Soluzione digitale per la tornitura: il progetto DRITTO

La produzione di componenti assialsimmetrici snelli rimane ancora oggi un’operazione complessa e critica, anche adottando i moderni processi