi previsti per la configurazione
del sistema per quanto riguarda la scelta del sistema di bloccaggio. Oggi, infatti,
considerando le dinamiche del mercato, nel segmento della produzione di
componenti meccanici, ci si trova di fronte all''esigenza crescente di disporre di
sistemi di produzione flessibili tali da potersi adattare in modo rapido alle
caratteristiche sempre più complesse dei pezzi da produrre e ai numerosi
cambiamenti di produzione richiesti.
L''approccio sviluppato propone, dato un problema specifico di bloccaggio, di
un determinato componente, una metodologia capace di fornire un''indicazione
su quale configurazione di bloccaggio, ovvero quale attrezzatura, possa essere
preferibile rispetto a un''altra nella risoluzione del caso specifico esaminato.
Inoltre l''approccio consente, una volta generati uno o più possibili
posizionamenti di un determinato componete, di poter valutare qual sia il
''migliore' dal punto di vista dell''accuratezza di bloccaggio utilizzando una
specifica attrezzatura. Per arrivare a fare ciò si introducono, e calcolano, alcuni Capitolo 3 Problem Statement Pag. 34 indicatori che esprimono l''accuratezza del bloccaggio e del posizionamento di
un pezzo dato un determinato tipo di attrezzatura.
L''approccio prevede la produzione di una singola tipologia di pezzo realizzato
mediante processi che prevedono lavorazioni per asportazione di truciolo. La
metodologia prende in considerazione pezzi prismatici da lavorare in centri di
lavoro a controllo numerico. I pezzi vengono lavorati su pallet con il vincolo
che, in ogni faccia del pallet, siano montati pezzi nello stesso setup. I pallet
utilizzati sono di tipo Tombstone [ISO 8526].
















Figura 3.1 Esempi pallet tipo Tombstone [ISO 8529]
Si considerano attrezzature di bloccaggio pezzo modulari in quanto esse
risultano estremamente versatili a causa dello loro capacità di adattarsi, con
poche modifiche, a produzioni diverse. L''approccio è ottimizzato per centri di
lavoro a controllo numerico tipo ''general purpose' a quattro assi con tavola
rotante. Il problema affrontato è la configurazione dell''attrezzatura di
bloccaggio durante la fase di process planning.









Capitolo 3 Problem Statement Pag. 35
















Figura 3.2
Esempio centro di lavoro CNC 4-assi con tavola rotante [Bor10].
Si suppone di avere in input un ciclo di lavorazione composto da una sequenza
di lavorazioni formalizzate sulla base dello standard ISO 14649 STEP-NC in
Workingstep [ISO 14649]. Ogni lavorazione è vista come un oggetto contenete
informazioni sia di tipo geometrico (e quindi legate al volume di truciolo da
asportare) sia di natura tecnologica (parametri di taglio, strategie di lavorazione,
G-code). Ad ogni lavorazione è associata una direzione d''accesso dell''utensile
(TAD: Tool Acces Direction) che indica la direzione di lavoro. ' prevista la
presenza di lavorazioni alternative in termini di direzione d''acceso dell''utensile,
tipologia dell''utensile previsto e strategia di lavorazione. Si considera la
presenza di vincoli di precedenza tecnologica e tolleranza tra le diverse
lavorazioni. Il primo tipo di vincolo riguarda l''imposizione di eseguire
un''operazione prima di un''altra; infatti l''ordine di esecuzione delle lavorazioni
può influire sulla qualità finale del pezzo e sulla fattibilità delle lavorazioni. Se
due Workingsteps sono legati da un vincolo di precedenza, il primo di essi sarà
assegnato ad un piazzamento precedente o coincidente con il setup in cui è
previsto il secondo Workingstep. Il secondo tipo di vincolo, ossia la tolleranza,
fa riferimento ad un vincolo ''forte' ed impone che due operazioni siano
eseguite durante lo stesso setup. Inoltre, nella soluzione del problema vengono
presi in considerazione vincoli derivanti dalla presenza del sistema di
bloccaggio.
L''approccio proposto ha, in sintesi, due obiettivi ed un corollario:
1 Indicare le possibili attrezzature di bloccaggio che possano essere utilizzate
per il caso specifico analizzato. Capitolo 3 Problem Statement Pag. 36 2 Generare e valutare i possibili posizionamenti e bloccaggi del pezzo con le
attrezzature proposte allo scopo di fornire un''indicazione sulla bontà e
l''accuratezza del bloccaggio scelto. (Si fornisce, di fatto, una valutazione
quantitativa dei vari posizionamenti e bloccaggi).
Corollario: Individuare i posizionamenti e bloccaggi del pezzo infattibili ovvero che non consentano il corretto processamento del pezzo in macchina a causa, ad
esempio, di inflessioni che non garantiscano l''accuratezza richiesta, oppure di
sbalzi eccessivi ecc).
3.2 Formalizzazione e descrizione delle informazioni produttive:
lo standard STEP-NC (ISO 14649)
Come già detto in precedenza, la configurazione del sistema di bloccaggio
dipende fortemente dall''analisi del problema produttivo (manufacturing
requirements evaluation). Tale analisi può essere ulteriormente ripartita in una
fase relativa alle richieste di lavorazioni dei pezzi (operation requirements) e in
una fase comprendente le esigenze produttive (manufacturing requirements).
La descrizione delle lavorazioni meccaniche può essere formalizzata tramite
STEP-NC. STEP-NC è l''acronimo dello standard ISO 14649, concepito per lo
scambio di informazioni tra sistemi CAD/CAM e CNC. Tale standard consente
la descrizione sia della geometria del pezzo, sia del processo tecnologico e
prevede un linguaggio di programmazione orientato agli oggetti.
La scelta di orientarsi verso questo standard, nel presente lavoro, è giustificata
dalla possibilità di fare riferimento ad una struttura dati completa ed omogenea,
adatta alla rappresentazione delle informazioni geometriche e tecnologiche dei
pezzi da lavorare.
STEP-NC definisce tre entità logiche fondamentali: manufacturing feature,
operation e Workingstep. In particolare la manufacturing feature è un entità
geometrica del pezzo ed indica un volume di materiale da asportare dal grezzo
per ottenere il pezzo finito. Le operations comprendono le informazioni
tecnologiche necessarie all''ottenimento del pezzo finito. Una Machining feature
può richiedere una o più operations per essere realizzata, e, una stessa operation
può essere associata a più features. Infine i workingsteps sono classi elementari,
strutture dati complete e modulari, che contengono sia le machining features
(geometrical data) che le machining operations (machining data) e identificano
una precisa azione che la macchina utensile deve compiere sul pezzo.
Bisogna notare come lo standard ISO 14649 STEP-NC fornisca un modello di
dati soltanto per informazioni che riguardano il prodotto e il processo; una
nuova sezione dedicata ai dati di sistema è stata di recente sviluppata in studi
sintetizzati in un paper di Borgia, Matta, Tolio [Bor12]. Questo nuovo modello
di dati permette di gestire gli aspetti che riguardano la configurazione del
sistema di produzione. Infatti, in una visone complessiva, la configurazione Capitolo 3 Problem Statement Pag. 37 dell''attrezzatura dei pezzi bloccati sul pallet può essere vista come uno step
all''interno della generica attività di configurazione di sistema. In particolare è
stata introdotta l''informazione relativa al pallet e alla sua geometria le parti che
contiene la configurazione del pallet e il setup dei pezzi montati su di esso fig.


















Figura 3.3 Proposta di frame work per i dati di pallet.
L''approccio elaborato si colloca all''interno di una procedura sviluppata in studi
condotti da Borgia, Matta e Tolio [Bor10]. Tale approccio è proposto per la
risoluzione del problema di setup planning e pallet configuration. L''idea
principale è quella di proporre l''introduzione di metodi per la configurazione
dell''attrezzatura di bloccaggio oggetto della presente tesi all''interno di una
procedura di process planning consolidata. In particolare di inserire, all''interno
di tale procedura di riferimento, strumenti indicatori per la valutazione delle
attrezzature e della bontà di bloccaggio per un determinato orientamento.






38 Capitolo 4
4. Approccio Proposto
4.1 Introduzione
Nei capitoli precedenti abbiamo focalizzato l''attenzione sulla problematica della
progettazione e configurazione dell''attrezzatura mostrando quanto questa
materia sia estremamente ampia e complessa oggetto di vari studi sviluppati, in
particolar modo, negli ultimi anni. Essa si inserisce nell''ambito più generale del
process planning e affronta diverse criticità come il setup planning e la pallet
configuration andando quindi a toccare diversi aspetti critici tipici dei sistemi di
produzione. In questo capitolo introdurremo la metodologia proposta per la
configurazione dell''attrezzatura oggetto del presente lavoro di laurea.
L''approccio si pone l''obiettivo di fornire procedure e criteri adatti alla scelta,
alla determinazione e alla valutazione della configurazione del sistema di
bloccaggio. I criteri introdotti si integrano all''interno di una procedura esistente
(di riferimento) per l''elaborazione del setup planning e della pallet configuration
sviluppata in studi condotti da Borgia, Matta e Tolio [Bor10].
Nel proseguo del capitolo vedremo in dettaglio l''introduzione all''approccio di
riferimento, successivamente sarà presentato l''approccio elaborato con
particolare attenzione agli indicatori introdotti. La fase conclusiva di verifica
della configurazione elaborata (orientamento del pezzo e attrezzatura), resa
possibile grazie all''utilizzo di un software in grado di effettuare una simulazione
cinematica di ciò che accade durante le lavorazioni alla macchina utensile sarà
oggetto dell''approfondimento riportato nell''Appendice A.
4.2 Approccio di Riferimento
L''approccio di riferimento, sviluppato in studi condotti da Borgia, Matta e Tolio
[Bor10], si colloca a livello di process planning e mira ad elaborare una
metodologia per la risoluzione del problema della configurazione di un centro di
lavoro; in particolare affrontando la problematica del setup planning e della
pallet configuration. Si compone di quattro passi principali e può essere
schematizzato come illustrato nella figura seguente (fig.4.1).
Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 39

















Figura 4.1
Schema generale approccio di setup plan e pallet configuration proposto da Borgia, Matta, Tolio [Bor10].

La metodologia di riferimento tratta la lavorazione di features prismatiche 2½ D
[ISO 14649] in componenti di forma prismatica. Le lavorazioni effettuate sono
convenzionali per asportazione di truciolo, eseguite in centri di lavoro a
controllo numerico, tipo ''general purpose' a quattro assi con tavola rotante.
Vengono considerati pallet di tipo Tombstone [ISO 8526]. Gli obiettivi
dell''approccio sono la ricerca del numero minimo di setup e dei rispettivi
orientamenti (legati ai setup) necessari per processare la parte considerata; la
scelta del pattern di componenti in grado di massimizzare la saturazione della
faccia del pallet. Per capire meglio come si possa arrivare al raggiungimento di
questi obiettivi prendiamo in esame, in modo riassuntivo, i vari punti che
compongono l''approccio. L''input della metodologia è rappresentato dal progetto
3D del componente da realizzare (Workpiece) descritto secondo lo standard ISO
14649-STEP-NC [ISO 14649].
Nel primo passo (Data Formalization) vengono estratte tutte le informazioni a
partire dal modello CAD 3D del pezzo. In particolare si definiscono le
caratteristiche di prodotto e processo secondo il già citato standard ISO 14649
STEP-NC. Per fare ciò viene utilizzato uno strumento di supporto, un software
CAM, per il riconoscimento delle geometrie dei volumi da asportare, per la
definizione della tecnologia e del ciclo di lavoro. A questo software, viene
associata un''applicazione in grado di trasformare i dati, definiti col CAM,
memorizzati all''interno dello stesso in formato proprietario, negli oggetti propri
della struttura dati ISO 14649 orientata a STEP-NC. Tale programma detto di Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 40 ''Workpiece setup', ossia di setup del pezzo, è elaborato ad hoc presso il
Politecnico di Milano. Tutto questo si traduce, nella identificazione di quelle
entità, chiamate Machining Workingstep, definite dalla ISO 14649, come
associazione di una Machining Features ad una Machining Operation. Ad ogni
lavorazione è associata una direzione d''accesso dell''utensile (TAD: Tool Access
Direction) che indica la direzione di lavoro. L''approccio tiene conto della
possibile presenza di lavorazioni alternative in termini di direzione d''acceso
dell''utensile e quindi considera MWs alternativi.
La seconda fase (Feasible Orientation/ Pattern generation) prevede
l''elaborazione dei dati di definiti al passo precedente allo scopo di esplorare,
mediante analisi combinatoria, tutti i possibili orientamenti del pezzo. Questo
step è composto da due fasi: generazione dei possibili orientamenti, generazione
dei patterns. In questa fase (dell''approccio di riferimento) l''attrezzatura viene
considerata in modo indiretto. Essa è presa in esame valutando la normale al
piano di battuta del pallet. Per poter definire gli orientamenti bisogna valutare
l''interazione attrezzatura componente. Dal punto di vista del pezzo, si considera
la normale alla possibile superficie staffabile. Per generare delle superfici si
devono allineare due assi solidali con il pezzo, espressi con coseni direttori, ad
altri due assi di un sistema di riferimento esterno: quello dell''attrezzatura.
Questo significa che si hanno due direzioni proprie del pezzo: le direzioni di
accesso delle features e le direzioni normali alle superfici staffabili. Partendo da
queste considerazioni e, definendo un orientamento standard del componente,
rispetto al quale esprimere sia le direzioni di accesso sia le normali alle
superfici, possiamo avere tre strategie per generare gli orientamenti. Prima
strategia: si allinea la normale alla superficie di staffaggio del pezzo alla
normale al piano di battuta della fixture considerando, all''inizio, una sola
superficie staffabile e implementando un ciclo per considerare tutte le altre.
Contemporaneamente si allinea una direzione d''accesso al mandrino. C''è poi
una seconda strategia adatta solo alle features assial-simmetriche. Per generare
gli orientamenti si fa in modo che l''asse di simmetria del pezzo sia allineato,
non tanto al mandrino, quanto più che esso (asse di simmetria) giaccia nel piano
individuato dalla normale alla superficie di battuta dell''attrezzatura. Questo fa si
che tutte le direzioni di accesso, normali all''asse di simmetria, possano essere
visibili dal mandrino orizzontale. Vi è poi la terza strategia che considera delle
direzioni di accesso oblique e allinea tali assi al mandrino. Il fatto di allineare
una sola direzione ad un''altra comporta la generazione di infiniti orientamenti;
in questo caso, partendo dalla posizione di riferimento, l''approccio va a
prendere quella considerata ''più vantaggiosa'. Si ipotizza, quindi, per giungere
alla determinazione del pattern, di fissare i pezzi sul pallet allineandoli in righe e
colonne come avviene nella maggior parte dei casi reali. Per ogni possibile
orientamento del pezzo vengono considerate tutte le disposizioni fattibili che
seguono un reticolo rettangolare. Per poter arrivare all''enumerazione delle Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 41 possibili configurazioni si rendono necessarie alcune informazioni aggiuntive
che riguardano la dimensione e il tipo di pallet scelto e la distanza minima tra i
componenti staffati, al fine di considerare anche l''ingombro del sistema di
bloccaggio. A valle della generazione dei possibili orientamenti viene fatta
un''analisi di visibilità al fine di generare una matrice di visibilità in funzione
dell''orientamento, del pattern, e della direzione di lavorazione.
Nel terzo passo dell''approccio di riferimento (Setup planning/ Pallet
configuration), viene introdotto il modello di setup planning e pallet
configuration al fine di definire il setup ottimo e il pattern ottimo tra tutte le
possibili configurazioni generate al passo precedente. Le variabili decisionali
(output della procedura) sono: il setup e il pattern ottimo, l''assegnamento delle
direzioni di lavorazione ai setup e l''assegnamento dei MWs ai setup. Gli input
sono rappresentati da un set di dati composto da: set di orientamenti, set di
pattern, set di lavorazioni, set di MWs e dalla matrice di visibilità. Il modello
lavora sugli ''User Machining Workingstep' ovvero su un determinato MWs
scelto tra MWs alternativi. La soluzione del problema, viene ottenuta
utilizzando un modello di ottimizzazione di tipo matematico. Il problema è
rappresentato attraverso un modello di programmazione lineare mista intera che
può essere facilmente risolto attraverso tradizionali algoritmi di ottimizzazione.
Il modello di ottimizzazione è gestito da un euristico esterno. La metodologia
fornisce la soluzione ottimale insieme ad altre possibili soluzioni ottimali (a
livello di valore della funzione obiettivo) o sub ottimali con valori inferiori della
funzione obiettivo.
La quarta e ultima fase del metodo elaborato ha il solo scopo di tradurre e
memorizzare il risultato numerico nella struttura dei dati del problema (Optimal
setup solutions).
Questa appena esposta è, in sintesi, la procedura di riferimento elaborata da
Borgia, Matta e Tolio [Bor10] al fine di affrontare e risolvere la problematica
del setup planning e di pallet configuration. Nel paragrafo seguente vedremo
come si articola l''approccio metodologico sviluppato nel presente lavoro di
laurea. 4.3 Metodo Proposto per la Configurazione dell''Attrezzatura
L''approccio elaborato per la scelta e la configurazione dell''attrezzatura, oggetto
del presente lavoro di laurea, si inserisce, nello studio descritto al paragrafo
precedente (paragrafo 4.2). Ovviamente, per ottenere gli obiettivi preposti, ci si
serve di alcuni passi e risultati forniti dall''approccio di Borgia, Matta e Tolio
[Bor10]. Nel proseguo della trattazione esamineremo più in dettaglio tutti gli
steps necessari per giungere alla soluzione del problema.
Richiamiamo ora, in modo sintetico, quanto dettagliatamente esposto nel terzo
capitolo (problem statement) ed, in particolare, ricordiamo che la metodologia
tratta la lavorazione di features prismatiche 2½ D [ISO 14649] in componenti di Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 42 forma prismatica. Le lavorazioni effettuate sono convenzionali per asportazione
di truciolo, eseguite in centri di lavoro a controllo numerico, ''general purpose' a
quattro assi con tavola rotante. Vengono considerati componenti della stesso
codice staffati su pallet di tipo Tombstone [ISO 8526]. Per capire meglio la
procedura nella figura seguente (fig.4.2) riportiamo lo schema generale della
metodologia proposta.


















Figura 4.2 Schema generale della metodologia per la determinazione della configurazione dell''attrezzatura.

Da un confronto tra lo schema logico riportato nella figura 4.2 e quello della
procedura di riferimento (figura 4.1) possiamo notare l''introduzione di alcuni
blocchi specifici dell''attrezzatura: ''Fixture Design Criteria' e ''Fixture Module'
e di un anello in retroazione reso possibile dalla presenza del processo di
simulazione cinematica (''Simulation with phisical fixture 3D Model').
Introduciamo ora l''algoritmo elaborato che utilizza e si integra con la procedura
di riferimento. Esso segue lo schema logico riportato nella figura seguente
(figura 4.3).







Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 43








































Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 44








































Figura 4.3 Schema logico dell''algoritmo elaborato Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 45 L''input è rappresentato dal modello 3D del pezzo (Workpiece) definito secondo
lo standard ISO 14649 orientato a STEP-NC [ISO 14649]. Dal modello CAD
3D vengono estratte tutte le informazioni necessarie. Tale analisi del
componente viene eseguita utilizzando un software CAM e un software di
Workpiece Setup sviluppato, ad hoc, presso il Politecnico di Milano. In
particolare si definiscono le caratteristiche di prodotto e processo secondo il già
citato standard ISO 14649 STEP-NC oltre ad informazioni proprie del pezzo ad
esempio tolleranze geometriche. Ad ogni lavorazione, si fa corrispondere una
direzione d''accesso dell''utensile (TAD: Tool Access Direction) che ne indica la
direzione di lavoro. L''approccio tiene conto della presenza di lavorazioni
alternative in termini di direzione d''acceso dell''utensile e quindi prevede la
possibilità di aver MWs alternativi. Molto importante in questa fase è la
definizione delle possibili superfici di staffaggio scelte tra tutte le superfici del
componente.
Una volta definita e verificate la sequenza di Machining Workingsteps, le
informazioni di carattere tecnologico riguardanti vincoli di precedenza e
tolleranza e le scelte le possibili superfici di staffaggio, per completare i dati in
input vanno introdotti i modelli virtuali delle attrezzature di bloccaggio. Solo
così l''input della procedura risulta completamente definito e concluso.
A questo punto, l''operatore è chiamato a scegliere, per ogni possibile superficie
di staffaggio, l''attrezzatura di bloccaggio più adatta tra vari tipi di attrezzature
standard modulari contenute in una determinata libreria (Fixture Module).
Appena a valle di questa fase vengono introdotti tutti gli orientamenti del
componente elaborati utilizzando la metodologia di riferimento al passo
''Feasible Orientation/Pattern generation'. Dapprima vengono generati tutti i
possibili orientamenti e quindi, successivamente, i patterns su ogni faccia del
pallet, secondo il criterio esposto al capitolo precedente, tenendo conto, in modo
implicito, del sistema di bloccaggio e delle caratteristiche del centro di lavoro su
cui verrà processata la parte (Machine Architecture).
Una volta generati tutti i possibili orientamenti e quindi, definite tutte le
configurazioni (orientamento del pezzo a cui è associata l''attrezzatura), tali
configurazioni vengono valutate sulla base di alcuni criteri ex ante di definizione
dell''attrezzatura introdotti (fixture design criteria). A questo punto si
introducono i criteri ex ante di definizione dell''attrezzatura, allo scopo di
considerare in modo esplicito il sistema di bloccaggio e di poter così introdurre
un ulteriore parametro di valutazione delle configurazioni generate. L''obiettivo
principale è quello di riuscire ad avere degli indicatori che, data una determinata
configurazione del pezzo, riferito al pallet per mezzo di una specifica superficie,
utilizzando opportuni organi di bloccaggio, ci consentano di valutare la
configurazione e ci possano indicare, a priori, se vi siano metodi di bloccaggio
più vantaggiosi, considerando, ad esempio, superfici di localizzazione
alternative. Per fare ciò, si introducono indicatori che non si occupano di aspetti Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 46 cinematici (in quanto già considerati all''interno dell''approccio di riferimento),
ma che si premurano di fornire indicazioni sulla ''bontà' delle superfici del
componente quali possibili superfici di staffaggio sulla base di considerazioni di
carattere geometrico (valutando le superfici all''aria e i vincoli di tolleranza
imposti), e di carattere ''dinamico' (valutando le possibili inflessioni del
componente causate dalle forze che si sviluppano durante le lavorazioni). Il
primo indicatore introdotto associato alle caratteriste geometriche del pezzo è
chiamato ''Locating Factor' [Cai08] mentre il secondo è un mero calcolo
manuale della possibile inflessione del pezzo, in conseguenza delle forze che si
generano durante le lavorazioni, in alcune configurazioni (scelte tra tutte quelle
possibili elaborate dalla metodologia di riferimento) considerate maggiormente
rilevanti dal punto di vista dell''inflessione. Vedremo, in dettaglio, nei paragrafi
successivi, gli indicatori introdotti al fine di valutare le possibili configurazioni.
Una volta calcolati tutti gli indicatori e, avendo eliminato eventuali
configurazioni infattibili dal punto di vista dell''inflessione, servendoci della
metodologia di riferimento, applicando la fase di ''Setup Planning/ Pallet
Configuration' si procede all''ottimizzazione matematica al fine di trovare, tra
tutte le configurazioni rimaste, quella ottima ossia tale da garantire i livelli di
accuratezza, minimizzazione del numero di setup e saturazione del pallet
desiderati.
Dopo aver elaborato l''ottimizzazione, la configurazione scelta sarà quella con il
valore maggiore di Locating Factor associato alla superficie di riferimento
ottenuta. Tale soluzione (pezzo e attrezzatura di bloccaggio decisa in
precedenza) verrà modellata tramite software VERICUT al fine introdurre
eventuali organi di bloccaggio ausiliari. A questo punto, dopo aver elaborato il
part-program di pallet (utilizzando un software CAM) si introduce un ulteriore
criterio di verifica della configurazione (ex post) per controllarne la fattibilità
considerando l''orientamento e le attrezzature scelte. Tutto ciò viene fatto
attraverso un approccio di simulazione cinematica reso possibile grazie
all''utilizzo di un software, (VERICUT prodotto dalla CG Technology), che ci
consente di verificare il part-program prima che esso venga processato e, più in
generale, capace di simulare, in ambiente virtuale, ciò che accade durante le
lavorazioni alla macchina utensile. Una volta terminata la simulazione si valuta
l''eventuale presenza di infattibilità: collisioni tra mandrino e attrezzatura o tra
utensile e attrezzatura. Si valuta inoltre se la configurazione simulata sia in
grado di fornire prodotti finiti senza errori (ossia se il ciclo sia stato definito
correttamente). A questo punto, nella procedura, viene introdotto un loop in
retrazione. Infatti, qualora, durante la simulazione, dovessero emergere problemi
tali da giudicare infattibile la configurazione esaminata, il procedimento
riprende andando a considerare una nuova configurazione del pallet tra quelle
disponibili. La procedura termina nel caso in cui non vi siano soluzioni fattibili
per il caso esaminato, oppure, giungendo ad una soluzione ottima (verificata) del Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 47 problema. ' possibile che la soluzione ottima non sia unica e che vi siano altre
soluzioni ottime sotto il profilo del valore assunto dalla funzione obiettivo.
Quando questo valore si abbassa la soluzione non è più ottima; ricordiamo
infine che il modello di ottimizzazione è gestito da un euristico esterno che
fornisce possibili soluzioni sub ottime comunque potenzialmente accettabili.
Questo appena introdotto è lo schema logico in cui si articola il modello
proposto per la determinazione della configurazione dell''attrezzatura. Nei
prossimi paragrafi concentreremo l''attenzione nell''esame dei criteri ex ante
dell''attrezzatura introdotti (presentazione e calcolo indicatori). 4.3.1 Criteri Ex Ante di Definizione dell''Attrezzatura
In questa sezione esporremo alcuni indicatori, ricavati utilizzando criteri propri
della progettazione dell''attrezzatura, parte essenziale dell''approccio di
configurazione del sistema di bloccaggio elaborato. Come citato nel secondo
capitolo, in letteratura, sono stati sviluppati approcci e definiti alcuni parametri
per lo studio delle superfici del componente da realizzare, al fine di classificarle
in base alla loro possibilità di diventare piani di staffaggio, da portare in battuta
sul pallet o essere utilizzate come primo piano di riferimento e prevedere la
disposizione su di esse dei tre blocchi previsti dal metodo di fissaggio pezzo
denominato ''3-2-1' o da altri criteri di bloccaggio equivalenti. A tal fine,
utilizzeremo l''approccio proposto da Cai et al. [Cai08] per il calcolo di un
indicatore denominato Locating Factor (abbreviato anche con ''lf'). Inoltre
proporremo un approccio analitico per il calcolo delle possibili inflessioni del
pezzo dovute all''azione delle forze e coppie che si generano durante le
lavorazioni e a cui è sottoposto il componente. Per quanto riguarda il calcolo
delle forze e coppie di lavorazione si farà riferimento ad una stima di massima
di queste ultime tenendo conto del tipo di lavorazione da eseguire e del centro di
lavoro in cui vengono effettuate. Nel proseguo della trattazione illustreremo
quanto qui solo accennato.


Indicatore: Locating Factor
Seguendo l''approccio proposto da Cai et al. [Cai08] vediamo ora di introdurre
l''indicatore denominato ''Locating Factor' (lf) al fine di classificare le superfici
all''aria del componete secondo la possibilità di diventare superfici di staffaggio,
adatte quindi ad essere portate in battuta sul pallet o utilizzate come primo piano
di riferimento e prevedere su di esse l''alloggiamento dei dispositivi di
localizzazione come previsto dal criterio di bloccaggio denominato ''3-2-1' o
simili. Tale indicatore risulta molto interessante in quanto, calcolato per ogni
superficie del pezzo da realizzare, ci fornisce un''indicazione dell''efficacia di
tale superficie come possibile piano di bloccaggio del componente. L''indicatore
''lf' viene quindi definito allo scopo di ricercare le PLS ovvero le Primary Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 48 Locating Surfaces ovvero le superfici principali di localizzazione.
Nell''approccio proposto da Cai et al. [Cai08] le PLS vanno ricercate tra le
superfici piane del componente non oggetto diretto di lavorazione, tra le
superfici che garantiscono l''accessibilità in direzione normale, tra le superfici
con un''estensione sufficiente a consentire un ''buon' ancoraggio.
L''espressione del Locating Factor proposta da Cai et al. [Cai08] è la seguente:








Equazione 1 Espressione per il calcolo del Locating Factor. Approccio di Cai et al. [Cai08]
I termini che lo compongono sono i seguenti:
= k indice della k-esima possibile superficie principale di localizzazione (PLS) = K insieme di tutte le possibili PLS = k A area della k-esima superficie espressa in [ 2 mm ] = k T grado di accuratezza generalizzato o Tolerance Factor associato alla k- esima superficie = A W peso utilizzato per modulare il contributo dell''area = T W peso utilizzato per modulare il contributo della tolleranza generalizzata = max A massimo valore dell''area assunto all''interno delle K superfici (espresso in [ 2 mm ]) = max T massimo valore del grado di accuratezza generalizzato assunto all''interno delle K superfici. Adimensionale

Come si evince dai parametri con cui è definito, il valore di Locating Factor è il
risultato di un''analisi ponderata tra il contributo dovuto l''area di ogni superficie
(possibile PLS) e le relazioni di tolleranza previste tra le superfici possibili PLS
e le features di lavorazione necessarie alla completa realizzazione del
componente. Il legame tra i due contributi (di area e di tolleranza) è di somma
mentre risulta più forte il legame di moltiplicazione tra i pesi A W e T W e i rispettivi rapporti ) / ( max A A k e ) / ( max T T k . Le aree delle possibili superfici di riferimento vengono determinate in relazione alla geometria del componente
considerato. In generale si fa l''ipotesi di considerare una superficie equivalente
di staffaggio (ad esempio considerando la proiezione della superficie stessa su )) / ( ) / ( ( max )) / ( ) / ( ( max max max max T T W A A W T T W A A W l k T k A K k k T k A f + + = '' Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 49 un piano). Tali superfici di riferimento possono essere aumentate o decrementate
(in percentuale) sulla base di determinate geometrie che si possono trovare sulla
superficie stessa quali ad esempio scanalature, tasche, sporgenze ecc. Nel caso
di pezzi con superfici semplici, ben delimitate, il valore dell''area può essere
determinato attraverso il semplice calcolo geometrico. Nel caso invece di parti
simmetriche, in cui le facce sono a due a due uguali tra di loro, si può anche fare
un''approssimazione considerando la bounding box. I valori di Tk (Tolerance
Factor (Tf) o grado di accuratezza generalizzato) possono essere ricavati tramite
approcci diversi, in particolare da ricercare tra quegli studi che propongono
indicatori in grado di considerare, in un unico valore, tipi diversi di tolleranze,
ad esempio quelli elaborati in studi condotti da Boerma et al. [Boe88], [Boe89]
oppure da Ma, Li, Rong [Ma99] o da Huang [Hua03].
Proseguendo in una valutazione generale dell''equazione 1 possiamo vedere
come essa risulti non lineare in quanto, a denominatore, compare una funzione
di massimo, da ricercare tra i valori calcolati a numeratore; ciò fa si che ''lf'
possa assumere, come estremo superiore, il valore unitario. Inoltre per un dato
set di superfici possibili PLS ne esiste sempre una con valore di Locating Factor
uguale ad 1. Per quanto riguarda il valore da assegnare ai pesi va esaminato con
attenzione in accordo al caso specifico considerato. In generale, è possibile
eseguire un''analisi di sensitività per avere un''idea di come varia il valore del
''Locating Factor' (lf) al variare del peso assegnato all''area e alla tolleranza.
Riprenderemo questo concetto nel capitolo successivo in una sezione dedicata
alla valutazione del ''Locating Factor' (lf). (Capitolo 5.2)
In generale l''indicatore proposto elaborato da Cai et alt. [Cai08] fornisce buone
indicazioni per la valutazione delle possibili PLS, ovvero, per guidare la scelta
delle superfici di staffaggio da portare in battuta sul pallet o essere utilizzate
come primo piano di riferimento e prevedere la disposizione su di esse dei tre
blocchi previsti dal metodo di bloccaggio denominato ''3-2-1' o da altri criteri di
bloccaggio. Appare però vincolato all''applicazione specifica. Infine, va
ricordato che, tale fattore, nasce per essere applicato a componenti di forma
prismatica.

Considerazioni sul Calcolo del Tolerance Factor:
Esaminiamo ora il problema della tolleranza. Ricordiamo, in questa sezione,
quanto già esposto al capitolo due (capitolo 2.6.1). Esistono diversi tipi di
tolleranza divisi in due grandi classi: tolleranza dimensionale e tolleranza
geometrica. La tolleranza geometrica, a sua volta, può essere divisa in altre
quattordici categorie secondo quanto previsto dall''ANSI [ANSI] (parallelismo,
perpendicolarità, angolarità, posizione, forma, concentricità ecc). Le tolleranze
dimensionali, a loro volta, possono essere suddivise in due tipologie: quelle che
appartengono alla categoria dei ''limiti dimensionali' (ad esempio specifiche
dimensionali sul diametro di un cilindro o di un foro) e quelle che non fanno Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 50 parte di questa categoria (ad esempio l''imposizione di una determinata distanza
tra due superfici parallele). Per definizioni specifiche sui vari tipi di tolleranza
rimandiamo alla consultazione del manuale dell''ingegnere meccanico (Sezione
9.10 e successive) [And05] e delle norme previste dall''ANSI [ANSI Y14.5M].
Appare evidente la necessità di sviluppare mezzi che ci consentano di
confrontare tolleranze diverse in un unico valore. Questo compito è impegnativo
in quanto non vi sono misure standard definite dall''ANSI per poter esprimere in
modo univoco diversi tipi di tolleranze. Allo scopo di definire indicatori in
grado di accumunare, in un unico valore, diversi tipi di tolleranza in letteratura
sono stati intrapresi diversi studi, possiamo ricordare quelli, già citati, di Boerma
e Kals basati su analisi geometriche [Boe88] [Boe89] oppure di Ma e al. [Ma99]
o altri ancora analitici più rigorosi e in grado di considerare un numero maggiore
di tipi di tolleranza ad esempio quelli introdotti da Huang et alt. [Hua03]. Cai,
nello studio condotto sul Locating Factor [Cai08], suggerisce l''utilizzo
dell''approccio di Boerma e Kals [Boe88] [Boe89] per la determinazione di un
valore di tolleranza generalizzato. In questa sede, la metodologia sviluppata da
Boerma e Kals [Boe88] [Boe89] risulta valida e abbastanza semplice da
utilizzare. Vediamo ora, più in dettaglio, questo approccio. Gli autori hanno
introdotto l''utilizzo di un indicatore, detto Tolerance Factor (Tf) (indicato anche
con Tk se associato alla k-esima superficie possibile PLS), in grado di
accumunare diversi tipi di tolleranze geometriche in un unico valore. Tale
indicatore viene calcolato considerando soltanto vincoli di tolleranza geometrica
e, nello specifico, di perpendicolarità, parallelismo e concentricità. In generale,
la tolleranza può essere associata a errori causati dal disallineamento lungo le tre
direzioni principali. Nel caso di errori di disallineamento di traslazione questi
possono essere compensati dal controllo della macchina utensile; mentre nel
caso di errori angolari, questi ultimi non possono essere compensati e quindi
risultano più rilevanti. Il calcolo dell''indicatore introdotto da Boerma e Kals
[Boe88] [Boe89] prende in esame errori di posizionamento angolari.
Introduciamo ora il calcolo del Tolerance Factor. Si inizia con la definizione
delle superfici del pezzo dette di riferimento (possibili superfici di staffaggio)
indicate con il nome di Reference Face o References Features (REF), quindi si
prosegue prendendo in considerazione le features di lavorazione giudicate
maggiormente significative e prese come riferimento: dette Tolerance Feature
(TOF), aventi legami di tolleranze con le Reference Features (REF). Infine, si
impone il valore di tolleranza indicato con VAL. Tale valore (VAL) rappresenta
la massima deviazione ammissibile dall''esatta relazione (parallelismo,
perpendicolarità) tra le TOF e le REF. Il Tolerance Factor (Tf) è quindi definito
come il massimo valore ammissibile che può assumere l''angolo di
disallineamento di una determinata superficie Reference Feature (REF) rispetto
ad una lavorazione con vincolo di tolleranza Toleranced Feature (TOF). Una Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 51 relazione di tolleranza è convertita nel Tolerance Factor dividendo il valore di
VAL per una lunghezza rappresentativa.

Tolerance Factor = Tf = VAL/L

Equazione 2
Espressione del Tolerance Factor
In particolare notiamo che una volta imposto un determinato valore del
parametro ''VAL' si impone la massima deviazione accettabile tra due superfici
legate da vincolo di parallelismo, perpendicolarità ecc. Questa deviazione
comporta un''inclinazione tra Tolerance Feature (TOF) e Reference Feature
(REF). Il valore del Tolerance Factor è quindi il valore della tangente
geometrica di questo angolo. Vediamo di chiarire quanto esposto utilizzando
l''esempio pratico riportato dagli stessi autori [Boe88]. Ed in particolare vediamo
come cambia la lunghezza significativa L. Esaminiamo il caso della figura
seguente (figura 4.4).













Figura 4.4 Componente introdotto come esempio per il calcolo del Tolerance Factor [Boe88].
Denominiamo, con il numero ''1', la superficie di riferimento Reference Feature
(REF); indichiamo con il numero ''3' una feature di lavorazione (supponiamo
spianatura) detta Tolerenced Feature (TOF) (area in grigio). Nel caso indicato, il
vincolo di tolleranza tra le due superfici REF e TOF (ovvero 1 e 3) è di
parallelismo di valore 0,05. Quindi gli autori impongono che lo scostamento
massimo in direzione Y uscente dalla superficie 3 sia pari a 0,05 mm. Con tale
valore viene identificato il parametro VAL. Tale parametro cambia a seconda
del grado di accuratezza imposto e del tipo di vincolo (parallelismo,
perpendicolarità, concentricità) considerato. Inoltre l''orientamento e la
posizione di VAL varia a seconda della TOF considerata. Il calcolo del Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 52 Tolerance Factor procede dividendo il valore di tolleranza assegnato, ''VAL'
(nel caso considerato pari a 0,05 mm) per la lunghezza di riferimento in questo
caso data dalla somma vettoriale delle dimensioni della superficie TOF
considerata, come rappresentato nella figura seguente (figura 4.5). Questo
procedimento porta al calcolo del massimo valore di disallineamento tra le
feature REF e TOF considerate (Tolerance Factor) nel caso di vincoli di
parallelismo o perpendicolarità tra le superfici. Nel caso invece di concentricità
il valore di Tolerance Factor coincide con quello della rotazione calcolata lungo
la direzione principale di sviluppo della feature TOF. Inoltre le rotazioni lungo i
tre assi X,Y,Z, RX, RY,RZ come indicato nella figura seguente.



















Figura 4.5 Procedimento e espressione per il calcolo del Tolerance Factor [Boe88].
Qualora vi siano più vincoli di tolleranza riferiti ad una stessa Reference Feature
(REF) e quindi più valori del Tolerance Factor la scelta del Tolerance Factor da
associare alla superficie viene fatta seguendo l''espressione dell''equazione 3
ossia andando a prendere il valore più basso tra i Tolerance Factor calcolati (tra
quelli associati a quella determinata superficie).
      + + + = 2 2 2 2 2 2 , , LY LX VAL LZ LY VAL LZ LX VAL MIN T k
Equazione 3
Espressione per il calcolo del Tolerance Factor Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 53 Il procedimento di calcolo del Tolerance Factor e i dati ricavati da questo tipo di
analisi possono essere schematizzati, come fatto dagli stessi autori Boerma e
Kals [Boe88], nella tabella proposta chiamata ''Tolerance Scheme' e riportata a
titolo esemplificativo figura 4.6. Si notano altri esempi di calcolo del Tolerance
Factor per i vincoli di tolleranza imposti sul pezzo oggetto dell''esempio. In
particolare nella prima colonna sono elencate le Tolerance Feature TOF (2,3,9);
nella seconda colonna è espresso l''orientamento delle feature (in questo caso gli
autori considerano positiva la normale entrante a differenza di quanto verrà
eseguito successivamente nell''applicazione della metodologia elaborata in cui
verrà considerata positiva la normale uscente). Nella terza e nella quarta colonna
viene fatta la stessa cosa riferita alle le superfici di riferimento REF (1-2). La
colonna denominata ''TYP' sta ad indicare il tipo di vincolo di tolleranza
considerato (parallelismo, perpendicolarità, concentricità). VAL indica il valore
di tolleranza da assegnare. LX, LY, LZ sono le grandezze delle TOF espresse in
mm, mentre RX, RY, RZ sono le rotazioni. Con TX, TY, TZ sono riportate le
traslazioni che nell''approccio considerato sono trascurate (in quanto possono
essere compensate dal controllo della macchina utensile) per cui hanno valore
uguale a zero. Nell''ultima colonna, infine, viene indicato il valore del Tolerance
Factor calcolato utilizzando l''espressione 2.






















Figura 4.6 Esempio di Tolerance Scheme in cui sono riassunti i parametri per il calcolo del Tolerance Factor. [Boe88] Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 54 Indicatori che considerano possibili inflessioni del pezzo causate dalle forze
di lavorazione
Vediamo ora come ricavare alcune indicazioni considerando il problema del
posizionamento del pezzo sul pallet e valutando le possibili inflessioni dovute
alle forze in lavorazione. Per fare ciò ci serviremo di un''analisi indicativa delle
forze che si sviluppano durante la lavorazione e a cui è sottoposto il componente
da realizzare.
Occorre precisare che, nello sviluppo di un approccio di questo tipo, in questa
fase, ci collochiamo a livello generale e preliminare; quindi siamo interessati ad
avere una stima di massima delle forze, coppie che si sviluppano durante le
lavorazioni alle macchine utensili e che si scaricano al sistema pezzo fixture,
senza entrare nello specifico del calcolo tali forze utilizzando metodi analitici o
semiempirici (quali ad esempio il modello della pressione specifica). Si farà uso
di stime di massima ricavate dalle caratteristiche tecniche del tipo di macchina
considerata e dal tipo di lavorazioni da eseguire. Per altro, il campo che si
occupa del calcolo delle forze che si sviluppano durante la lavorazione,
rappresenta un settore in continua evoluzione. Studi recenti stanno cercando di
integrare, nei software che simulano le lavorazioni alle macchine utensili, il
calcolo delle forze utilizzando approcci dinamici multibody in grado di
modellare le forze che si generano durante le lavorazioni.
Per quanto riguarda il nostro caso specifico un parametro interessante, da
valutare utilizzando modelli semplificati, può essere l''inflessione del pezzo
causata dalle forze cui è sottoposto durante la lavorazione. Tale calcolo verrà
eseguito, procedendo in modo manuale, in relazione a determinati orientamenti
del componete sul pallet (presenti tra quelli elaborati dall''utilizzo della
metodologia di riferimento) giudicati maggiormente significativi dal punto di
vista della possibile inflessione. Tutto ciò al fine di poter escludere quelle
configurazioni che, ad esempio a causa di uno sbalzo eccessivo del pezzo
staffato, prevedano inflessioni importanti tali da compromettere la bontà dal
punto di vista della congruenza con le specifiche di progetto. Nel proseguo della
trattazione vedremo più in dettaglio le configurazioni analizzate.

Configurazioni Analizzate
Compatibilmente con il tipo di pallet considerato nell''analisi (Tombstone pallet
[ISO 8526]) vediamo ora alcune possibili configurazioni. Al fine del calcolo
dell''inflessione approssimeremo le configurazioni utilizzando appositi modelli
semplificati in cui il componente viene considerato attraverso la sua bounding
box e schematizzato utilizzando il modello trave. La teoria della trave ha dei
limiti di validità e si può applicare per componenti di lunghezza molto maggiore
(circa un ordine di grandezza) rispetto alla dimensione caratteristica della
sezione secondo quanto previsto dalla teoria del De Saint Venant. Il modello
trave non è adatto nel caso di componenti detti corpi tozzi. In questa sede, in Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 55 generale, può comunque essere utilizzato anche al di fuori del campo di validità
per avere un''indicazione di massima della possibile inflessione, considerando un
opportuno coefficiente di sicurezza che tenga conto dell''errore commesso.
Nella figura 4.7 viene considerato il caso di componente montato a sbalzo su
pallet. In particolare si può notare come il modello utilizzato per schematizzare
la configurazione preveda un vincolo di incastro ad un''estremità e la forza
applicata all''estremo opposto.












Figura 4.7 Possibile posizionamento del componete montato a sbalzo sul pallet. Di lato, a destra, il modello utilizzato per studiare la configurazione.

In questo caso l''inflessione del pezzo sottopoto all''azione di una forza F,
ipotizzata agente al centro della sezione, sull''estremità dello stesso,
(componente schematizzato come una trave perfettamente incastrata ad un
estremo), viene calcolata mediante la seguente espressione: EJ Fl 3 3 = δ Equazione 4 Espressione dell''inflessione nel caso di pezzo perfettamente incastrato ad un''estremità e sottoposto all''azione di una forza F applicata all''estremità opposta.

dove: F è la forza espressa in [N], l è la lunghezza della trave espressa in [mm],
E è il modulo di Yang (elasticità) del materiale espresso in [Mpa] e J è il
momento d''inerzia baricentrico della sezione espresso in [ 4 mm ]. Nel caso di sezione rettangolare J viene calcolato come segue: 12 3 BH J = Equazione 5 Espressione per il calcolo del Momento d''Inerzia Baricentrico J di una sezione rettangolare

dove B e H sono le dimensioni della sezione rettangolare come mostrato nella
figura seguente (figura 4.8). Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 56









Figura 4.8 Modello utilizzato per il calcolo del momento d''inerzia
Un altro tipo di situazione analizzata è quella che prevede il componete montato
a sbalzo sottoposto all''azione di una copia all''estremità. Figura 4.9.












Figura 4.9 Modello per il calcolo dell''inflessione di una trave incastrata ad un estremo sottoposta a Momento sull''estremo opposto.

In questo caso l''inflessione δ risulta essere la seguente: EJ Ml 2 2 = δ Equazione 6 Espressione dell''inflessione di una trave incastrata ad un estremo e sottoposta all''azione di una copia applicata all''estremo opposto.

Nel caso invece di una trave perfettamente incastrata ad un estremo e caricata
longitudinalmente all''estremo opposto ci troviamo in un caso di carico di punta.
Figura 4.10. Essa va verificata a carico di punta. La verifica può essere
affrontata utilizzando il metodo omega [CNR 10011/86] o metodi equivalenti
(metodo ').


Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 57










Figura 4.10 Modello per il calcolo del carico di punta di una trave incastrata ad un estremo e caricata all''estremo opposto.

Vi sono poi altri modelli che possono essere considerati per il calcolo delle
inflessioni quali ad esempio:











Figura 4.11 Modelli per il calcolo delle inflessioni
Tali configurazioni risultano essere più facilmente riscontrabili in lavorazioni al
tornio in cui il pezzo viene bloccato utilizzando il criterio punta e contropunta.
In ogni caso le inflessioni calcolate presentano le seguenti espressioni:

Caso (a): EJ Fl 3 768 7 = δ Equazione 7 Espressione dell''inflessione in mezzeria nel caso di una trave incastrata ad un estremo e appoggiata a quello opposto sottoposta a carico concentrato in mezzeria.




Capitolo 4 Approccio Proposto Pag. 58 Caso (b): EJ Fl 3 192 1 = δ Equazione 8 Espressione dell''inflessione in mezzeria di una trave incastrata agli estremi sottoposta a carico concentrato in mezzeria.

Considerazioni
Il calcolo delle inflessioni, così come introdotto in questo paragrafo, ovvero
eseguito in modo manuale e non automatico, applicato soltanto a quelle
configurazioni considerate più facilmente soggette ad inflessione (ad esempio
nei casi in cui siano previsti sbalzi maggiori), ci fornisce un''indicazione di
massima su quali configurazioni possano essere più idonee a sopportare le forze
che si sviluppano durante le lavorazioni. Anche in questo caso vi sarà la
possibilità di escludere, dai possibili pattern generati, quelli che prevedono
orientamenti del componente tali da condurre a deformazioni non compatibili
con le specifiche di progetto. Ricordiamo ancora come tali modelli possano
essere applicati nel campo di validità della teoria della trave del De Saint Venant
anche se, in questa fase preliminare, possano comunque dare un''indicazione
della possibile inflessione del pezzo dovuta ai carichi di lavorazione.









59 Capitolo 5
5. Applicazione
5.1 Introduzione
Applichiamo ora l''approccio esposto al capitolo precedente a due componenti
specifici fornitici da una ditta specializzata nella produzioni di componenti
meccanici. Esaminiamo i codici denominati ''492' e ''419' (fig.5.1).
















Figura 5.1 Vista isometrica dei componenti nell''ordine 492, 419.
Da una prima analisi i due componenti appaiono abbastanza complessi e
sembrerebbero necessarie parecchie lavorazioni al fine di poterli realizzare. Ma
prima di concentrare la nostra attenzione ai casi applicativi proposti vediamo di
valutare il modello di calcolo dell''indicatore ''Locating Factor' introdotto nel
capitolo precedente. Per fare ciò eseguiremo un''analisi sul componente proposto
nel caso di studio esposto (in un paper) dagli autori Cai et alt. [Cai08]. Capitolo 5 Applicazione Pag. 60 5.2 Valutazione Esplorativa Modello per il Calcolo del Locating
Factor
In questo paragrafo presentiamo il caso di studio proposto da Cai et alt. [Cai08];
ci serviamo di questo per poter testare, valutare il modello di calcolo
dell''indicatore Locating Factor (lf) e trarre opportune considerazioni prima di
applicarlo ai codici considerati. Come esposto nel capitolo precedente, tale
indice fornisce una possibile classificazione delle superfici del componete in
base alla loro possibilità di diventare superfici di staffaggio, da mandare in
battuta sul pallet, o di essere considerate come primo piano di riferimento e
prevedere su di esse (superfici) l''applicazione dei dispositivi di localizzazione.
Per fare ciò il modello valuta l''area e l''accuratezza associata ad ogni possibile
superficie di staffaggio. Riprendiamo ora l''espressione di tale parametro
illustrata nell''equazione 1.
)) / ( ) / ( ( max )) / ( ) / ( ( max max max max T T W A A W T T W A A W l k T k A K k k T k A f + + = '' Equazione 1

I termini che lo compongono sono i seguenti:
= k indice della k-esima possibile superficie principale di localizzazione (PLS) = K insieme di tutte le possibili PLS = k A area della k-esima superficie espressa in [ 2 mm ] = k T grado di accuratezza generalizzato o Tolerance Factor associato alla k- esima superficie = A W peso utilizzato per modulare il contributo dell''area = T W peso utilizzato per modulare il contributo della tolleranza generalizzata = max A massimo valore dell''area assunto all''interno delle K superfici (espresso in [ 2 mm ]) = max T massimo valore del grado di accuratezza generalizzato assunto all''interno delle K superfici. Adimensionale

A questo punto introduciamo il componete esaminato nel caso proposto da Cai
et al. [Cai08] (figura 5.2).



Capitolo 5 Applicazione Pag. 61















Figura 5.2 Componete esaminato nell''articolo di Cai et al. [Cai08]
Come si può vedere dall''immagine (figura.5.2) il pezzo presenta sette superfici
non oggetto diretto di lavorazioni, indicate con la lettera S (S1-S7), e otto
features di lavorazione indicate con la lettera F (F1-F8). In prima
approssimazione, in accordo con quanto previsto dal modello di Cai,
consideriamo le sette superfici non oggetto diretto di lavorazioni alle macchine
utensili, in quanto, è tra di esse, che vanno ricercate le PLS (Primary Locating
Surface). Di queste elenchiamo ulteriori informazioni necessarie (le normali alle
superfici, l''area e il grado di accuratezza). I dati elencati nella tabella sottostante
sono quelli proposti dagli autori [Cai08]. La convenzione utilizzata è quella che
considera positiva la normale uscente dalla superficie di riferimento.
ID Superficie Direzione normale Area ( 2 mm ) Grado di accuratezza Superficie (Tk) S1 (0,1,0) 4129,024 1 S2 (1,0,0) 974,1916 1 S3 (0,-1,0) 96,774 1 S4 (0,-1,0) 154,8384 1 S5 (-1,0,0) 1425,8036 1 S6 (0,0,1) 361,2896 1 S7 (0,0,-1) 3974,1856 1
Tabella 5.1
Dati per il calcolo del Locating Factor Superfici S1-S7 caso applicativo proposto da Cai et al. [Cai08]
Capitolo 5 Applicazione Pag. 62 Come si può notare in questo caso tutte le superfici elencate nella tabella 5.1
risultano essere equivalenti dal punto di vista del grado di accuratezza ad esse
associato; gli autori hanno infatti assegnato valore unitario al Tolerance Factor
Tk. Questo fa si che, l''analisi e il calcolo del Locating Factor, consideri
equivalenti tutte le possibili superfici di riferimento per quanto riguarda il
contributo della tolleranza; e che l''unico parametro differenziale nel calcolo del
Locating Factor sia la sola area di ogni superficie. In questa fase di studio del
comportamento dell''indicatore Locating Factor consideriamo accettabile questa
semplificazione e procediamo con il calcolo. Successivamente introdurremo il
calcolo del Tolerance Factor secondo l''approccio proposto da Boerma e Kals
per ricalcolare il valore di Locating Factor alla luce delle modifiche apportate.
Per quanto riguarda, invece, le Features di lavorazione, per completezza,
indichiamo le caratteristiche principali (ID, direzione accesso del mandrino
(TAD), eventuali vincoli di carattere tecnologico (precedenze)) nella tabella
sottostante. In questo caso viene considerata positiva la direzione entrante nella
superficie oggetto di lavorazione.
Feature ID Tool Access Direction (TAD) Vincoli Tecnologici F1 (0,1,0); (-1,0,0) Nessuno F2 (0,1,0) Nessuno F3 (0,cos45°,-sen45°) Nessuno F4 (-cos45°,0,-sen45°) F8 F5 (sen30°,0,-cos30°) Nessuno F6 (0,0,-1); (1,0,0) Nessuno F7 (-1,0,0) F8 F8 (0,0,-1) Nessuno
Tabella 5.2 Dati sulle features di lavorazione F1-F8. Approccio proposto da Cai et al. [Cai08].
I dati esposti in tabella 5.2 si rendono necessari per le analisi di visibilità
affrontate dagli autori nell''approccio proposto nell''articolo. Essi non rientrano
direttamente nel calcolo del Locating Factor (lf), infatti, come si evince
dall''espressione del parametro esposto nell''equazione 1, esso è il risultato di
un''analisi ponderata tra il contributo dovuto l''area di ogni superficie (possibile
superficie di staffaggio) e i legami di tolleranza della stessa, ma risultano
comunque utili (le direzioni di accesso) per poter definire i vincoli di
parallelismo, perpendicolarità o concentricità tra le features di lavorazione e le
sette superfici di riferimento. A denominatore, nell''espressione dell''indicatore,
compare una funzione di massimo, da ricercare tra i valori calcolati a
numeratore; ciò fa si che Locating Factor possa assumere, come estremo
superiore, il valore unitario. Nell''espressione utilizzata per il calcolo del Capitolo 5 Applicazione Pag. 63 Locating Factor compaiono due termini: A W e T W . Essi sono i pesi utilizzati per modulare il contributo dei due fattori: Area e Tolleranza. Nell''articolo di
riferimento, di Cai et al. [Cai08], non vi è alcun accenno al valore assegnato a
tali pesi. A tal proposito introduciamo un''analisi di sensitività per avere un''idea
di come possa variare il valore dell''indicatore al variare dei pesi. Imponiamo
che la somma dei pesi sia uguale ad uno: 1 = + T A W W . Scegliamo, in prima approssimazione, di calcolare lf ( A W ; T W ) facendo variare i pesi tra zero e uno con passo pari a 0,1:
WT 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 WA 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Tabella 5.3 Valore assegnato ai pesi A W , T W A W = 0 significa che il contributo dell''area è nullo (essa viene trascurata), ossia, nel calcolo del Locating Factor viene considerato il solo contributo del grado di
tolleranza. Quando invece A W assume valore unitario ( A W = 1) allora T W risulta nullo ( T W = 0) rappresenta il caso inverso al precedente in cui tutta l''attenzione nel calcolo del Locating Factor è data all''area di ogni superficie. Nella tabella
sottostante sono riassunti i valori del Locating Factor (ottenuti applicando
l''equazione 1) associati alle sette superfici (S1-S7) ottenuti al variare dei pesi
per il caso esaminato.
WT 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 WA 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 S1 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 S2 1,000 0,924 0,847 0,771 0,694 0,618 0,542 0,465 0,389 0,312 0,236 S3 1,000 0,902 0,805 0,707 0,609 0,512 0,414 0,316 0,219 0,121 0,023 S4 1,000 0,904 0,808 0,711 0,615 0,519 0,423 0,326 0,230 0,134 0,038 S5 1,000 0,936 0,872 0,808 0,744 0,680 0,617 0,553 0,489 0,425 0,361 S6 1,000 0,909 0,818 0,726 0,635 0,544 0,453 0,361 0,270 0,179 0,088 S7 1,000 0,996 0,993 0,989 0,985 0,981 0,978 0,974 0,970 0,966 0,963
Tabella 5.4 Valori assunti dal Locating Factor al variare dei pesi.
Nel caso di lf(0;1) il valore di Locating Factor calcolato per ogni superficie
assume valore unitario. Ciò è coerente in quanto, non considerando nel calcolo
di lf il contributo dell''area ( A W =0) e, assumendo valore unitario (1) per il parametro Tk (Tolerance Factor associato alla k-esima superficie), tutte le
superfici considerate risultano equivalenti. Man mano che il valore del peso
dell''area A W aumenta, le superfici con area maggiore presentano Capitolo 5 Applicazione Pag. 64 (coerentemente) valore di Locating Factor maggiore. In generale, per come è
stato effettuato il calcolo (ossia a parità di valore di tolleranza per ogni
superficie considerata) S1 risulta la superficie con un valore di area maggiore e
quindi con valore di Locating Factor maggiore (lf1=1) per qualsiasi valore dei
pesi assegnato.
Plottando in diversi grafici l''andamento del Locating Factor per ogni superficie
(S1-S7) all''aumentare del valore associato al peso A W (ovvero per importanza crescente del fattore area) possiamo notare come, a parte per il caso della
superficie S1 in cui il valore di Locating Factor è costante ed uguale ad 1, negli
altri casi il valore di Locating Factor decresca. Utilizzando un modello di
interpolazione lineare, possiamo approssimare l''andamento della curva, in
particolare vediamo che il coefficiente angolare maggiore risulta quello
associato alla superficie S3. Ovvero il valore di Locating Factor decresce,
all''aumentare dell''importanza del peso A W , tanto più velocemente quanto minore è l''estensione all''aria associata alla superficie (a parità di valore di
tolleranza assegnato alle superfici S1-S7). A suffragio di questa affermazione
riportiamo i grafici.
























Capitolo 5 Applicazione Pag. 65

































Figura 5.3 Andamento del Locating Factor, calcolato per ogni superficie possibile PLS, all''aumentare del peso A W
Vediamo ora di proseguire nell''esame del modello introducendo il calcolo del
Tolerance Factor.


Capitolo 5 Applicazione Pag. 66 Determinazione del Locating Factor introducendo il Tolerance Factor
Proseguiamo ora nell''analisi del Locating Factor introducendo il calcolo del
Tolerance Factor. Per fare ciò utilizziamo l''approccio proposto da Boerma e
Kals [Boe88] [Boe89] così come suggerito da Cai nella applicazione considerata
[Cai08].

Tolerance Factor
Per poterci servire, in modo corretto, degli approcci che fanno della tolleranza
un parametro essenziale per pervenire alla determinazione di opportuni
piazzamenti bisogna sviluppare mezzi che ci consentano di confrontare
tolleranze diverse. Questo compito, molto impegnativo, in quanto non vi sono
misure standard definite dall''ANSI per poter esprimere in modo univoco diversi
tipi di tolleranze, ha visto impegnati molti studiosi. A tal proposito, Boerma e
Kals [Boe88] hanno introdotto l''utilizzo di un indicatore, detto Tolerance Factor
(Tf). La metodologia di calcolo di tale fattore, introdotta nel capitolo precedente,
viene ora applicata al caso in esame proposto da Cai e riportato nella figura 5.2.
Considerando le sette superfici indicate S1-S7 come superfici di riferimento
REF (Reference Features) e le otto features di lavorazione (F1-F8) come TOF
(Tolerance Feature) procediamo al calcolo del Tolerance Factor seguendo i
procedimenti precedentemente esposti. Per semplicità riassumiamo tutto nella
tabella 3 sotto riportata in cui vengono elencate le relazioni tra REF e TOF
considerate più significative. Nella prima colonna vi sono le superfici di
riferimento REF (S1-S7); nella seconda colonna è espresso l''orientamento della
feature considerando positiva la normale uscente da tale superficie. Nella terza e
nella quarta colonna vengono ripetute le indicazioni riferite alle TOF utilizzando
la stessa convenzione (positiva la normale uscente). La colonna denominata
''Tipo' sta ad indicare il tipo di vincolo di tolleranza considerato (parallelismo,
perpendicolarità, concentricità). VAL indica il valore di tolleranza da assegnare.
Mentre LX, LY, LZ sono le grandezze delle TOF lungo gli assi X, Y, Z espresse
in mm. Infine TF rappresenta il valore del Tolerance Factor. Per facilitare la
consultazione il disegno del pezzo figura 5.4.










Figura 5.4 Disegno componente in esame Capitolo 5 Applicazione Pag. 67
NR F. Orient. NR F. Orient. Tipo Valore LX LY LZ T.F. S1 (y) F1 (-y) Par 0,05 25,4 0 19,812 0,00155217 S1 (y) F2 (-y) Par 0,05 28,956 0 18,542 0,001454167 S1 (y) F6 (z) Per 0,05 17,78 30,48 0 0,002812148 S2 (x) F1 (-y) Per 0,05 25,4 0 19,812 0,00155217 S2 (x) F2 (-y) Per 0,05 28,956 0 18,542 0,001454167 S3 (-y) F7 (x) Conc 0,05 15,875 0 0 0,003149606 S3 (-y) F1 (-y) Par 0,05 25,4 0 19,812 0,00155217 S3 (-y) F2 (-y) Par 0,05 28,956 0 18,542 0,001454167 S4 (-y) F2 (-y) Par 0,05 28,956 0 18,542 0,001454167 S4 (-y) F1 (-y) Par 0,05 25,4 0 19,812 0,00155217 S4 (-y) F7 (x) Conc 0,05 15,875 0 0 0,003149606 S5 (-x) F6 (z) Per 0,05 17,78 30,48 0 0,002812148 S5 (-x) F1 (-y) Per 0,05 25,4 0 19,812 0,00155217 S5 (-x) F2 (-y) Per 0,05 28,956 0 18,542 0,001454167 S6 (z) F1 (-y) Per 0,05 25,4 0 19,812 0,00155217 S6 (z) F2 (-y) Per 0,05 28,956 0 18,542 0,001454167 S6 (z) F6 (z) Per 0,05 17,78 30,48 0 0,002812148 S6 (z) F7 (x) Conc 0,05 15,875 0 0 0,003149606 S7 (-z) F1 (-y) Per 0,05 25,4 0 19,812 0,00155217 S7 (-z) F2 (-y) Per 0,05 28,956 0 18,542 0,001454167 S7 (-z) F7 (x) Conc 0,05 15,875 0 0 0,003149606
Tabella 5.5 Tabella riassuntiva per il calcolo del Tolerance Factor
In coerenza con quanto esposto nell''equazione 3 l''espressione del TF da
associare ad ogni superfici risulta:
Sup. Poss PLS TF S1 0,001454167 S2 0,001454167 S3 0,001454167 S4 0,001454167 S5 0,001454167 S6 0,001454167 S7 0,001454167
Tabella 5.6 Espressione del valore di Tolerance Factor associato alle sette superfici di riferimento.

Possiamo notare come, nel caso specifico esaminato, avendo assunto un valore
di tolleranza VAL pari a 0,05 per ogni tipo di feature, il valore finale del
Tolerance Factor, calcolato associato ad ogni superficie (S1-S7), risulti uguale. REF TOF Capitolo 5 Applicazione Pag. 68 In questo caso quindi, con le ipotesi fatte, si ricade esattamente nel caso studio
proposto da Cai [Cai08]. I valori del Locating Factor sono gli stessi calcolati
precedentemente.
Risulta interessante assegnare alle features TOF valori diversi di VAL per poter
valutare come cambia il Locating Factor.

Nuova analisi: considero tutte le aree uguali
Procediamo con lo studio del Locating Factor in questa direzione, in particolare
assegniamo uguale valore alle aree delle sette superfici (S1-S7) di riferimento
REF e spostiamo l''attenzione sull''analisi della tolleranza (caso inverso al
precedente in cui tutte le superfici S1-S7 risultavano equivalenti dal punto di
vista della tolleranza ad esse associata). Ipotizziamo che, per ognuna delle sette
superfici possibili PLS il valore dell''area assegnato, espressa in 2 mm , sia quello calcolato per la superficie S1. Generiamo valori casuali di Tolerance Factor
compresi tra 0 e 0,002. Utilizziamo questo range in quanto è simile ai Tolerance
Factor ricavati da dati reali. Riassumiamo i valori utilizzati per l''analisi nella
tabella seguente (tabella 5.7):
Ak (mm 2) Ak/Amax Tk ipotizzato Tk/Tkmax S1 4129,024 1,00 0,000651077 0,385 S2 4129,024 1,00 0,001266692 0,749 S3 4129,024 1,00 0,001207183 0,714 S4 4129,024 1,00 0,001691518 1,000 S5 4129,024 1,00 0,000209602 0,124 S6 4129,024 1,00 0,001414954 0,836 S7 4129,024 1,00 0,000647159 0,383
Tabella 5.7 Tabella riassuntiva parametri (area e tolleranza) associate alle sette superfici possibili PLS utilizzati nel calcolo del Locating Factor.

Da una prima analisi generale della tabella possiamo notare come il valore
massimo di Tolerance Factor sia associato alla superficie S4. Ci aspettiamo
quindi di trovare, per questa superficie, valore maggiore di Locating Factor
analogamente a quanto era accaduto nel caso precedente in cui il valore
massimo era associato alla superficie con estensione all''aria maggiore.
Procediamo ora al calcolo del Locating Factor (applicando l''equazione 1) al
variare dei pesi A W e T W . Analogamente a quanto fatto in precedenza, facciamo variare il valore dei pesi tra 0 ed 1 con passo 0,1. Riassumiamo i valori ottenuti
nella tabella sottostante.


Capitolo 5 Applicazione Pag. 69 WT 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 WA 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 S1 0,385 0,446 0,508 0,569 0,631 0,692 0,754 0,815 0,877 0,938 1,000 S2 0,749 0,774 0,799 0,824 0,849 0,874 0,900 0,925 0,950 0,975 1,000 S3 0,714 0,742 0,771 0,800 0,828 0,857 0,885 0,914 0,943 0,971 1,000 S4 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 S5 0,124 0,212 0,299 0,387 0,474 0,562 0,650 0,737 0,825 0,912 1,000 S6 0,836 0,853 0,869 0,886 0,902 0,918 0,935 0,951 0,967 0,984 1,000 S7 0,383 0,444 0,506 0,568 0,630 0,691 0,753 0,815 0,877 0,938 1,000
Tabella 5.8 Valori assunti dal Locating Factor al variare dei pesi.
Possiamo notare come, coerentemente con le ipotesi fatte, la superficie S4, cui è
associato il valore di Tolerance Factor maggiore, abbia valore unitario di
Locating Factor indipendentemente dal valore assunto dai pesi. All''aumentare
del peso dell''area (ossia al diminuire del peso della tolleranza essendo A W + T W =1) le superfici tendono ad equivalersi fino ad assumere valore unitario nel caso limite in cui A W è uguale ad 1 e T W è uguale a zero. Plottando in diversi grafici l''andamento del Locating Factor per ogni superficie
(S1-S7) all''aumentare del valore associato al peso A W (ovvero per importanza crescente del fattore area) possiamo notare come, a parte per il caso della
superficie S4 in cui il valore di Locating Factor rimane costante ed uguale ad 1,
negli altri casi il valore di Locating Factor aumenta. Utilizzando un modello di
interpolazione lineare, possiamo approssimare l''andamento della curva, in
particolare vediamo che il coefficiente angolare maggiore è quello associato alla
superficie S5. Ovvero il valore di Locating Factor aumenta, all''aumentare
dell''importanza del peso A W , tanto più velocemente quanto minore è il valore di Tolerance Factor associato alla superficie. Ricordiamo che l''analisi è stata fatta
a parità di area. Riportiamo ora i grafici.













Capitolo 5 Applicazione Pag. 70































Figura 5.5 Andamento del Locating Factor, calcolato per ogni superficie possibile PLS, all''aumentare del peso A W .
Considerazioni Generali sul Locating Factor
Così come è stato definito, l''indicatore Locating Factor, risulta fortemente
legato alle caratteristiche geometriche specifiche del componente oggetto di
analisi in quanto prende in considerazione aree e tolleranze caratteristiche
proprie del pezzo. Inoltre, il fatto che, nell''espressione di tale parametro,
compaia, a denominatore una funzione di massimo, rende non lineare la
funzione stessa. Questo non ci permette di effettuare uno studio di funzione Capitolo 5 Applicazione Pag. 71 andando a calcolare massimo e minimo e ricavando da ciò considerazioni
importanti. In ogni caso, definito un set di possibili superfici principali di
localizzazione (possibili PLS) esiste sempre almeno una superficie
(appartenente a questo insieme [K]) a cui è assegnato il valore limite superiore
(pari ad uno) dell''indicatore Locating Factor. Questo è dovuto al fatto che il
massimo, espresso a denominatore, va ricercato tra i k valori appartenenti
all''insieme K assunti al numeratore. Limitandoci comunque a far variare (in
modo indipendente), nel caso specifico del componete introdotto da Cai in
[Cai08], i valori di area e tolleranza possiamo trarne alcune considerazioni di
carattere generale. In particolare possiamo notare come tale parametro (Locating
Factor) tenda ad assumere valori più elevati (fino al valore massimo 1) per le
superfici che presentano estensione all''aria maggiore e un valore di Tolerance
Factor maggiore. Ciò significa che il Locating Factor tende a dare maggior
risalto nella definizione delle possibili superfici di riferimento (da portare in
battuta sul pallet o da utilizzare come primo piano di localizzazione e prevedere
su di esso l''inserimento dei dispositivi di localizzazione) a quelle superfici con
estensione all''aria maggiore e valore maggiore dell''angolo di disallineamento
ammissibile tra una TOF e una REF ovvero quelle con un''accuratezza associata
inferiore. Infine i pesi A W e T W indirizzano il valore assunto dal Locating Factor spostando la scelta verso la superficie con maggior estensione all''aria o verso
quella con valore associato di Tolerance Factor maggiore. La scelta dei pesi va
effettuata sulla base del caso applicativo considerato, consultando ad esempio il
parere di un esperto. Tutte queste considerazioni sono riassunte nello schema
sotto riportato.















Figura 5.6 valori maggiori di Locating Factor si hanno per possibili PLS con elevate estensioni superficiali e per valori associati di Tolerance Factor elevati. Viceversa valori bassi di Locating
Factor sono associati a superfici piccole e con basso valore di Tolerance Factor. Nei casi
intermedi i pesi indirizzano il valore assunto da lf. Capitolo 5 Applicazione Pag. 72 5.3 Applicazione A: Componente 492
Concentriamo ora la nostra attenzione nello studio del codice denominato 492.
L''azienda ci ha fornito il modello CAD 3D del pezzo, le messe in tavola,
informazioni di carattere tecnologico sulle lavorazioni da eseguire e sugli
utensili utilizzati. Il pezzo è realizzato in lega di alluminio. In generale,
dall''osservazione della figura seguente (figura 5.7) possiamo notare come il
pezzo sia abbastanza complesso e siano necessarie un buon numero di
operazioni per realizzarlo. Riscontriamo inoltre la presenza di una superficie
inclinata oggetto di lavorazione. Il caso proposto appare quindi un caso-studio in
grado di mettere alla prova l''approccio elaborato sotto vari punti di vista.

















Figura 5.7 Viste isometriche del codice 492
Prima di iniziare con il riconoscimento delle features, ovvero prima di procedere
alla formalizzazione dei dati secondo lo standard ISO 14649 orientato a STEP-
NC (input della metodologia), analizziamo quanto fornito dall''azienda al fine di
capire meglio il ciclo di lavorazione del componete.
Il part-program prevede la realizzazione di una spianatura delle aree di colore
verde mostrate nella figura successiva (figura 5.8) e dei fori (classe M8) filettati
presenti sia in quella faccia sia in quella frontale. La realizzazione dei fori
avviene in tre passaggi: come prima operazione viene eseguita una centratura
utilizzando una punta da trapano diametro 14mm, successivamente si procede
alla foratura vera e propria con una punta da 7,4 mm ed infine avviene la
maschiatura. Inoltre viene realizzata una contornatura della faccia frontale e le
finiture delle spianature sulle superfici identificate dal colore verde in figura 5.8.
Capitolo 5 Applicazione Pag. 73












Figura 5.8 Lavorazioni componente 492 5.3.1 Input Ciclo di lavoro: definizione dei Machining Workingsteps,
generazione di tutte le possibili configurazioni di pallet
Il punto di partenza dell''approccio è rappresentato dal riconoscimento delle
features e dalla compilazione della struttura dati relativa all''oggetto Workpiece.
Tutto ciò si traduce nell''identificazione di Machining Feature, Tool, Machining
Operation e Machining Workingstep.
Infatti l''input dell''approccio proposto è fornito dal modello del pezzo descritto
secondo lo Standard ISO 14649 orientato a STEP-NC, visto come una sequenza
di Machining Workingsteps (MWs). Per poter creare i MWs bisogna dapprima
identificare le Features geometriche del componente a cui legare le Operations.
Per fare ciò ci serviamo di due programmi specifici: un software CAM
commerciale: ESPRIT prodotto dalla DP Technology e un software creato ad
hoc, presso il Politecnico di Milano, chiamato di ''Workpiece Setup'in grado di
estrapolare dal CAM le informazioni a noi necessarie.
Nel momento in cui è stato disegnato, il pezzo è stato corredato di un sistema di
riferimento assoluto, che il software CAM eredita dal file CAD 3D importato
all''inizio della sessione di lavoro. Tale sistema di riferimento è posizionato in
modo da facilitare la rappresentazione delle direzioni di lavorazione del pezzo.
In generale le lavorazioni possono essere eseguite lungo le 6 direzioni principali,
cioè le 3 direzioni degli assi coordinati più le loro rispettive direzioni opposte (di
segno negativo). Vi possono essere, poi, direzioni oblique per la lavorazione di
features inclinate. Nel caso esaminato le direzioni di lavorazione del pezzo sono
in totale due, come schematizzato nella figura seguente (figura 5.9). In
particolare D3 parallela all''asse Z e quella indicata con ''ObDir1' (direzione
obliqua 1) inclinata rispetto agli assi coordinati del sistema pezzo. Figura 5.9
Capitolo 5 Applicazione Pag. 74























Figura 5.9 Componente 492 in cui sono identificate le direzioni di lavorazione e il sistema di riferimento.

A questo punto, utilizzando il software CAM e il software di Workpiece Setup
si può iniziare la raccolta dati. La finalità del software di Workpiece setup
realizzato presso il Politecnico di Milano sono molte: l''obiettivo principale è
quello di corredare le procedure di riconoscimento del programma CAM Esprit
di alcune funzionalità, attualmente non previste, legate alla struttura dati di
STEP-NC. Si tratta di tradurre parte delle informazioni codificate dal
programma nell'architettura informativa propria della ISO. Altri aspetti sono
invece legati alla definizione ed alla costruzione di specifici output che fungano
a loro volta da input per la fase successiva di Pallet Configuration. Tra questi il
calcolo della bounding box del componete. Il software di Workpiece Setup è
corredato da una capacità di salvataggio dei dati raccolti all''interno di un file
XML (eXtensible Markup Language) dove gli oggetti vengono memorizzati in
una struttura annidata.
Nella figura successiva (figura 5.10) si può notare un esempio dell''interfaccia
grafica di tale programma. Esso si presenta con quattro grandi aree: la prima (in
alto a sinistra) è dedicata alle features, la seconda, procedendo in senso orario, Capitolo 5 Applicazione Pag. 75 agli utensili, la terza alle operations e l''ultima ai Machining Working Steps. Nel
caso in figura (figura 5.10) sono riportate due feature. Si è deciso di mostrare
''l''albero' solo della seconda. Possiamo quindi osservare le informazioni
aggiuntive descritte nella struttura ad albero. In questo caso la feature scelta
presenta una sola TAD (direzione di accesso dell''utensile), anche se, in
generale, tale oggetto può contenere più direzioni. Per ognuna delle direzioni
vengono generati i corrispondenti Workingstep: si può notare, infatti, come
siano presenti due MWs, ciascuno relativo ad una feature, ad una delle sue TAD
(in questo caso unica per entrambe) ed alla Operation collegata alla lavorazione
(in questo caso una spianatura) di quella specifica feature in quella specifica
direzione.






























Figura 5.10 Interfaccia grafico software di Workpiece Setup Capitolo 5 Applicazione Pag. 76 Nella figura successiva (figura 5.11) è invece riportata la schermata
dell''interfaccia dedicata all''introduzione, da parte dell''utente, delle informazioni
legate ad eventuali vincoli di precedenza o tolleranza sussistenti tra due coppie
di MWs. Si parla di vincoli di precedenza quando, per esigenze tecnologiche o
di buona riuscita della lavorazione del pezzo, si deve imporre che un Machining
Workingstep sia eseguito prima di un altro. Si parla, invece, di tolleranza
quando, per garantire il rispetto di alcuni vincoli di tolleranza geometrica o
dimensionale, si deve imporre che due lavorazioni siano eseguite all''interno di
uno stesso setup del pezzo (cioè, in generale, senza che, nel passaggio tra un
MWs e l''altro, si esegua un riposizionamento del pezzo). In particolare nel caso
della figura successiva (figura 5.11) si impone di eseguire la centratura del foro
prima della foratura e che queste due operazioni avvengano nello stesso setup.





























Figura 5.11 Interfaccia grafico Software di Workpiece Setup per la definizione di precedenze e tolleranze. Capitolo 5 Applicazione Pag. 77 Procediamo quindi alla definizione di tutti i MWs necessari. Le operazioni
previste sul componente 492 vengono realizzate mediante 65 MWs. Per
semplicità li riassumiamo nella seguente tabella (tabella 5.9) esplicitando il
numero di MWs nella prima colonna, il nome di ogni MWs nella seconda
colonna, una breve descrizione dell''operazione nella terza, la direzione
d''accesso nella quarta, l''utensile utilizzato per eseguire la lavorazione nella
quinta utilizzando la notazione codice utensile del part-program; tra parentesi
viene indicata la dimensione principale dell''utensile espressa in mm.
MWs Descrizione Direzione Accesso Utensile 1 Pf1oper1 Face Milling ObDir1 T3 (50) 2 Pf2oper2 Face Milling ObDir1 T3 (50) 3 Rh1oper3 Center Drilling ObDir1 T4 (14) 4 Rh2oper4 Center Drilling ObDir1 T4 (14) 5 Rh3oper5 Center Drilling ObDir1 T4 (14) 6 Rh4oper6 Center Drilling ObDir1 T4 (14) 7 Rh5oper7 Center Drilling ObDir1 T4 (14) 8 Rh6oper8 Center Drilling ObDir1 T4 (14) 9 Rh7oper9 Center Drilling ObDir1 T4 (14) 10 Rh8oper10 Center Drilling ObDir1 T4 (14) 11 Rh9oper11 Center Drilling D3 T4 (14) 12 Rh10oper12 Center Drilling D3 T4 (14) 13 Rh11oper13 Center Drilling D3 T4 (14) 14 Rh12oper14 Center Drilling D3 T4 (14) 15 Rh13oper15 Center Drilling D3 T4 (14) 16 Rh14oper16 Center Drilling D3 T4 (14) 17 Rh15oper17 Center Drilling D3 T4 (14) 18 Rh16oper18 Center Drilling D3 T4 (14) 19 Rh17oper19 Center Drilling D3 T4 (14) 20 Rh18oper20 Center Drilling D3 T4 (14) 21 Rh19oper21 Center Drilling D3 T4 (14) 22 Rh20oper22 Center Drilling D3 T4 (14) 23 Rh1oper23 Drilling ObDir1 T5 (7,4) 24 Rh2oper24 Drilling ObDir1 T5 (7,4) 25 Rh3oper25 Drilling ObDir1 T5 (7,4) 26 Rh4oper26 Drilling ObDir1 T5 (7,4) 27 Rh5oper27 Drilling ObDir1 T5 (7,4) 28 Rh6oper28 Drilling ObDir1 T5 (7,4) 29 Rh7oper29 Drilling ObDir1 T5 (7,4) 30 Rh8oper30 Drilling ObDir1 T5 (7,4) Capitolo 5 Applicazione Pag. 78 31 Rh9oper31 Drilling D3 T5 (7,4) 32 Rh10oper32 Drilling D3 T5 (7,4) 33 Rh11oper33 Drilling D3 T5 (7,4) 34 Rh12oper34 Drilling D3 T5 (7,4) 35 Rh13oper35 Drilling D3 T5 (7,4) 36 Rh14oper36 Drilling D3 T5 (7,4) 37 Rh15oper37 Drilling D3 T5 (7,4) 38 Rh16oper38 Drilling D3 T5 (7,4) 39 Rh17oper39 Drilling D3 T5 (7,4) 40 Rh18oper40 Drilling D3 T5 (7,4) 41 Rh19oper41 Drilling D3 T5 (7,4) 42 Rh20oper42 Drilling D3 T5 (7,4) 43 Rh20oper43 Tapping D3 T7 (8) 44 Rh19oper44 Tapping D3 T7 (8) 45 Rh18oper45 Tapping D3 T7 (8) 46 Rh17oper46 Tapping D3 T7 (8) 47 Rh16oper47 Tapping D3 T7 (8) 48 Rh15oper48 Tapping D3 T7 (8) 49 Rh14oper49 Tapping D3 T7 (8) 50 Rh13oper50 Tapping D3 T7 (8) 51 Rh12oper51 Tapping D3 T7 (8) 52 Rh11oper52 Tapping D3 T7 (8) 53 Rh10oper53 Tapping D3 T7 (8) 54 Rh9oper54 Tapping D3 T7 (8) 55 Rh8oper55 Tapping ObDir1 T7 (8) 56 Rh7oper56 Tapping ObDir1 T7 (8) 57 Rh6oper57 Tapping ObDir1 T7 (8) 58 Rh5oper58 Tapping ObDir1 T7 (8) 59 Rh4oper59 Tapping ObDir1 T7 (8) 60 Rh3oper60 Tapping ObDir1 T7 (8) 61 Rh2oper61 Tapping ObDir1 T7 (8) 62 Rh1oper62 Tapping ObDir1 T7 (8) 63 Cp1oper63 End Mill D3 T6 (2,17) 64 Pf1oper64 End Mill ObDir1 T8(30) 65 Pf2oper65 End Mill ObDir1 T8(30)
Tabella 5.9 Tabella riassuntiva MWs componete 492.


Capitolo 5 Applicazione Pag. 79 Nella figura seguente (figura 5.12) mostriamo un''immagine del componente,
tratta dal software CAM Esprit, in cui si possono vedere le lavorazione
identificate. In rosso sono indicati i tool-path ossia il percorso utensile. In blu
sono segnate le features identificate.





















Figura 5.12 Componete 492 in ambiente Esprit. Si possono vedere i percorsi utensile previsti per realizzare le lavorazioni.

Riportiamo ora i vincoli di precedenza e tolleranza previsti tra i diversi
Machining Workingsteps. In particolare, per quanto riguarda le precedenze
imponiamo che la centratura avvenga prima della foratura e la maschiatura dopo
la foratura. Di seguito introduciamo parte del diagramma delle precedenze
(figura 5.13) e l''intera matrice delle precedenze. Tale matrice viene ricavata
assegnando valore 1 qualora vi siano legami di precedenza tra MWs diversi, 0
qualora non vi siano legami. Inoltre, si può verificare come tale matrice sia
triangolare superiore (figura 5.14).






Capitolo 5 Applicazione Pag. 80












Figura 5.13 Parte dello schema delle precedenze di lavorazione.


























Figura 5.14 Matrice delle precedenze Capitolo 5 Applicazione Pag. 81 In maniera del tutto analoga procediamo nell''assegnare i vincoli di tolleranza tra
MWs diversi. Imponiamo che le operazioni di foratura e maschiatura avvengano
nello stesso setup. La matrice è formata da elementi 0,1; in particolare si assegna
valore 1 per MWs legati da legame di tolleranza, 0 per quelli che non presentano
tale vincolo. La matrice risulta simmetrica.

































Figura 5.15 Matrice delle tolleranze.

Capitolo 5 Applicazione Pag. 82 Infine procediamo, servendoci di una funzione presente nel software di
Workpiece setup, alla definizione delle possibili superfici di staffaggio del
componente. In prima approssimazione decidiamo di considerare tutte le
superfici del pezzo lasciando ampia facoltà di scelta alla metodologia elaborata.
Per il codice 492 le possibili superfici di staffaggio sono state definite come
illustrato nella figura seguente (figura 5.16).















Figura 5.16 Definizione delle possibili superfici di staffaggio componente 492 schematizzato con la sua Bounding Box quotata.

Proseguendo con l''applicazione dell''algoritmo elaborato (Capitolo 4.3) e, al fine
di completare i dati in input, introduciamo i modelli virtuali di attrezzature
standard modulari tra cui effettuare la scelta.
In particolare associamo ad ogni possibile superficie di staffaggio del pezzo,
introdotta in fase di definizione dei MWs, il dispositivo di bloccaggio giudicato
più idoneo a vincolare il componente. La scelta ricade sugli elementi standard
modulari presenti nel catalogo della ditta Gerardi ed in particolare tra quelli di
tipo LC sotto riportati (figura 5.17). Le dimensioni sono parametrizzate secondo
il modello di figura 5.18. In base al tipo di orientamento scelto si procederà alla
selezione delle dimensioni del dispositivo.








Capitolo 5 Applicazione Pag. 83

















Figura 5.17 Dispositivo di bloccaggio pezzo tipo standard modulare presente nel catalogo Gerardi.

Attrezzatura di bloccaggio codice LC con: chiave a pipa, ganascia guidata,
piastrina di fermo laterale, coppia chiavette di posizionamento h6, carter
protezione vite, 4 staffe di fissaggio, cassa.


















Figura 5.18 Immagine tratta dal catalogo attrezzature standard modulari Gerardi. Capitolo 5 Applicazione Pag. 84 Nella tabella successiva (tabella 5.10) riassumiamo il tipo di attrezzatura scelta
associata alla possibile superficie di staffaggio.
Superficie di Staffaggio Dispositivo di Bloccaggio S1 Gerardi Tipo LC S2 Gerardi Tipo LC S3 Gerardi Tipo LC S4 Gerardi Tipo LC S5 Gerardi Tipo LC S6 Gerardi Tipo LC
Tabella 5.10 Sistema di bloccaggio associato ad ogni possibile superficie di staffaggio.
Per quanto riguarda, invece la definizione del centro di lavoro (Machining
Architecture), ipotizziamo di processare la parte in una macchina a quattro assi a
mandrino orizzontale con tavola rotante. Il cubo di lavoro di tale centro di
lavoro viene ricavato dalla corsa degli assi ed è il seguente:
X = 600 mm
Y = 600 mm
Z = 650 mm














Figura 5.19 Figura raffigurante un centro di lavoro a quattro assi. Si possono vedere le corse e i nomi associati ai vari assi.

Proseguiamo ora nell''approccio proposto applicando parte della metodologia di
riferimento [Bor10] presentata nel capitolo quattro per il caso in esame, al fine
di determinare tutti i possibili orientamenti. Il pallet considerato è di tipo
Tombstone cubo e ha le dimensioni: 400x590x400 mm. Gli orientamenti
generati dalla procedura sviluppata da Borgia, Matta e Tolio [Bor10] nella fase
''Feasible Orientation/ Pattern Generation' sono in tutto sette e prevedono Capitolo 5 Applicazione Pag. 85 l''utilizzo alternativo di tutte e sei le superfici S1, S2, S3, S4, S5, S6 come
possibili superfici di staffaggio. Tali orientamenti sono riportati, in modo
schematico, nella figura seguente (figura 5.20). Vengono ricavate supponendo il
pallet orientato con asse Z positiva uscente dalla faccia e con rotazioni del pezzo
definite dalle matrici di rotazione.




































Capitolo 5 Applicazione Pag. 86



































Figura 5.20 Possibili configurazioni generate dall''algoritmo di riferimento [Bor10]
Proseguiamo ora nello sviluppo dell''algoritmo procedendo al calcolo degli
indicatori ex ante di definizione dell''attrezzatura. Capitolo 5 Applicazione Pag. 87 5.3.2. Calcolo degli Indicatori Ex Ante di Definizione dell''Attrezzatura
In questa sezione ci dedicheremo al calcolo degli indicatori introdotti nel
capitolo quattro; in particolare al calcolo del Locating Factor, secondo
l''approccio proposto da Cai et al.[Cai08] e all''introduzione di considerazioni di
carattere ''dinamico' per tener conto della possibile inflessione del pezzo
sottoposto alle forze che si generano durante le lavorazioni.

Calcolo del Locating Factor
Procediamo ora al calcolo dell''indicatore Locating Factor così come definito
dall''approccio proposto da Cai et al. [Cai08]. L''espressione di tale indicatore è
quella riportata nell''equazione 1.
)) / ( ) / ( ( max )) / ( ) / ( ( max max max max T T W A A W T T W A A W l k T k A K k k T k A f + + = '' Equazione 1

Per proseguire definiamo, prima di tutto, le k possibili superfici principali di
localizzazione (PLS) secondo quanto ottenuto dalla metodologia di riferimento
(superfici di figura 5.20), inoltre, per queste calcoliamo il valore di Tolerance
Factor associato. Prendendo come riferimento le superfici S1-S6 facciamo
quindi un''approssimazione compatibile con il tipo di analisi che si sta
eseguendo. Di queste calcoliamo la superficie all''aria utilizzando semplici
calcoli geometrici. Nella tabella seguente (tabella 5.11) elenchiamo i valori
dell''area per ogni superficie possibile PLS espressa in 2 mm .













Figura 5.21 Bounding Box quotata del componente 492.
Capitolo 5 Applicazione Pag. 88 Possibile Superficie di staffaggio Ak (mm 2) S1 55440 S2 36400 S3 55440 S4 36400 S5 25740 S6 25740
Tabella 5.11 Valori delle aree calcolate per le sei possibili superfici di staffaggio.
Procediamo ora al calcolo del Tolerance Factor, così come descritto nel capitolo
quattro (4.3) seguendo il modello introdotto da Boerma e Kals [Boe88] [Boe89].
In particolare assumiamo, come superfici di riferimento (definite REF Reference
Feature nel modello di Boerma), le sei possibili superfici di staffaggio introdotte
in precedenza e identificate con la nomenclatura S1-S6; mentre definiamo
Feature di lavorazione F1-F3 (chiamate Tolerance Feature TOF nell''approccio
di Boerma) le features di lavorazione più significative riassunte nella seguente
tabella. (tabella 5.12)
Feature ID Direzione Accesso Utensile Descrizione F1 ObDir1 Spianatura obliqua sup. S2 F2 ObDir1 Maschiatura fori obl. sup.S2 F3 D3 Maschiatura fori sup. S1
Tabella 5.12 Tabella riassuntiva delle Tolerance Feature identificate nel componente 492.
Poiché la Feature F1 (spianatura faccia obliqua sulla superficie S2) non avviene
in modo continuo lungo tutta la superficie S2, approssimiamo tale feature con
un''operazione avente le seguenti dimensioni lungo Y e Z: 204x178mm).Una
volta impostato il valore di VAL, ossia definita la tolleranza massima
ammissibile in direzione perpendicolare alle possibili superfici i staffaggio e alle
features identificate, possiamo calcolare il valore del Tolerance Factor
utilizzando l''espressioni introdotte al capitolo quattro. Non avendo valori di
tolleranza specifici fornitici dall''azienda produttrice del codice 492 ipotizziamo
un valore del parametro VAL pari a 0,05 mm per ogni tipo di relazione (di
tolleranza) considerata. Riassumiamo tutto nella tabella seguente (tabella 5.13).






Capitolo 5 Applicazione Pag. 89
NR F. Orientation NR F. Orientation Tipo Valore LX LY LZ T.F. S3 (-z) F3 (z) Per 0,05 0 0 22 0,002272727 S4 (x) F3 (z) Per 0,05 0 0 22 0,002272727 S5 (-y) F3 (z) Conc 0,05 0 0 22 0,002272727 S5 (-y) F1 (-x) Per 0,05 0 204 178 0,000184679 S5 (-y) F2 (-x) Conc 0,05 22 0 0 0,002272727 S6 (y) F1 (-x) Per 0,05 204 178 0,000184679 S6 (y) F2 (-x) Conc 0,05 22 0 0 0,002272727 S6 (y) F3 (z) Conc 0,05 0 0 22 0,002272727
Tabella 5.13 Tabella riassuntiva in cui sono riportati i valori calcolati di Tolerance Factor associati alle superfici S1-S6.

Si può notare come, nel caso esaminato, non sia stata eseguita l''analisi sui
vincoli di tolleranza nelle due facce S1, S2 oggetto diretto di lavorazione. Ora,
sempre applicando l''equazione 3 possiamo trovare il valore di Tolerance Factor
associato ad ogni superficie di riferimento possibile PLS. Riportiamo valori
ottenuti nella tabella seguente (tabella 5.14). (LX, LY, LZ sono le dimensioni,
espresse in mm, lungo i tre assi delle sei superfici di riferimento). Sup. Poss PLS LX LY LZ TF S1 198 280 0 0 S2 0 280 130 0 S3 198 280 0 0,002272727 S4 0 280 130 0,002272727 S5 198 0 130 0,000184679 S6 198 0 130 0,000184679
Tabella 5.14 Tabella valori Tolerance Factor
Abbiamo tutti gli elementi necessari per procedere al calcolo dell''indicatore
Locating Factor così come espresso nell''equazione 1. Decidiamo ora di
calcolare il valore di tale parametro al variare dei pesi A W e T W (tra 0 e 1 con passo 0,1) che tengono conto del contributo dell''area di ogni superficie possibile
PLS e del fattore di tolleranza ad essa associato. Per comodità riassumiamo nella
seguente tabella (tabella 5.15).



SUPERFICI STAF. FEATURES LAV. Capitolo 5 Applicazione Pag. 90 WT 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 WA 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 S1 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 S2 0,000 0,066 0,131 0,197 0,263 0,328 0,394 0,460 0,525 0,591 0,657 S3 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 S4 1,000 0,966 0,931 0,897 0,863 0,828 0,794 0,760 0,725 0,691 0,657 S5 0,081 0,120 0,158 0,196 0,234 0,273 0,311 0,349 0,388 0,426 0,464 S6 0,081 0,120 0,158 0,196 0,234 0,273 0,311 0,349 0,388 0,426 0,464
Tabella 5.15 Tabella valori Locating Factor calcolati per ogni possibile superfici di staffaggio.
In questo caso, dall''analisi dei dati riportati nella tabella , possiamo notare come
la superficie S3 assuma valore maggiore dell''indicatore Locating Factor
indipendentemente dal valore assegnato ai pesi A W e T W . Inoltre, quando tutta l''importanza (nel calcolo dell''indicatore) è assunta dalla tolleranza ( T W =1, A W =0) anche la superficie S4 assume valore unitario. Analogamente, quando l''area diventa l''unico parametro utilizzato nel calcolo del Locating Factor
( T W =0, A W =1) anche la superficie S1 assume valore unitario. In generale, nella valutazione delle soluzioni proposte dall''algoritmo elaborato da Borgia, Matta,
Tolio [Bor10], saremo portati a dar maggior risalto alla superficie S3 che è
quella con valore maggiore dell''indicatore Locating Factor indipendentemente
dal valore assunto dai pesi.

Calcolo delle inflessioni
Procediamo ora con il calcolo delle possibili inflessioni riscontrabili sul
componente causate delle forze e coppie che si generano durante le lavorazioni
alla macchina utensile. In questa sede è utile ricordare quanto già espresso nel
capitolo precedente ed, in particolare, che, collocandoci in fase preliminare di
valutazione delle configurazioni siamo interessati ad avere una stima di massima
delle forze, coppie che si sviluppano durante le lavorazioni alle macchine
utensili e che si scaricano al sistema pezzo fixture, senza, entrare nello specifico
del calcolo tali forze utilizzando metodi analitici o semiempirici (quali ad
esempio il modello della pressione specifica). In questa fase utilizzeremo stime
di massima ricavate dalle caratteristiche tecniche del tipo di centro di lavoro
considerato e dalla tipologia di lavorazione da eseguire. Ipotizziamo quindi, di
realizzare il componete in lega di alluminio, in un centro di lavoro a quattro assi
a mandrino orizzontale sottoposto ad un''operazione di fresatura (essendo
quest''ultima più indicativa, rispetto alla foratura, sotto l''aspetto dell''intensità
delle forze che si sviluppano). Sotto queste ipotesi il valore di coppia massima
utilizzato è pari a 140 Nm mentre l''intensità della forza di taglio stimata è pari a
2000 N. Ipotizziamo, inoltre, di approssimare il componente con le dimensioni Capitolo 5 Applicazione Pag. 91 della sua bounding box secondo le quote (espresse in mm) riportate nella figura
seguente (fig.5.22).
Constatiamo infine, prendendo in considerazione le dimensioni del componente
riportate in figura 5.22, di non rientrare nel campo di validità del modello trave.
Per tenere conto di questo fatto introduciamo un coefficiente di sicurezza pari a
2. I valori calcolati, utilizzando un coefficiente di sicurezza introdotto, possono
comunque essere indicativi per avere una valutazione di massima della possibile
inflessione.













Figura 5.22 Bounding Box quotata del componente 492.
In accordo con il tipo di pallet preso in esame durante l''analisi, ossia tipo
Tombstone [ISO 8526], e con le possibili configurazioni elaborate grazie alla
metodologia di riferimento, vediamo ora alcune configurazioni giudicate più
significative dal punto di vista del calcolo delle possibili inflessioni.
Configurazione con superfici di riferimento S5 o S6.

Configurazione 1











Figura 5.23 Configurazione 1. Modello di una trave incastrata ad un estremo sottoposta a Momento M sull''estremo opposto. Capitolo 5 Applicazione Pag. 92 Procediamo al calcolo dell''inflessione per il caso riportato nella figura
precedente (fig.5.23) considerando quindi una trave incastrata ad un estremità e
sottoposta all''azione di una coppia all''estremo opposto. Per fare ciò utilizziamo l''equazione cinque: EJ Ml 2 2 = δ . Ricordiamo di nuovo che viene introdotto un coefficiente di sicurezza pari a 2, per poter tener conto del fatto di non rientrare
nel campo di validità del modello considerato.
Per il calcolo di J (momento di inerzia) utilizziamo l''equazione quattro: 12 3 BH J = dove B ed H sono le dimensioni della sezione rettangolare come mostrato in figura 5.24. Il valore del modulo elastico E per un materiale in lega
d''alluminio è di circa 72000 MPa. Con i dati in nostro possesso riassunti nella
figura seguente procediamo al calcolo dell''inflessione.



























Figura 5.24 Immagine tratta da Microsoft Excel in cui si vedono i dati utilizzati per il calcolo dell''inflessione. Capitolo 5 Applicazione Pag. 93 L''inflessione calcolata risulta essere pari a 0,002103 mm. L''inflessione ottenuta
tenendo conto del coefficiente di sicurezza è il doppio. 0,0042. Pur considerando
quest''ultimo valore possiamo notare come esso sia molto piccolo e compatibile
con le specifiche di progetto richieste (inferiore a 0,05 mm valore utilizzato per
calcolare il Tolerance Factor). Essendo, questa appena considerata, una
condizione maggiormente ''sfavorevole' dal punto di vista dell''inflessione,
poiché è stato considerato lo sbalzo massimo (compatibile con le configurazioni
elaborate) non riteniamo significativo indagare altre configurazioni sicuramente
più conservative dal punto di vista delle possibili inflessioni. Esaminiamo però il
caso in cui sul pezzo, sempre montato a sbalzo sul pallet, venga applicata una
forza longitudinale all''estremo opposto.

Configurazione 2












Figura 5.25 Configurazione 2. Componete montato a sbalzo sul pallet. Di lato a destra il modello utilizzato per studiare la configurazione.

Ipotizzando la forza applicata all''estremo opposto all''incastro ed agente
sull''asse di mezzeria della trave stessa presentata in fig. 5.18, trascurando il
momento torcente che si viene a creare, in quanto, quando tale forza non è
applicata in mezzeria, procediamo al calcolo dell''inflessione. Per fare ciò utilizziamo l''equazione tre: EJ Fl 3 3 = δ . Mentre, per il calcolo di J (momento di inerzia), analogamente a quanto fatto in precedenza, utilizziamo l''equazione quattro: 12 3 BH J = dove B ed H sono le dimensioni della sezione rettangolare come mostrato in figura 4.8. Il valore del modulo elastico E per un
materiale in lega d''alluminio è di circa 72000 Mpa. Con i dati in nostro possesso
riassunti nella figura seguente procediamo al calcolo dell''inflessione.
Utilizziamo un valore della forza pari a 2000 [N].
Capitolo 5 Applicazione Pag. 94


























Figura 5.26 Immagine tratta da Microsoft Excel in cui si vedono i dati utilizzati per il calcolo dell''inflessione e il valore calcolato di tale parametro.

In questo caso possiamo notare un valore di inflessione maggiore rispetto a
quella calcolata in precedenza ma comunque inferiore a 0,05 mm e quindi
compatibile con i limiti imposti. Infine, per il caso in esame, considerando le
grandezze geometriche del componente, esso non risulta snello, non abbiamo
ritenuto opportuno valutare ulteriori configurazioni quali ad esempio carico di
punta o altre riportate al capitolo 4.3.1. Ci limitiamo quindi alle indicazione
forniteci dai due casi analizzati ed in particolare secondo quanto espresso dai
risultati appena calcolati, non sembrerebbero esserci problematiche dovute alle
inflessioni per i casi analizzati. Sottolineiamo di nuovo come queste
configurazioni siano state analizzate al fine di avere un''idea di massima della
possibile inflessione e di poter scartare configurazioni impraticabili a causa di
questo problema. In questa sede non sono stati valutati possibili problemi di
vibrazione riscontrabili nel contatto tra utensile e componente. Dopo aver Capitolo 5 Applicazione Pag. 95 calcolato gli indicatori introdotti e, dopo aver raccolto informazioni importanti
sulle configurazioni, procediamo nell''applicazione dell''algoritmo, in particolare,
servendoci della metodologia di riferimento sviluppata da Borgia, Matta e Tolio
[Bor10] passiamo al calcolo delle configurazioni ottime di pallet. 5.3.3 Applicazione della metodologia di riferimento e generazione delle
configurazioni ottime di pallet
Quanto introdotto al paragrafo precedente concerne la definizione degli
indicatori tipici del fixture design riportati nello schema di riferimento della
metodologia, oggetto del presente lavoro di laurea, sotto il nome di ''Fixture
Design Criteria' (vedi fig. 4.2). Per proseguire con l''algoritmo elaborato
dobbiamo servirci della metodologia di riferimento elaborata da Borgia, Matta e
Tolio [Bor10] ed, in particolare, applicare l''algoritmo di ottimizzazione descritto
nel capitolo quattro (fase ''Setup Planning/ Pallet Configuration') al fine di
ottenere le configurazioni ottime di pallet. Dall''applicazione della metodologia
(di riferimento), utilizzando un pallet di tipo Tombstone di dimensioni
400x590x400 mm e una macchina con cubo di lavoro 600x600x650, otteniamo
due possibili soluzioni ottime alternative del problema ed in particolare le
configurazioni elaborate prevedono lo staffaggio di un unico pezzo su tutte e
quattro le facce utilizzabili del Tombstone pallet cubico considerato. Le
configurazioni ottime generate (ottenute ottimizzando la saturazione del pallet)
prevedono la presenza di un unico piazzamento all''interno dello stesso pallet. In
entrambe le configurazioni il pezzo viene staffato portando in battuta la
superficie di riferimento S3. Questa superficie consente la visibilità delle
direzioni di accesso dell''utensile ''D3' e, attraverso rotazioni intermittenti della
tavola di +15°, + 75°, ''ObDir1'. Nella figura seguente riportiamo a titolo
esemplificativo una delle due configurazioni ottime di pallet elaborate. (figura
5.27). Nella foto i pezzi sono alloggiati su due facce del pallet, la configurazione
prevede il componente montato, nello stesso setup, per le restanti due facce
staffabili. I dati sono riassunti nella tabella (tabella 5.16)
Pallet Face Setup Dir. Visibili Pattern (rig. X colonne) Numero pz staffati Superficie staffaggio Faccia 0 1 D3, ObDir1 1x1 1 S3 Faccia 90 1 D3, ObDir1 1x1 1 S3 Faccia 180 1 D3, ObDir1 1x1 1 S3 Faccia 270 1 D3, ObDir1 1x1 1 S3 Tabella 5.16 Tavola riassuntiva delle configurazioni ottime elaborate Capitolo 5 Applicazione Pag. 96
















Figura 5.27 Esempio di configurazione ottima elaborata
Analogamente, la configurazione ottima alternativa, elaborata dall''algoritmo di
riferimento, prevede lo staffaggio un solo pezzo per faccia disposto in un unico
piazzamento, speculare al precedente, ovvero utilizzando sempre la superficie
S3 come riferimento da portare in battuta sul pallet. Riassumiamo nelle due
figure seguenti le configurazioni ottime ottenute.
















Figura 5.28 Configurazione ottima elaborata
Capitolo 5 Applicazione Pag. 97












Figura 5.29 Configurazione ottima alternativa elaborata 5.3.4 Configurazioni ottenute con sistema di bloccaggio e considerazioni
critiche
La scelta della superficie S3 quale riferimento da portare in battuta sul pallet
viene indirizzata e confermata anche dal valore assunto dall''indicatore Locating
Factor e calcolato in precedenza. Essa, infatti, presenta valore massimo
(unitario) del parametro, maggiore rispetto a quello assunto da tutte le altre
superfici indipendentemente dal contributo dei pesi A W e T W . Inoltre tali due configurazioni (ottime elaborate) risultano compatibili con le inflessioni
calcolate. Associate a queste configurazioni l''attrezzatura di bloccaggio decisa
in precedenza è il dispositivo standard modulare prodotto dalla ditta Gerardi tipo
LC 150x300. Al fine di rendere più sicuro l''ancoraggio del componente si
possono aggiungere alcuni blocchetti e spessori, realizzati ad hoc, in grado di
aumentare la superficie in contatto con le ganasce. La configurazione suggerita,
riprodotta (in modo semplificato) in ambiente VERICUT, è quella della figura
(figura 5.30) in cui si possono vedere i disegni quotati (quote in mm) delle
ganasce e dei blocchetti utilizzati. Inoltre si potrebbe prevedere lo sviluppo di
una configurazione alternativa del tutto simile alla precedente con l''aggiunta di
una ganascia supplementare (ad hoc) da inserire, mediante viti, sopra le ganasce
della morsa. Figura seguente (figura 5.31). Infine, per completare l''algoritmo, le
soluzioni trovate andrebbero verificate attraverso un approccio di simulazione
cinematica utilizzando il Software VERICUT. Per questa fase rimandiamo a
sviluppi futuri della metodologia. In generale qualora dovessero emergere
problemi di collisioni tra pallet e mandrino (durante la lavorazione del
sottosquadro della superficie S2), tali problemi potrebbero essere risolti
utilizzando un pallet di dimensioni ridotte (più stretto) oppure aggiungendo Capitolo 5 Applicazione Pag. 98 spessori che distanzino opportunamente la superficie della morsa a battuta sul
pallet.


































Figura 5.30 Configurazione proposta con dispositivo Gerardi LC 150x300



Capitolo 5 Applicazione Pag. 99







































Figura 5.31 Configurazione proposta con dispositivo Gerardi LC 150x300 con l''aggiunta di una ganascia supplementare Capitolo 5 Applicazione Pag. 100 La strategia produttiva dell''azienda produttrice del codice 492 prevede la
realizzazione dello stesso mediante un solo setup. Il componente viene staffato
sul pallet attraverso la superficie S3 seguendo un pattern che prevede due righe e
una sola colonna. I componenti risultano sovrapposti come mostrato nella figura
seguente (figura 5.32).














Figura 5.32 Configurazione utilizzata dalla ditta produttrice del codice 492
A questo punto possiamo introdurre un confronto tra soluzioni elaborate dalla
metodologia introdotta e la strategia produzione dell''azienda produttrice del
codice 492. Possiamo notare come la soluzione elaborata preveda lo staffaggio
un solo pezzo per ogni faccia utilizzabile del pallet. La superficie a battuta S3
coincide con quella utilizzata dall''azienda produttrice. Tale configurazione ci
garantisce la compatibilità della soluzione con le dimensioni del cubo di lavoro
della macchina utensile ma ci costringe a lavorare con una saturazione del pallet
di molto inferiore (la metà). Optando per questa soluzione, infatti, metà dello
spazio del pallet viene utilizzato per l''alloggiamento del sistema di bloccaggio e
quindi risulta improduttivo. Dall''analisi del caso possiamo dedurre come i
dispositivi di bloccaggio standard modulari, benché versatili e abbastanza
economici, non siano in grado di garantire la configurazione adottata
dall''azienda considerando un pallet delle dimensioni di 400x590x400 mm a
causa delle dimensioni non trascurabili delle morse stesse. In questo caso
potrebbe convenire attuare la configurazione elaborata dall''azienda studiando
dei dispositivi di bloccaggio ad hoc (per altro è la soluzione utilizzata dalla
fabbrica stessa). Per poter replicare la stessa configurazione utilizzata dalla ditta
produttrice del codice bisogna prevedere un cubo di lavoro maggiore ossia una
macchina più grande e costosa. In generale, l''applicazione della metodologia per
questo caso studio, è risultata molto interessante e ha condotto a risultati
coerenti, fattibili e in grado di validare la metodologia elaborata. Capitolo 5 Applicazione Pag. 101 5.4 Applicazione B: Componente 419
Concentriamo ora la nostra attenzione nello studio del codice denominato 419.
Analogamente a quanto fatto per l''applicazione A (componente 492), l''azienda
ci ha fornito il modello CAD 3D del finito, le messe in tavola, informazioni di
carattere tecnologico sulle lavorazioni da eseguire e sugli utensili utilizzati. Il
componente deve essere lavorato presso un centro di lavoro a quattro assi a
tavola rotante a mandrino orizzontale. Il pezzo è realizzato in lega alluminio. In
generale possiamo dire che, anche in questo caso, sono previste un buon numero
di lavorazioni necessarie per la completa realizzazione del componente e che il
caso esaminato rappresenta un buon test per la procedura elaborata. (figura 5.33)
















Figura 5.33 Codice 419
Il part-program prevede la realizzazione di una spianatura delle aree di nei pressi
dei due fori di diametro maggiore. Tale lavorazione viene ripetuta su entrambe
le facce frontali. Segue poi un operazione di sgrossatura della canna (due fori di
diametro maggiore) eseguita mediante un utensile broccia dal diametro di 86
mm, quindi si passa alla realizzazione dei fori più piccoli. Questi sono realizzati
in più riprese; si inizia con la centratura, si passa poi alla foratura e alla finitura.
Il ciclo si ripete su entrambe le facce del componente. Vi sono poi operazioni di
finitura anche delle superfici realizzate per spianatura ed una finitura esterna
della canna.
Per questo codice, a differenza del caso precedente, non si riscontra la presenza
di features di lavorazione con direzione d''accesso obliqua. Tutte le direzioni di
accesso seguono l''orientamento degli assi principali come mostrato nella figura
seguente. (figura 5.34)
Capitolo 5 Applicazione Pag. 102

















Figura 5.34 Componente 419. Si possono vedere le direzioni di accesso dell''utensile (D2, D5).
A questo punto grazie alle informazioni forniteci dalla azienda siamo pronti per
passare al passo successivo, ossia procedere nell''identificazione delle features
del pezzo, alla impostazione delle operations, al fine di definire i Machining
Workingsteps (secondo lo standard ISO 14649 orientato a STEP-NC ) input
dell''approccio di configurazione attrezzatura proposto.
5.4.1 Input Procedura: Definizione dei Machining Workingsteps
Il punto di partenza dell''approccio, anche in questo caso, è rappresentato dal
riconoscimento delle features e dalla compilazione della struttura dati relativa
all''oggetto Workpiece. Come descritto in precedenza, si tratta di compilare la
struttura dati, relativa al pezzo, con gli oggetti del tipo Machining Feature, Tool,
Machining Operation e Machining Workingstep secondo lo Standard ISO 14649
orientato a STEP-NC. Per fare ciò ci serviamo dei due programmi specifici già
utilizzati per il caso precedente: il software CAM commerciale: Esprit prodotto
dalla DP Technology e il software creato ad hoc presso il Politecnico di Milano
chiamato di ''Workpiece Setup'in grado di estrapolare dal CAM le informazioni
necessarie. La procedura si ripete esattamente identica a quella descritta per il
caso 492.
Per il codice 419 si prevede la realizzazione di 48 MWs. Per semplicità li
riassumiamo nella seguente tabella (tabella 5.17) esplicitando il numero di MWs
nella prima colonna, il nome di ogni MWs nella seconda colonna, una breve Capitolo 5 Applicazione Pag. 103 descrizione dell''operazione nella terza, la direzione d''accesso nella quarta,
l''utensile utilizzato per eseguire la lavorazione nella quinta (utilizzando la
notazione codice utensile del part-program); tra parentesi viene indicata la
dimensione principale dell''utensile espressa in mm.
MWs Descrizione Direzione Accesso Utensile 1 Pf1oper1 Face Milling D2 T1(32) 2 Rh1oper2 Boring D5 T2(86) 3 Rh2oper3 Boring D5 T2(86) 4 Rh3oper4 Center Drilling D5 T3(6) 5 Rh4oper5 Center Drilling D5 T3(6) 6 Rh5oper6 Center Drilling D5 T3(6) 7 Rh6oper7 Center Drilling D5 T3(6) 8 Rh7oper8 Center Drilling D5 T3(6) 9 Rh8oper9 Center Drilling D5 T3(6) 10 Rh9oper10 Center Drilling D5 T3(6) 11 Rh10oper11 Center Drilling D5 T3(6) 12 Rh11oper12 Center Drilling D5 T3(6) 13 Rh12oper13 Center Drilling D5 T3(6) 14 Rh13oper14 Center Drilling D5 T3(6) 15 Rh14oper15 Center Drilling D2 T3(6) 16 Rh15oper16 Center Drilling D2 T3(6) 17 Rh16oper17 Center Drilling D2 T3(6) 18 Rh17oper18 Center Drilling D2 T3(6) 19 Rh18oper19 Center Drilling D2 T3(6) 20 Rh19oper20 Center Drilling D2 T3(6) 21 Rh20oper21 Center Drilling D2 T3(6) 22 Rh21oper22 Center Drilling D2 T3(6) 23 Rh14oper23 Drilling D2 T4(11) 24 Rh15oper24 Drilling D2 T4(11) 25 Rh16oper25 Drilling D2 T4(11) 26 Rh17oper26 Drilling D2 T4(11) 27 Rh18oper27 Drilling D2 T4(11) 28 Rh19oper28 Drilling D2 T4(11) 29 Rh20oper29 Drilling D2 T4(11) 30 Rh21oper30 Drilling D2 T4(11) 31 Rh7oper31 Drilling D5 T5(7,5) 32 Rh4oper32 Drilling D5 T5(7,5) 33 Rh12oper33 Drilling D5 T6(12) 34 Rh13oper34 Drilling D5 T6(12) Capitolo 5 Applicazione Pag. 104 35 Rh10oper35 Drilling D5 T7(10) 36 Rh4oper36 Reaming D5 T8(8) 37 Rh7oper37 Counter Boring D5 T9(7) 38 Rh1oper38 Boring D5 T10(86,1) 39 Rh2oper39 Boring D5 T10(86,1) 40 Pf1oper40 Face Milling D2 T11(34) 41 Rh1oper41 Boring D5 T12(86,1) 42 Rh2oper42 Boring D5 T12(86,1) 43 Rh18oper43 Reaming D2 T13(12) 44 Rh21oper44 Reaming D2 T13(12) 45 Pf2oper45 Face Milling D5 T1 (32) 46 Pf3oper46 Face Milling D5 T1(32) 47 Pr1oper47 Side Milling D5 T1(32) 48 Pr2oper48 Side Milling D5 T1(32)
Tabella 5.17 Tabella riassuntiva MWs componente 419
Nella figura seguente (figura 5.35) mostriamo un''immagine del componente,
tratta dal software CAM Esprit, in cui si possono vedere le lavorazione
identificate. In rosso sono indicati i tool-path, ossia i percorsi utensile, mentre in
blu sono segnate le features identificate.


















Figura 5.35 Immagine tratta dal software CAM Esprit. Capitolo 5 Applicazione Pag. 105 Riportiamo ora i vincoli di precedenza e tolleranza previsti tra i diversi
Machining Workingsteps. In particolare, per quanto riguarda le precedenze,
imponiamo che le centrature avvengano prima delle forature e che le sgrossature
siano eseguite prima delle finiture. Riportiamo di seguito parte del diagramma (a
blocchi) delle precedenze (figura 5.36) e l''intera matrice delle precedenze. Tale
matrice viene ricavata assegnando valore 1 qualora vi siano legami di
precedenza tra MWs diversi, 0 qualora non vi siano legami. Inoltre, si può
verificare come tale matrice sia triangolare superiore (figura 5.37).

















Figura 5.36 Parte dello schema delle precedenze di lavorazione.














Capitolo 5 Applicazione Pag. 106





























Figura 5.37
Matrice delle precedenze.
In maniera del tutto analoga imponiamo i vincoli di tolleranza tra MWs diversi.
Imponiamo che tutte le finiture avvengano durante lo stesso setup. La matrice è
formata da elementi 0,1; in particolare si assegna valore 1 per MWs legati da
legame di tolleranza, 0 per quelli che non presentano tale vincolo. La matrice
risulta essere simmetrica. Figura 5.38





Capitolo 5 Applicazione Pag. 107





























Figura 5.38 Matrice delle Tolleranze.
Infine procediamo, servendoci di una funzione presente nel software di
Workpiece setup, alla definizione delle possibili superfici di staffaggio del
componente. Per il codice 419 le possibili superfici di staffaggio sono state
definite come illustrato nella figura seguente (figura 5.39)





Capitolo 5 Applicazione Pag. 108












Figura 5.39 Componente 419 approssimato con la sua bounding box in cui si possono vedere le sei possibili superfici di staffaggio (S1-S6).

Proseguendo con l''applicazione dell''algoritmo elaborato (Capitolo 4.3), al fine
di completare i dati in input, introduciamo i modelli di attrezzature standard
modulari tra cui effettuare la scelta.
In particolare associamo ad ogni possibile superficie di staffaggio del pezzo,
introdotta in fase di definizione dei MWs, il dispositivo di bloccaggio giudicato
più idoneo a vincolare il componente. Questa scelta viene fatta, in modo del
tutto analogo a quanto fatto nel caso precedente utilizzando gli elementi
standard modulari di tipo LC oppure blocchetti art. 102, presenti nel catalogo
della ditta Gerardi dalle dimensioni parametrizzate riportate nelle figure seguenti
(figura 5.40, 5.41, 5.42)
















Capitolo 5 Applicazione Pag. 109














Figura 5.40
Dispositivo di bloccaggio pezzo tipo standard modulare presente nel catalogo Gerardi.

Attrezzatura di bloccaggio codice LC con: chiave a pipa, ganascia guidata,
piastrina di fermo laterale, coppia chiavette di posizionamento h6, carter
protezione vite, 4 staffe di fissaggio, cassa. Dimensioni parametrizzate riportate
nella figura seguente (figura 5.41)



















Figura 5.41 Immagine tratta dal catalogo attrezzature standard modulari Gerardi. Dimensioni parametrizzate. Capitolo 5 Applicazione Pag. 110 Oppure:




































Figura 5.42 Elementi modulari Gerardi.

Capitolo 5 Applicazione Pag. 111 Nella tabella successiva (tabella 5.18) riassumiamo il tipo di attrezzatura scelta
associata alla possibile superficie di staffaggio.
Superficie di Staffaggio Dispositivo di Bloccaggio S1 Gerardi LC oppure Art. 102 S2 Gerardi LC oppure Art. 102 S3 Gerardi LC oppure Art. 102 S4 Gerardi LC oppure Art. 102 S5 Gerardi LC oppure Art. 102 S6 Gerardi LC oppure Art. 102
Tabella 5.18
Sistema di bloccaggio associato ad ogni possibile superficie di staffaggio
Ipotizzando di processare la parte su un centro di lavoro analogo a quello
utilizzato per realizzare il componente 492 (tipo a quattro assi a tavola rotante e
mandrino orizzontale, cubo di lavoro 600x600x650) proseguiamo ora
nell''approccio proposto applicando parte della metodologia di riferimento
''Feasible Orientation/ Pattern Generation' [Bor10] presentata nel capitolo
quattro per il caso in esame, al fine di determinare tutti i possibili orientamenti.
Gli orientamenti generati sono riassunti nella seguente figura (Figura 5.43).





















Capitolo 5 Applicazione Pag. 112
Capitolo 5 Applicazione Pag. 113



Figura 5.43 Codice 419. Tutti i possibili orientamenti generati dalla metodologia di riferimento [Bor10]

Proseguiamo ora con il calcolo degli indicatori ex ante di definizione
dell''attrezzatura. Capitolo 5 Applicazione Pag. 114 5.4.2 Calcolo degli Indicatori Ex Ante di Definizione dell''Attrezzatura
In questa sezione ci dedicheremo al calcolo degli indicatori introdotti nel
capitolo quattro ed in particolare al calcolo del Locating Factor, secondo
l''approccio proposto da Cai et al.[Cai08] e dell''indicatori di carattere dinamico
per tener conto della possibile inflessione del pezzo sottoposto alle forze che si
generano durante la lavorazione.

Calcolo del Locating Factor
Analogamente a quanto fatto per il codice 492 procediamo al calcolo
dell''indicatore Locating Factor così come definito dall''approccio proposto da
Cai et al. [Cai08]. L''espressione di tale indicatore è quella riportata
nell''equazione 1.
)) / ( ) / ( ( max )) / ( ) / ( ( max max max max T T W A A W T T W A A W l k T k A K k k T k A f + + = '' Equazione 1

Per proseguire è necessario, prima di tutto, esaminare il pezzo e definire le k
possibili superfici principali di localizzazione (PLS); inoltre, calcolare il valore
di Tolerance Factor ad esse associato. In coerenza con quanto stabilito in fase di
raccolta dati in input, utilizzando il software di Workpiece Setup, e con gli
orientamenti identificati dall''utilizzo della procedura di riferimento, le possibili
superfici staffabili sono sei e coincidono con quelle definite nella figura 5.44. Di
queste calcoliamo la superficie all''aria utilizzando semplici calcoli geometrici.
Nella tabella seguente (5.19) elenchiamo il valore dell''area corrispondente ad
ogni superficie possibile PLS espresso in 2 mm . Anche in questo caso procediamo facendo una semplificazione e considerando il pezzo con le
dimensioni della sua bounding box.












Figura 5.44 Bounding box quotata del componente 419. Capitolo 5 Applicazione Pag. 115 Possibile Superficie di staffaggio Ak (mm 2) S1 18560 S2 34800 S3 18560 S4 34800 S5 48000 S6 48000
Tabella 5.19 Area calcolata per ogni superficie possibile superficie di staffaggio (S1-S6).
Procediamo ora al calcolo del Tolerance Factor, così come descritto nel capitolo
quattro (paragrafo 4.3.1) seguendo il modello introdotto da Boerma e Kals
[Boe88] [Boe89]. In particolare prendiamo come superfici di riferimento
(definite REF Reference Features nel modello di Boerma et alt. [Boe88]) le sei
possibili superfici di staffaggio introdotte in precedenza identificate dalla
nomenclatura S1-S6; mentre consideriamo le features di lavorazione (dette TOF
Tolerance Features nella procedura introdotta da Boerma et al. [Boe88]) le
lavorazioni più significative riassunte nella seguente tabella (tabella 5.20)
Feature ID Direzione Accesso Utensile Descrizione F1 D2 Finitura superficie F2 D5 Finitura superficie F3 D5 Finitura Canne F4 D5 Finitura fori piccoli F5 D2 Finitura fori piccoli
Tabella 5.20 Tabella riassuntiva delle Feature di lavorazione di riferimento (TOF).
Una volta impostato il valore da assegnare a VAL, ossia definita la tolleranza
massima ammissibile in direzione perpendicolare alle REF e TOF e quindi
imposto il massimo angolo di disallineamento possiamo calcolare il valore del
Tolerance Factor utilizzando l''espressione riportata al capitolo quattro
(equazioni 2-3). Non avendo valori di tolleranza specifici fornitici dall''azienda
produttrice, come nel caso del codice 492, ipotizziamo un valore del parametro
VAL pari a 0,05 mm per ogni tipo di relazione (di tolleranza) tra superfici di
staffaggio e lavorazioni introdotte. Riassumiamo tutto quanto nella tabella
seguente (tabella 5.21). Le prime due colonne riguardano le possibili superfici di
staffaggio ed in particolare: nella prima colonna viene indicato il nome della
superficie di riferimento, nella seconda è elencata la normale uscente da tale
superficie (positiva normale uscente), nella terza e quarta colonna vengono
esposti analoghi parametri riferiti alle Feature considerate. Nella quinta colonna Capitolo 5 Applicazione Pag. 116 è esposto il valore assunto dal parametro VAL, nelle successive tre colonne sono
riportati le dimensioni principali espresse in mm riferite alle Feature e
nell''ultima viene indicato il valore calcolato di Tolerance Factor.

NR F. Orientation NR F. Orientation Tipo Valore LX LY LZ T.F. S1 (-z) F1 (y) Per 0,05 120 0 220 0,000199522 S1 (-z) F2 (-y) Per 0,05 120 0 220 0,000199522 S1 (-z) F3 (-y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S1 (-z) F4 (-y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S1 (-z) F5 (y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S2 (-x) F1 (-y) Per 0,05 120 0 220 0,000199522 S2 (-x) F2 (-y) Per 0,05 120 0 220 0,000199522 S2 (-x) F3 (-y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S2 (-x) F4 (-y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S2 (-x) F5 (y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S3 (z) F1 (y) Per 0,05 120 0 220 0,000199522 S3 (z) F2 (-y) Per 0,05 120 0 220 0,000199522 S3 (z) F3 (-y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S3 (z) F4 (-y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S3 (z) F5 (y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S4 (x) F1 (y) Per 0,05 120 0 220 0,000199522 S4 (x) F2 (-y) Per 0,05 120 0 220 0,000199522 S4 (x) F3 (-y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S4 (x) F4 (-y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S4 (x) F5 (y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541
Tabella 5.21
Tabella riassuntiva valori Tolerance Factor associati alle superfici S1-S4
Ora, applicando l''equazione 3 possiamo trovare il valore di Tolerance Factor
associato ad ogni superficie di riferimento possibile PLS. Riportiamo valori
ottenuti nella tabella seguente. Tabella 5.22
Sup. Poss PLS LX LY LZ Area TF S1 160 116 0 18560 0,000199522 S2 0 116 300 34800 0,000199522 S3 160 116 0 18560 0,000199522 S4 0 116 300 34800 0,000199522 S5 160 0 300 48000 0 S6 160 0 300 48000 0
Tabella 5.22 Tabella schematica dei valori di Tolerance Factor. SUPERFICI STAF. FEATURES LAV. Capitolo 5 Applicazione Pag. 117 Abbiamo tutti gli elementi necessari per procedere al calcolo dell''indicatore
Locating Factor così come espresso nell''equazione 1. Anche in questo caso
decidiamo di calcolare il valore di tale parametro al variare dei pesi A W e T W (tra 0 e 1 con passo di 0,1) che tengono conto del contributo dell''area di ogni
superficie possibile PLS e del fattore di tolleranza ad essa associato. Per
comodità riassumiamo nella seguente tabella (tabella 5.23):
WT 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 WA 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 S1 1,000 0,965 0,928 0,889 0,848 0,804 0,757 0,707 0,637 0,498 0,387 S2 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,975 0,836 0,725 S3 1,000 0,965 0,928 0,889 0,848 0,804 0,757 0,707 0,637 0,498 0,387 S4 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,975 0,836 0,725 S5 0,000 0,103 0,212 0,327 0,449 0,580 0,719 0,867 1,000 1,000 1,000 S6 0,000 0,103 0,212 0,327 0,449 0,580 0,719 0,867 1,000 1,000 1,000
Tabella 5.23 Tabella valori di Locating Factor.
Possiamo notare come non vi sia un''unica superficie con valore di Locating
Factor unitario ma più superfici assumano tale valore limite a seconda dei pesi A W e T W considerati. In generale le superfici S2 ed S4 sono quelle con valore di Locating Factor massimo (unitario) per A W compreso tra zero e 0,8; mentre S5 ed S6 (superfici con estensione all''aria maggiore) diventano preponderanti
quando il contributo dell''Area diventa praticamente esclusivo ( A W >0,8). Da ciò possiamo dedurre che S2 ed S4 possano essere probabili PLS.

Calcolo delle inflessioni
Procediamo ora con il calcolo delle possibili inflessioni riscontrabili sul
componente causate delle forze e coppie che si generano durante le lavorazioni
alla macchina utensile. Come nel caso precedente ci collochiamo in fase
preliminare di valutazione delle configurazioni e quindi siamo interessati ad
avere una stima di massima delle forze, coppie che si sviluppano durante le
lavorazioni alle macchine utensili e che si scaricano al sistema pezzo fixture,
senza, entrare nello specifico del calcolo tali forze utilizzando metodi analitici o
semiempirici. In questa fase utilizzeremo stime di massima ricavate dalle
caratteristiche tecniche del tipo di centro di lavoro considerato e dalla tipologia
di lavorazione da eseguire. Ipotizzando quindi, di realizzare il componete in lega
di alluminio, in un centro di lavoro a quattro assi a mandrino orizzontale
sottoposto ad un''operazione di fresatura (essendo quest''ultima più indicativa,
rispetto alla foratura, sotto l''aspetto dell''intensità delle forze che si sviluppano),
il valore di coppia massima utilizzato è pari a 140 Nm mentre la forza è pari a
2000 N. Ipotizziamo, inoltre, di approssimare il componente con le dimensioni Capitolo 5 Applicazione Pag. 118 della sua bounding box secondo le quote (espresse in mm) riportate nella figura
seguente (figura 5.45). Anche in questo caso non rientriamo nel campo di
validità del modello trave di De Saint Venant. Come fatto in precedenza
introduciamo un coefficiente di sicurezza pari a due per tenere conto di questo. I
dati ottenuti forniscono un''indicazione di massima sulla possibile inflessione.














Figura 5.45 Bounding box quotata del componente 419.
In accordo con il tipo di pallet preso in esame durante l''analisi ossia tipo
Tombstone [ISO 8526], in modo del tutto analogo a quanto fatto per il codice
492, vediamo ora alcune configurazioni giudicate significative dal punto di vista
del calcolo delle possibili inflessioni.

Configurazione 1









Figura 5.46 Configurazione 1. Modello di una trave incastrata ad un estremo sottoposta a Momento M sull''estremo opposto.

Procediamo quindi al calcolo delle inflessioni per la configurazione fattibile con
sbalzo maggiore. Tale configurazione è quella che prevede la superficie di
riferimento S2 o S4 a battuta sul pallet. Procediamo al calcolo delle inflessioni
una volta accertata la fattibilità di tale configurazione potremo escludere Capitolo 5 Applicazione Pag. 119 problemi di inflessione per le altre configurazioni più conservative.
Analogamente a quanto fatto in precedenza per il codice 492 procediamo al
calcolo dell''inflessione. Il risultato è mostrato nella figura successiva (figura
5.47)




























Figura 5.47 Figura tratta da Microsoft Excel in cui sono riportati i dati e il valore di inflessione calcolato.

L''inflessione calcolata risulta pari a 0,000095 mm. Poiché anche in questo caso
non si rientra nei limiti di validità del modello trave utilizziamo un coefficiente
di sicurezza pari a due e l''inflessione calcolata risulta 0,000191. Possiamo
notare come tale valore sia molto basso e compatibile con un riferimento di 0,05
mm e quindi compatibile con le specifiche di progetto richieste.

Esaminiamo ora il caso in cui sul pezzo, montato a sbalzo sul pallet, venga
applicata una forza longitudinale all''estremo opposto. Capitolo 5 Applicazione Pag. 120 Configurazione 2










Figura 5.48
Configurazione 2. Componete montato a sbalzo sul pallet. Di lato a destra il modello utilizzato per studiare la configurazione.

Ipotizzando la forza applicata all''estremo opposto all''incastro ed agente
sull''asse di mezzeria della trave stessa presentata in fig. 5.48, trascurando il
momento torcente che si viene a creare, in quanto, nella realtà la forza non è
applicata in mezzeria, procediamo al calcolo dell''inflessione. Tale
approssimazione è accettabile in quanto l''intensità del momento che si genera in
questo caso considerato è bassa. Per fare ciò utilizziamo l''equazione tre: EJ Fl 3 3 = δ . Mentre, per il calcolo di J (momento di inerzia), analogamente a quanto fatto in precedenza, utilizziamo l''equazione quattro: 12 3 BH J = dove B ed H sono le dimensioni della sezione rettangolare come mostrato in figura 4.8. Il valore del modulo elastico E per un
materiale in lega d''alluminio è di circa 72000 Mpa. Con i dati in nostro possesso
riassunti nella figura seguente procediamo al calcolo dell''inflessione. Il valore
Forza assegnato, analogamente a quanto fatto per il caso precedente, è di 2000
N. Il calcolo, i dati e i risultati ottenuti sono mostrati nella figura seguente
(figura 5.49)










Capitolo 5 Applicazione Pag. 121


























Figura 5.49 Immagine tratta da Microsoft Excel in cui si vedono i dati e il valore di inflessione calcolato per la configurazione esaminata (configurazione 2).

In questo caso possiamo notare un valore di inflessione maggiore rispetto a
quello precedente e comunque dello stesso ordine di grandezza. Per il caso in
esame, considerando le grandezze geometriche del componente il quale non
risulta essere snello, non abbiamo ritenuto opportuno valutare ulteriori
configurazioni quali ad esempio carico di punta e altre. Ci limitiamo quindi alle
indicazione forniteci dai due casi analizzati. Ne concludiamo che per il
componente 419 qualsiasi disposizione compatibile con le operazioni da
eseguire non dovrebbe causare inflessioni eccessive. Capitolo 5 Applicazione Pag. 122 5.4.3 Applicazione della Metodologia di Riferimento e Generazione delle
Configurazioni Ottime di Pallet
Quanto introdotto al paragrafo precedente concerne la definizione degli
indicatori tipici del fixture design riportati nello schema di riferimento della
metodologia, oggetto del presente lavoro di laurea, sotto il nome di ''Fixture
Design Criteria' (vedi fig. 4.2). Per proseguire con l''algoritmo elaborato
dobbiamo servirci della metodologia di riferimento introdotta da Borgia, Matta e
Tolio [Bor10] ed, in particolare, applicare l''algoritmo di ottimizzazione descritto
nel capitolo quattro (fase ''Setup Planning/ Pallet Configuration') al fine di
ottenere le configurazioni ottime di pallet. Dall''applicazione della metodologia
(di riferimento), utilizzando un pallet di tipo Tombstone di dimensioni
300x550x300 mm e una macchina con cubo di lavoro 600x600x650, otteniamo
due possibili soluzioni ottime alternative del problema ed in particolare le
configurazioni elaborate prevedono lo staffaggio di un unico pezzo su tutte e
quattro le facce utilizzabili del Tombstone pallet cubico considerato. Le
configurazioni ottime generate (ottenute ottimizzando la saturazione del pallet)
prevedono la presenza di un unico piazzamento all''interno dello stesso pallet.
Nelle configurazioni ottime ottenute il pezzo viene staffato portando in battuta la
superficie di riferimento S4 per la configurazione uno (orientamento 1), mentre
S2 per la configurazione due (orientamento 6). Queste superfici consentono la
visibilità delle direzioni di accesso dell''utensile ''D2' e ''D5' per le facce del
pallet ortogonali a quella opposta all''asse del mandrino (90° e 270°). Nella
figura seguente riportiamo a titolo esemplificativo la prima delle due
configurazioni ottime di pallet elaborate (configurazione uno con S4 a battuta).
(figura 5.50). Nella foto i pezzi sono alloggiati su due facce del pallet, la
configurazione prevede il componente montato, nello stesso setup, per le restanti
due facce staffabili. I dati sono riassunti nella tabella (tabella 5.16)
Pallet Face Setup Dir. Visibili Pattern (rig. X colonne) Numero pz staffati Superficie staffaggio Faccia 0 1 D2,D5 1x1 1 S2,S4 Faccia 90 1 D2,D5 1x1 1 S2,S4 Faccia 180 1 D2,D5 1x1 1 S2,S4 Faccia 270 1 D2,D5 1x1 1 S2,S4 Tabella 5.24 Tabella riassuntiva delle configurazioni ottime elaborate.





Capitolo 5 Applicazione Pag. 123











Figura 5.50 Esempio di configurazione ottima elaborata. Pezzo a battuta sul pallet tramite S4.


























Figura 5.51 Disposizione sul pallet. Configurazioni ottime elaborate. Capitolo 5 Applicazione Pag. 124 5.4.4 Configurazioni ottenute con sistema di bloccaggio e considerazioni
critiche
La scelta delle superfici S2 ed S4 quali riferimento da portare in battuta sul
pallet viene indirizzata e confermata anche dal valore assunto dall''indicatore
Locating Factor e calcolato in precedenza. Esse, infatti, presentano valore
massimo (unitario) del parametro, maggiore rispetto a quello assunto da tutte le
altre superfici per un valore del peso A W compreso tra zero e 0,7. Soltanto quando il peso associato all''area diventa preponderante il valore del Locating
Factor si discosta (per altro di poco) dall''unità. Inoltre tutte le configurazioni
(ottime elaborate) risultano compatibili con le inflessioni calcolate. Associate a
queste configurazioni l''attrezzatura di bloccaggio decisa in precedenza è il
dispositivo standard modulare prodotto dalla ditta Gerardi tipo ''articolo 102'
blocchetto regolabile tipologia 3 (dalle dimensioni riportate nella figura 5.42).
Proponiamo in questa sede 3 tipi differenti di bloccaggio ottenuti utilizzando
questi dispositivi. Nel primo caso, al fine di rendere più sicuro il bloccaggio del
pezzo, si ritiene necessaria l''aggiunta di una ganascia supplementare costruita ad
hoc, (alloggiabile nel modello scelto grazie all''optional dei fori calibrati
diametro 12mm) in grado di aumentare la superficie in contatto con le ganasce
del blocchetto fissando meglio il componente. La configurazione suggerita,
riprodotta (in modo semplificato) in ambiente VERICUT, è quella della figura
(figura 5.52) in cui si possono vedere i disegni quotati (quote in mm) delle
ganasce e dei componenti ausiliari utilizzati.



















Capitolo 5 Applicazione Pag. 125


































Figura 5.52 Configurazione suggerita. Utilizzando blocchetti Gerardi art 102.




Capitolo 5 Applicazione Pag. 126 Una configurazione alternativa potrebbe essere quella che prevede l''aggiunta di
un blocchetto alla base del pezzo al fine distanziarlo maggiormente dalla faccia
del pallet e prevenire eventuali collisioni tra mandrino e il pallet stesso. La
soluzione proposta è quella mostrata nella figura successiva (figura 5.53)




































Figura 5.53 Configurazione alternativa con aggiunta di blocchetto Capitolo 5 Applicazione Pag. 127 Un ulteriore configurazione piuttosto complessa ma maggiormente conservativa
dal punto di vista dei vincoli forniti al componente è la seguente che prevede
l''utilizzo di quattro blocchetti tipo articolo 102 con quattro ganasce
supplementari unite da barre filettate diametro 12 mm.





































Figura 5.54 Configurazione alternativa Capitolo 5 Applicazione Pag. 128 Infine, per completare l''algoritmo, le soluzioni trovate andrebbero verificate
attraverso un approccio di simulazione cinematica utilizzando il Software
VERICUT. Per questa fase rimandiamo a sviluppi futuri della metodologia. In
generale qualora dovessero emergere ulteriori problemi di collisioni tra pallet e
mandrino (durante la lavorazione dei fori nei pressi della battuta del pallet), tali
problemi potrebbero essere risolti utilizzando spessori maggiori del blocchetto
che distanzino opportunamente la superficie della morsa a battuta sul pallet.

Introduciamo ora la strategia produttiva dell''azienda produttrice del codice 492.
Tale strategia prevede la realizzazione del codice mediante un solo setup. Il
componente viene staffato sul pallet attraverso un''attrezzatura di bloccaggio
particolare, studiata ad hoc, schematizzabile con un telaio chiuso, con un pattern
che prevede due colonne e una sola riga. I componenti risultano affiancati come
mostrato nella figura seguente (figura 5.55).












Figura 5.55 Configurazione pallet utilizzata dall''azienda produttrice del codice 419.
A questo punto possiamo introdurre un confronto tra soluzioni elaborate dalla
metodologia introdotta e la strategia di produzione utilizzata dall''azienda
produttrice del codice 419. Possiamo notare come la soluzione elaborata preveda
lo staffaggio un solo pezzo per ogni faccia utilizzabile del pallet. Le superfici a
battuta S2 ed S4, in questo caso non coincidono completamente con quelle
utilizzate dall''azienda produttrice. Questo è assolutamente coerente con la
decisione della ditta di produrre il codice con una struttura a telaio studiata ad
hoc che prevede organi di afferraggio anche su S1, S3 oltre a S2 ed S4. La
configurazione elaborata attraverso la metodologia proposta ci garantisce la
compatibilità della soluzione con le dimensioni del cubo di lavoro della
macchina utensile ma ci costringe a lavorare con una saturazione del pallet di
inferiore rispetto a quella utilizzata nella realtà dalla ditta produttrice del codice
(la metà). Dall''analisi del caso possiamo dedurre come, anche per il codice 419,
i dispositivi di bloccaggio standard modulari, benché versatili e abbastanza Capitolo 5 Applicazione Pag. 129 economici, non siano in grado di garantire la configurazione adottata
dall''azienda produttrice considerando un pallet delle dimensioni di
300x550x400 mm. Anche in questo caso potrebbe essere conveniente attuare la
configurazione elaborata dall''azienda studiando dei dispositivi di bloccaggio ad
hoc.
In generale, l''applicazione della metodologia per il caso studio, è risultata molto
interessante e ha condotto a risultati coerenti, fattibili e in grado di validare la
metodologia stessa .































Capitolo 5 Applicazione Pag. 130 5.5 Applicazioni Varianti al Caso B
5.5.1 Variazione parametro di tolleranza
Prendiamo ancora in esame il codice 419 (figura 5.33). Per la realizzazione del
pezzo sono previsti quarantotto Machining Workingstep come riportato al
capitolo 5.4.1. Le direzioni di lavorazione rimangono le stesse identificate in
precedenza ossia D2 e D5. Così anche le superfici definite staffabili sono quelle
considerate nel caso precedente e riportare nella figura 5.39. Ad esse sono
associati i dispositivi di bloccaggio, scelti in precedenza (cfr. tabella 5.18), tipo
standard modulare prodotti dalla ditta Gerardi e catalogati come ''articolo LC' e
''articolo 102' dalle dimensioni parametrizzate riportate nelle figure 5.41, 5.42.
Identiche sono anche le matrici di precedenza e di tolleranza, nonché i possibili
orientamenti generati dalla metodologia di riferimento [Bor10] e sintetizzati in
figura 5.43. Le lavorazioni di riferimento (Tolerance Feature) riassunte nella
tabella 5.20 rimangono le stesse. Imponiamo invece un vincolo di tolleranza più
stringente tra la Feature F1 e la superficie di riferimento S4. Al posto di
utilizzare un valore di VAL pari a 0,05 mm consideriamo un valore di 0,03 mm.
Alla luce di questa variazione andiamo a calcolare il nuovo Tolerance Factor al
fine di poter calcolare l''indicatore Locating Factor e valutarne le differenze. Il
calcolo del Tolerance Factor è sintetizzato nella tabella seguente (tabella 5.25).

NR F.Orientation NR F.Orientation Tipo Valore LX LY LZ T.F. S1 (-z) F1 (y) Per 0,05 120 0 220 0,000199522 S1 (-z) F2 (-y) Per 0,05 120 0 220 0,000199522 S1 (-z) F3 (-y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S1 (-z) F4 (-y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S1 (-z) F5 (y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S2 (-x) F1 (-y) Per 0,05 120 0 220 0,000199522 S2 (-x) F2 (-y) Per 0,05 120 0 220 0,000199522 S2 (-x) F3 (-y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S2 (-x) F4 (-y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S2 (-x) F5 (y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S3 (z) F1 (y) Per 0,05 120 0 220 0,000199522 S3 (z) F2 (-y) Per 0,05 120 0 220 0,000199522 S3 (z) F3 (-y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S3 (z) F4 (-y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S3 (z) F5 (y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S4 (x) F1 (y) Per 0,03 120 0 220 0,000119713 S4 (x) F2 (-y) Per 0,05 120 0 220 0,000199522 S4 (x) F3 (-y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S4 (x) F4 (-y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 S4 (x) F5 (y) Conc 0,05 0 71,9 0 0,00069541 Tabella 5.25 Calcolo del Tolerance Factor Variante caso B. SUPERFICI STAF. FEATURES LAV. Capitolo 5 Applicazione Pag. 131 Ora, applicando l''equazione 3 possiamo trovare il valore di Tolerance Factor
associato ad ogni superficie di riferimento possibile PLS. Riportiamo valori
ottenuti nella tabella seguente. Tabella 5.26
Sup. Poss PLS LX LY LZ Area TF S1 160 116 0 18560 0,000199522 S2 0 116 300 34800 0,000199522 S3 160 116 0 18560 0,000199522 S4 0 116 300 34800 0,000119713 S5 160 0 300 48000 0 S6 160 0 300 48000 0
Tabella 5.26 Tabella riassuntiva valori Tolerance Factor associati alle superfici S1-S6

Abbiamo tutti gli elementi necessari per procedere di nuovo al calcolo
dell''indicatore Locating Factor così come espresso nell''equazione 1 e vedere
come cambia in conseguenza delle modifiche apportate. Anche in questo caso
decidiamo di calcolare il valore di tale parametro al variare dei pesi A W e T W (tra 0 e 1 con passo di 0,1) che tengono conto del contributo dell''area di ogni
superficie possibile PLS e del fattore di tolleranza ad essa associato. Per
comodità riassumiamo nella seguente tabella (tabella 5.27):

WT 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 WA 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 S1 1,000 0,965 0,928 0,889 0,848 0,804 0,757 0,707 0,637 0,498 0,387 S2 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,975 0,836 0,725 S3 1,000 0,965 0,928 0,889 0,848 0,804 0,757 0,707 0,637 0,498 0,387 S4 0,600 0,630 0,661 0,695 0,730 0,768 0,808 0,851 0,875 0,792 0,725 S5 0,000 0,103 0,212 0,327 0,449 0,580 0,719 0,867 1,000 1,000 1,000 S6 0,000 0,103 0,212 0,327 0,449 0,580 0,719 0,867 1,000 1,000 1,000
Tabella 5.27 Tabella riassuntiva valori Locating Factor.
Anche in questo caso possiamo notare come non vi sia un''unica superficie con
valore di Locating Factor unitario ma vi siano più superfici che assumono valore
limite a seconda dei pesi A W e T W considerati. Più in dettaglio, dai valori calcolati di Locating Factor e riportati nella tabella 5.27, possiamo notare come,
alla luce del diverso vincolo di tolleranza imposto (rispetto al caso precedente),
la superficie S4 abbia visto una drastica riduzione di tale indicatore. Seguendo
quindi le informazioni ottenute saremmo portati a dare maggior risalto alla Capitolo 5 Applicazione Pag. 132 superficie S2 come possibile superficie di riferimento da mandare in battuta sul
pallet. Essa infatti è quella con valore di Locating Factor massimo (unitario) per A W compreso tra zero e 0,8; mentre S5 ed S6 (superfici con estensione all''aria maggiore) diventano preponderanti quando il contributo dell''Area diventa
praticamente esclusivo ( A W >0,8).
A questo punto proseguiamo con il calcolo degli indicatori ed in particolare con
la determinazione della possibile inflessione. Tale procedura ricalca esattamente
quella riportata al paragrafo 5.4.2. in quanto la configurazione con sbalzo
maggiore è esattamente la stessa considerata nel caso B. Da ciò possiamo
dedurre che anche per la situazione oggetto di valutazione non vi siano problemi
dovuti all''inflessione.
Introduciamo quindi, utilizzando la metodologia di riferimento [Bor10], le
possibili configurazioni ottime di pallet. Anche in questo caso coincidono con
quelle elaborate in precedenza e riportate nella figure 5.50 e 5.51. Alla luce del
valore assunto dal Locating Factor queste due soluzioni non sono più identiche.
La scelta della soluzione migliore viene indirizzata verso quella che prevede S2
come superficie di riferimento a battuta sul pallet. Associata a tale
configurazione, i dispositivi di bloccaggio e la disposizione del pezzo
nell''attrezzatura sono quelle già discusse e riportate nelle figure: 5.52-5.54.
Dall''analisi di questo caso possiamo vedere come il Locating Factor possa
indirizzare e modificare la scelta della soluzione tra le configurazioni ottime
proposte.

















Capitolo 5 Applicazione Pag. 133 5.5.2 Variazione dell''area della superficie S4
In questa ulteriore variante analizzata supponiamo di avere una possibile
superficie staffabile S4 con estensione all''aria inferiore (rispetto al caso B 419)
a causa di una precedente lavorazione di fresatura. Supponiamo inoltre che tale
riduzione di area sia dell''ordine del 30%. Come mostrato, in modo semplificato,
nella figura successiva (figura 5.56)















Figura 5.56 Componente 419 con superficie S4 ridotta.
Proponiamo, nella seguente tabella, i nuovi valori assunti delle aree delle
possibili superfici staffabili. I valori di S1, S2, S3, S5, S6 sono quelli ricavati
dalle dimensioni della bounding box, mentre per S4 è stata approssimata con
una area rappresentativa ridotta del 30% rispetto alla precedente ricavata dalla
bounding box. Le aree sono espresse in 2 mm . Sup. Poss PLS Area 2 mm S1 18560 S2 34800 S3 18560 S4 24360 S5 48000 S6 48000 Tabella 5.28 Nuovi valori delle aree S1-S6.
Da un confronto con i valori della tabella 5.19 possiamo notare come
l''estensione all''aria della superficie S4, che in precedenza era uguale ad S2,
abbia avuto, in conseguenza della modifica apportata, un calo del 30% passando
da 34800 a 24360 2 mm . Questo fatto rompe la sostanziale simmetria del pezzo. Capitolo 5 Applicazione Pag. 134 Alla luce delle modifiche apportate procediamo di nuovo al calcolo del valore
del Locating Factor. Riassumiamo i valori ottenuti nella tabella seguente (tabella
5.29).
WT 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 WA 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 S1 1,000 0,965 0,928 0,889 0,848 0,804 0,757 0,707 0,637 0,498 0,387 S2 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,975 0,836 0,725 S3 1,000 0,965 0,928 0,889 0,848 0,804 0,757 0,707 0,637 0,498 0,387 S4 1,000 0,978 0,954 0,929 0,902 0,874 0,844 0,811 0,758 0,619 0,508 S5 0,000 0,103 0,212 0,327 0,449 0,580 0,719 0,867 1,000 1,000 1,000 S6 0,000 0,103 0,212 0,327 0,449 0,580 0,719 0,867 1,000 1,000 1,000 Tabella 5.29 Nuovi valori calcolati del Locating Factor
Anche in questo caso possiamo notare come non vi sia un''unica superficie con
valore di Locating Factor unitario ma vi siano più superfici che assumono valore
limite a seconda dei pesi A W e T W considerati. Più in dettaglio, dai valori calcolati di Locating Factor e riportati nella tabella 5.29, possiamo notare come,
alla luce della diversa estensione all''aria (rispetto al caso precedente B 419), la
superficie S4 abbia visto una buona riduzione di tale indicatore. Seguendo
quindi le informazioni ottenute saremmo portati a dare maggior risalto alla
superficie S2 come possibile superficie di riferimento da mandare in battuta sul
pallet. Essa, infatti, è quella con valore di Locating Factor massimo (unitario)
per A W compreso tra zero e 0,8; mentre S5 ed S6 (superfici con estensione all''aria maggiore) diventano preponderanti quando il contributo dell''Area
diventa praticamente esclusivo ( A W >0,8). A questo punto proseguiamo con il calcolo degli indicatori ed in particolare con la determinazione della possibile
inflessione.
Tale procedura ricalca esattamente quella riportata al paragrafo 5.4.2. in quanto
la configurazione con sbalzo maggiore è esattamente la stessa considerata nel
caso B. Da ciò possiamo dedurre che anche per la situazione oggetto di
valutazione non vi siano problemi dovuti all''inflessione.
Introduciamo quindi, utilizzando la metodologia di riferimento [Bor10], le
possibili configurazioni ottime di pallet. Anche in questo caso coincidono con
quelle elaborate in precedenza e riportate nella figure 5.50 e 5.51. Alla luce del
valore assunto, in questo caso, dal Locating Factor queste due soluzioni non
sono più identiche. La scelta della soluzione migliore viene quindi indirizzata
verso quella che prevede S2 come superficie di riferimento a battuta sul pallet.
Associata a tale configurazione, i dispositivi di bloccaggio e la disposizione del
pezzo sull''attrezzatura sono quelle già discusse e riportate nelle figure: 5.52-
5.54.
Dall''analisi di questo caso possiamo vedere come il Locating Factor possa, di
nuovo, indirizzare la scelta tra le soluzioni ottime proposte. 135 Capitolo 6
6. Conclusioni e Sviluppi Futuri
6.1 Conclusioni e sviluppi futuri
Il lavoro di tesi, descritto nelle pagine precedenti, è incentrato nello sviluppato
di un metodo per la scelta e la configurazione del sistema di bloccaggio pezzo
per la lavorazione di componenti meccanici tramite asportazione di truciolo su
centri di lavoro a quattro assi a tavola rotante a mandrino orizzontale.
L''approccio considera dispositivi di tipo standard modulare. Oggi, infatti, a
causa delle nuove esigenze di mercato, che prevedono continui e repentini
cambiamenti di produzione, vi è la tendenza a privilegiare l''utilizzo di tali
organi di fissaggio in quanto relativamente economici ed in grado di adattarsi, in
tempi brevi, senza modifiche importanti, a produzioni di componenti diversi.
L''utilizzo di attrezzature costruite ad hoc, invece, trova sbocco principale per
pezzi complessi e da produrre in lotti molto numerosi in modo tale da consentire
di ammortizzare il maggior costo di sviluppo e realizzazione del sistema di
bloccaggio.
Il presente lavoro descritto mira, quindi, a definire una procedura per la
configurazione dell''attrezzatura che fornisca un''indicazione, su quale superficie
del pezzo sia più idonea a diventare superficie di riferimento e localizzazione
(da mandare in battuta sul pallet) ovvero su quale metodo di bloccaggio possa
essere utilizzabile o preferibile rispetto ad un determinato problema che si sta
affrontando. Si arriva alla scelta e alla configurazione del sistema di bloccaggio
seguendo una serie di passi formalizzati in un algoritmo che prevede il calcolo
di alcuni indicatori specifici e l''utilizzo di alcune parti della procedura di
riferimento elaborata da Borgia, Matta e Tolio [Bor10] (capitolo 4.2). In
particolare gli indicatori introdotti non si occupano di aspetti cinematici (in
quanto già considerati all''interno dell''approccio di riferimento), ma si
premurano di fornire indicazioni sulla ''bontà' delle superfici del componente
quali possibili superfici di staffaggio (da mandare in battuta sul pallet) sulla base
di considerazioni di carattere geometrico (valutando le superfici all''aria e i
vincoli di tolleranza imposti), e di carattere ''dinamico' (valutando le possibili
inflessioni del componente causate dalle forze che si sviluppano durante le
lavorazioni). Il primo indicatore introdotto, associato alle caratteriste
geometriche del pezzo, è chiamato Locating Factor [Cai08] mentre il secondo è
un semplice calcolo della possibile inflessione del pezzo in conseguenza delle
forze che si generano durante le lavorazioni in alcune configurazioni specifiche Capitolo 6 Conclusioni e Sviluppi Futuri Pag. 136 considerate maggiormente soggette ad inflessione. Una volta ottenute tutte le
possibili configurazioni di pallet (ricavate utilizzando la metodologia di
riferimento) e una volta effettuata la scelta (da una specifica libreria) del
dispositivo standard modulare più adatto a vincolare il pezzo a seconda della
superficie del pezzo scelta come riferimento, si applica un algoritmo di
ottimizzazione matematica (parte della metodologia di riferimento) per valutare,
tra tutte le possibili configurazioni, quella ottima, ossia, tale da garantire i livelli
di accuratezza, minimizzazione del numero di setup e saturazione del pallet
desiderati.
Dopo l''ottimizzazione, la configurazione selezionata sarà quella, compatibile
con le inflessioni calcolate, che presenta valore maggiore di Locating Factor
associato alla superficie di riferimento ottenuta. A questo punto, dopo aver
compilato il part-program di pallet, si introduce un ulteriore criterio di verifica
della configurazione (ex post) per controllarne la fattibilità considerando
l''orientamento e le attrezzature scelte; questo viene eseguito attraverso un
approccio di simulazione cinematica. Tutto ciò è possibile grazie all''utilizzo di
un software, VERICUT in grado di simulare in ambiente virtuale ciò che accade
durante la lavorazione del pezzo alle macchine utensili. L''approccio elaborato, è
stato testato su vari aspetti e validato attraverso l''applicazione a due casi reali.
Da un''analisi dei risultati ottenuti, confrontati con le soluzioni proposte
dall''azienda produttrice dei codici considerati, possiamo concludere che
l''approccio elaborato risulta adeguato ed in grado di fornire buoni risultati dal
punto di vista della scelta e della configurazione del sistema di bloccaggio. (vedi
capitolo 5.3.4 e 5.4.4)
In generale, la metodologia va nella direzione di automatizzare il più possibile,
di guidare il progettista nella non sempre facile e immediata scelta e
configurazione dell''attrezzatura.
L''utilizzo dell''approccio elaborato è tanto più giustificato quanto maggiore è la
complessità del componente da realizzare e maggiore è il numero delle
operazioni necessarie alla completa realizzazione dello stesso. L''applicazione
risulta particolarmente indicata per aziende che si occupano di progettazione e
realizzazione integrata di componenti meccanici e che, sempre più spesso,
tendono ad associare al modello virtuale (del componente) realizzato tramite
software CAD 3D, un''analisi di tipo tecnologico utilizzando software CAM in
grado di interfacciarsi con la macchina utensile. Il fatto di riuscire ad avere in
tempi ragionevolmente brevi, grazie all''utilizzo della metodologia elaborata, la
configurazione ottima di pallet (quella che consente una buona saturazione dello
spazio di lavoro e il minimo numero di piazzamenti), Capitolo 6 Conclusioni e Sviluppi Futuri Pag. 137 considerando già il sistema di bloccaggio, verificato attraverso l''approccio di
simulazione, rappresenta un grande passo in avanti e consente un risparmio di
tempo nella fase di impostazione e settaggio del centro di lavoro. Inoltre va nella
direzione di poter garantire un minor numero di scartati prodotti in fase di star-
up della macchina utensile.
Molti possono essere i suggerimenti e gli sviluppi futuri per migliorare la
metodologia proposta. Innanzitutto bisognerebbe completarne l''applicazione
implementando la verifica della soluzione elaborata mediante l''utilizzo del
software VERICUT in grado di simulare la cinematica della macchina utensile
alla ricerca di eventuali infattibilità o collisioni tra mandrino e attrezzatura o tra
utensile e dispositivi di bloccaggio. (Appendice A). Inoltre, considerando le
attuali dinamiche del mercato e il proliferare di prodotti sempre differenti, un
grande passo in avanti sarebbe riuscire ad estendere, e risolvere, il problema del
bloccaggio per codici diversi staffati su una stessa faccia del pallet. Un''ulteriore
direzione di sviluppo, molto importante nell''applicazione della metodologia, è
certamente quella che considera il problema della tolleranza. Sarebbe molto
interessante e utile riuscire ad elaborare un metodo in grado di giungere ad una
normalizzazione della stessa e poter così considerare in un unico valore un
numero maggiore di tolleranze diverse.
Si potrebbe ricercare in letteratura, o sviluppare, qualche nuovo indicatore da
affiancare al ''Locating Factor' [Cai08] capace di guidare il progettista nella
scelta e valutazione delle superfici di staffaggio del componente.
Un miglioramento potrebbe derivare dall''introduzione di un metodo più
rigoroso nel calcolo delle aree associate alle superfici equivalenti di staffaggio.
In particolare si potrebbero introdurre determinati coefficiente in grado di
considerare incrementi o diminuzioni percentuali dell''area considerata a
seconda della presenza sulle superfici di determinate geometrie quali tasche,
scanalature ecc.
Un''ulteriore direzione di sviluppo potrebbe essere quella che prevede
l''elaborazione di una procedura in grado di calcolare, in modo automatico, la
possibile inflessione del pezzo per ogni orientamento fattibile. Tale inflessione
potrebbe essere successivamente verificata tramite l''utilizzo della modellazione
FEM.
Più facilmente si potrebbe, infine, integrare nella metodologia una funzione in
grado di scegliere, da una libreria di attrezzature standard modulari, quella più
adatta considerando la dimensione principale del componente da realizzare nella
configurazione elaborata.
Tutte le possibili direzioni di sviluppo futuro elencate, sono tese ad
automatizzare e migliorare il procedimento sviluppato, ciò dimostra, ancora una
volta, quanto la tematica del fixture design inserita nel più ampio contesto del
process planning sia estremamente vasta, complessa e aperta a nuovi studi,
sviluppi e soluzioni. 138 Bibliografia


[And05] P. Andreini. Manuale dell''ingegnere meccanico. 2° edizione.
HOEPLI 2005. [ANSI] ANSI Y14.5M, Dimensioning and Tolerancing: American
National Standard Engineering Drawings and Related
Docurnentation Practices, ASME, New York. 1982. [Bi01] Bi ZM, Zhang WJ. Flexible fixture design and automation:
review, issues and future direction. International Journal of
Production Research 2001;39(13): 2867''94. [Boe88] Boerma, J.R. and Kals, H.J.J., FIXES: a system for automatic
selection of setups and design of fixture. Annals CIRP, 1988, 37,
443''446. [Boe89] Boerma , J.R. and Kals, H.J.J., Fixture design with FIXES: the
automatic selection of positioning, clamping and support features
for prismatic parts. Ann. CIRP, 1989, 38, 399''403. [Boh02] Bohez, E.L.J., Five-axis milling machine tool kinematic chain
design and analysis. Inter. J. Machine Tools & Manuf., 2002, 42,
505''520. [Bor10] Stefano Borgia, Andrea Matta, Tullio Tolio. STEP-NC Compliant
Approach for Setup Planning Problem on Multiple Fixture Pallet.
Proceeding of APMS International Conference 2010 Cernobbio,
Como, Italy, 11-13 October 2010 [Bor12] S. Borgia, A. Matta, T. Tolio. STEP-NC Compliant Approach for
Setup Planning Problem on Multiple Fixture Pallets. Journal of
Manufacturing Systems, 2012, In Press. [Boy10] I. Boyle, Y. Rong, D.C. Brown. A review and analysis of current
computer-aided fixture design approaches. Robotics and
Computer-Integrate manufacturing 2011. [Cai 08] Ningxu Cai, Lihui Wang, His-Yung Feng. Adaptive setup
planning of prismatic parts for machine tools with varying
configuration. International Journal of Production Research.
Vol.46, No. 3. February 2008, 571-594. [Cha85] Chang, T.C. and Wysk, R.A. (1985). An Introduction to
Automated Process Planning Systems, Prentice-Hall, EngIe wood
Cliffs. N J, 1985. [Cha88] Chang, T. C., Anderson, D.C., Mitchell, O.R., 1988, QTC- an
integrated design/manufacturing/inspection system for prismatic Bibliografia Pag. 139 parts. Proceedings of the AS ME Conference on International
Computers in Engineering, San Francisco, CA, pp 417-426. [Che93] L.L. Chen, S. Y. Chou, T. C. Woo. Separating and Intersecting
Spherical Polygons: Computing Machinability on Three-, Four-,
and Five-Axis Numerically Controlled Machines. ACM
Transactions on Graphics, Vol. 12, No. 4, October 1993, Pages
305-326. [Cho94] Chou Y.C. Geometric Reasoning for Layout Design of
Machining Fixtures. Int. J. Computer Integrated Manufacturing,
Vo1.7, No.3, pp175-185. 1994. [CNR] Normativa CNR 10011/86 [Con04] Contini P. and Tolio T., Computer-aided set-up planning for
machining centres configuration. Inter. J. Prod. Res., 2004, 42,
3473-3491. [Fer88] Ferreira, P.M. and Liu, C.R., Generation of workpiece orientation
for machining using a rule-based system. Robotics and
Computer-Integ. Manuf., 1988, 4, 545''555. [Hua03] S.H. Huang, Q. Liu. Rigorous Application of Tolerance Analysis
in Setup Planning. Int. J Adv Manuf Technol (2003) 3: 196-207.
Springer-Verlag London Limited 2003. [ISO] International Organization for Standardization. Normativa ISO
14649 [ISO] International Organization for Standardization. Normativa ISO
8526 [Lee91] Lee, S.H. and M.R. Cutkosky. Fixturing Planning with Friction.
Journal of Engineering for Industry, 1 13, pp.320-327. 1991. [Lee87] Lee, J.D. and L.S. Haynes. Finite-Element Analysis of Flexible
Fixturing System. Journal of Engineering for Industry, 109(2),
pp.134-139. 1987. [Ma99] W. Ma, J. Li, Y. Rong. Int. J Adv Manuf Technol (1999) 15: 171-
181. 1999. Springer-Verlag London Limited. [Mit91] Mittal R.O., P.H. Cohen and B.J. Gilmore. Dynamic Modelling of
the Fixture-Workpiece System. Robotics and Computer-
integrated Manufacturing, 8(4), pp.201-217. 1991. [Nix71] Nixon F. Managing to achieve quality. McGraw Hill:
Maidenhead; 1971. [Nna90] Nnaji B.O. and P. Lyu. Rules for an Expert Fixturing System on a
CAD Screen Using Flexible Fixture. Journal of Intelligent.
Manufacturing, Vol. 1, pp.3 1-48.1990. [Ong02] Ong, S.K., Ding, J. and Nee, A.Y.C., Hybrid GA and SA
dynamic setup planning optimization. Int. J. Prod. Res., 2002, 40,
4697''4719. Bibliografia Pag. 140 [Pha90] Pham, D.T. and A. de Sam Lazaro. Finite Element Study of a
Workpiece in a Machining Fixture. Mathematical and Computer
Modelling, Vo1.14, pp.1024-1028.1990. [Sca03] Peter Scallan, Process Planning The Design/Manufacture
Interface, chap 2 pag 35-62, Copyright © 2003 Elsevier Ltd. [Str96] L. Straneo, R. Consorti, G. Manfrè. Disegno, progettazione e
organizzazione industriale. Edizione principato 1996. [Tra90] J. C. Trappey and C. R. Liu (School of Industrial Engineering,
Purdue University, West Lafayette, IN 47907, USA). A Literature
survey of fixture design automation. Int J Adv Technol (1990) 5:
240-255. 1990 Springer-Verlag London Limited. [Tra93] Trappey, A.J.C. and S. Matrubhutam. Fixture Configuration
Using Projective Geometry. Journal of Manufacturing Systems,
12(6), pp.486-495. 1993. [Wan10] Hui Wang, Yiming (Kevin) Rong, Hua Li, Price Shaun.
Computer aided fixture design: Recent research and trends.
Computer Aided Design 42. June 2010 1085-1094. [Wu98] Wu, H.-C. and Chang, T.-C., Automated setup selection in
feature-based process planning. Inter. J. Prod. Res., 1998, 36,
695''712. [Zha96] Zhang H.-C., Huang, S.H. and Mei, J., Operational dimensioning
and tolerancing in process planning: setup planning. Inter. J.
Prod. Res., 1996, 34, 1841''1858. 141 Appendice A

A.1 Criteri di verifica ex post
Una volta applicato l''approccio di ottimizzazione ed elaborata una possibile
configurazione del pallet tenendo conto, in modo esplicito, della presenza
dell''attrezzatura attraverso gli indicatori esposti al nel capitolo 4 (capitolo
4.3.1), la configurazione elaborata va verificata per mezzo di un software capace
di effettuare la simulazione cinematica del part-program e di replicare, in
ambiente virtuale, ciò che avviene durante le lavorazioni alla macchina utensile.
Tale simulazione si rende necessaria per valutare la bontà della soluzione
ottenuta, per poter escludere eventuali infattibilità come collisioni tra
utensile/mandrino e attrezzatura, per escludere una possibile cattiva definizione
delle operazioni.
Qualora la verifica dovesse dare esito negativo il ciclo riprende andando a
valutare una possibile nuova soluzione alla ricerca di una configurazione diversa
che possa soddisfare le richieste. Si introduce così, nella procedura, un loop in
retroazione (confronta figura 4.2 e schema algoritmo figura 4.3). Vediamo ora
una breve introduzione all''approccio di simulazione attraverso il software
VERICUT.
A.1.1 Definizione dell''ambiente di simulazione
Tra i programmi in grado di riprodurre, in ambiente virtuale, ciò che accade
durante le lavorazioni alla macchina utensile vi è VERICUT. Il software è
sviluppato dalla società californiana CGTech2 ed è considerato un prodotto
maturo, sia per la presenza sul mercato da diversi anni, sia per le buone
prestazioni complessive in costante miglioramento. In ambiente VERICUT è
possibile simulare dettagliatamente il processo di lavorazione con riferimento
alle prestazioni della specifica macchina, il cui modello virtuale è corredato da
caratteristiche cinematiche fedeli a quelle delle macchina reale. La
caratterizzazione della simulazione avviene principalmente aggregando una
serie di file che definiscono: la struttura e la cinematica della macchina utensile;
il tipo di controllo numerico utilizzato; le caratteristiche del pezzo grezzo e
dell''attrezzatura; il part-program riferito allo specifico controllo numerico; gli
utensili necessari per la lavorazione. L''output di una generica simulazione è
costituito dal pezzo lavorato, dalla verifica del percorso utensile e da un report
contenente i tempi macchina rilevati e le eventuali segnalazioni di errore. Appendice A Pag. 142 Per effettuare una simulazione è necessario aggregare una serie di file e di
informazioni che rappresentano gli elementi costitutivi del processo di
lavorazione [Vedi Guida in linea del Prodotto]. Come schematizzato nella figura
successiva (figura A1) è necessario specificare:
- macchina utensile
- controllo numerico
- percorso utensile (o part-program)
- pezzo grezzo e attrezzatura di bloccaggio
- utensili impiegati nella lavorazione.
Questi file vengono richiamati e salvati in un unico file di progetto il quale è
rappresentativo di una specifica simulazione. Se tali file esistono già, perché
creati in precedenza al fine di eseguire altre simulazioni, è sufficiente
richiamarli all''interno del progetto corrente, altrimenti occorre realizzarli prima.
Una volta che il progetto è stato impostato è possibile lanciare la simulazione. Il
tempo di simulazione è variabile e dipende strettamente dai valori indicati per i
parametri di set-up del progetto, oltre che dalla lunghezza intrinseca del part-
program da simulare e dalle prestazioni hardware del calcolatore utilizzato. A
simulazione terminata sono disponibili una serie di informazioni (output) come
illustrato in figura A.1 :
- percorso utensile (o part-program) verificato
- pezzo lavorato
- file di log (o di errore).



















Figura A.1 Schema concettuale del simulatore VERICUT Appendice A Pag. 143 A.1.2 Elementi necessari per definire la simulazione
Vediamo ora, più in dettaglio, gli elementi necessari da definire per poter
avviare una simulazione; in particolare prenderemo in esame: il file di progetto,
il file macchina, il file del controllo numerico, il file del part-program, il file di
libreria utensili, e il file di definizione dell''attrezzatura e pezzo.

Il file di progetto ha una struttura di tipo XML caratterizzata da una ben definita
sintassi; esso contiene ogni informazione necessaria per caratterizzare una
specifica simulazione. All''apertura di un file progetto, precedentemente creato, i
file e le impostazioni di set-up vengono automaticamente richiamati così come
erano stati salvati. A tale file il software VERICUT associa un interfaccia
grafico sintetica del tipo diagramma ad albero (figura A.2).






















Figura A.2 Esempio di albero di progetto compilato in ambiente VERICUT

Anche il file macchina ha una struttura di tipo XML ed è rappresentativo
dell''architettura cinematica e della struttura solida della macchina utensile. La
tipica struttura di tipo XML permette di identificare facilmente i componenti
della macchina. Anche in questo caso, in ambiente VERICUT, il file XML si Appendice A Pag. 144 traduce con un interfaccia grafico avente una struttura ad albero. Mentre la
macchina ha anche una rappresentazione grafica visuale. Figura A.3













Figura A.3 Esempio di albero di macchina e rappresentazione grafica della stessa in ambiente VERICUT

Il file di controllo numerico rappresenta l''emulatore del controllo numerico
della macchina utensile. Tramite questo file si cerca di riprodurre il
funzionamento del controllo numerico reale per quanto concerne
l''interpretazione del part-program e la movimentazione dei componenti mobili
della macchina virtuale. Nella libreria standard del software è possibile scegliere
tra un''ampia serie di file del controllo numerico, corrispondente a buona parte
dei controlli numerici più diffusi sul mercato. Qualora servisse, è possibile
creare controlli ad hoc.

Il file del part-program contiene tutti i comandi che la macchina deve eseguire al
fine di simulare la lavorazione. Esso è, di norma, generato dal sistema CAM e
corrisponde al programma che viene caricato sulla macchina utensile reale per
eseguire la lavorazione.

Il pezzo o i pezzi grezzi e le relative attrezzature di bloccaggio sono
rappresentati nella finestra dell''albero di progetto (figura A.2) rispettivamente
dagli elementi Stock e Fixture. Ciascun pezzo da lavorare è rappresentato da un
modello CAD solido, mentre l''attrezzatura di bloccaggio può essere costituita
anche da un unico modello solido. La geometria di tali modelli può essere
descritta in un File_Model da importare o da creare direttamente attraverso lo
strumento Sketch di VERICUT, oppure mediante forme solide (parallelepipedo,
cono, cilindro) predefinite, per le quali è sufficiente specificarne i parametri
caratteristici di misura.
Appendice A Pag. 145 Il file di libreria utensile descrive gli utensili utilizzati nel processo virtuale di
asportazione di truciolo. La libreria può contenere svariati utensili, per esempio
quelli richiamati in uno specifico part-program da simulare. Un utensile è
rappresentato dall''insieme di 2 componenti: il corpo dell''utensile (che
comprende il portautensile ed il corpo dell''utensile), la parte tagliente.
A sua volta la parte tagliente può essere costituita da un intero corpo tagliente
oppure da inserti taglienti alloggiati direttamente sul corpo dell''utensile. La
costruzione dei componenti dell''utensile avviene tramite finestre di
modellazione. Per quanto riguarda il corpo dell''utensile, è possibile scegliere tra
forme predefinite (parallelepipedo, cilindro, cono) per le quali è sufficiente
specificare i parametri di misura caratteristici, oppure è possibile ottenere il
modello solido mediante estrusione o rivoluzione di un profilo impostato. In
alternativa è anche possibile selezionare un File_Model, oppure riferirsi a
componenti di utensili già esistenti. Relativamente gli inserti taglienti è possibile
scegliere tra una serie di alternative costruttive: scelta di una forma predefinita
(Parallelogramma, Esagono, Cerchio, Quadro, Triangolo, etc.), estrusione di un
profilo impostato, selezione di un File_Model o di un componente già esistente.
A.1.3 Gli output della simulazione
Gli output principali ottenuti mediante il software di simulazione VERICUT
sono essenzialmente tre come riassunti nella figura precedente (figura A.1) ed in
particolare: il percorso utensile (o part-program) verificato, il pezzo lavorato e il
file di log o di errore. Vediamo ora più in dettaglio ciascuno questi output.

La verifica del percorso utensile. Una volta effettuata la simulazione è infatti possibile, mediante uno strumento di analisi, ripercorrere ciascuna riga del part-
program, soffermandosi in particolare su quelle che hanno generato delle
collisioni. Posizionandosi sopra una segnalazione di collisione è possibile
visualizzare, anche attraverso l''interfaccia grafico, lo stato della simulazione in
quel particolare istante.

Il modello solido del pezzo lavorato. A simulazione terminata è consentito generare il modello solido del Grezzo Lavorato. Tale modello può essere salvato
(ad esempio in formato STL, IGES, ACIS, STEP) mantenendo le relative
features in modo da poter essere successivamente utilizzato anche da sistemi
CAD/CAM.

Il file di log. Oltre al percorso utensile verificato, è possibile disporre anche di un rapporto generale della simulazione. Tale rapporto è costituito da un file
testuale di log contenente gli errori generati (tra i quali le collisioni) con
l''identificativo delle relative righe di codice, il tempo simulato di lavorazione Appendice A Pag. 146 suddiviso per tipo di utensile ed il tempo simulato complessivo della
lavorazione. A.2 Conclusioni
In questa appendice abbiamo visto una breve introduzione alla simulazione
cinematica ed in particolare facendo uso del Software VERICUT. Tale
programma, viene utilizzato per verificare le soluzioni elaborate ottenute grazie
all''utilizzo dell''approccio proposto. Rimandiamo a sviluppi futuri la verifica
delle soluzioni ottenute e il completamento della metodologia proposta.


© Eiom - All rights Reserved     P.IVA 00850640186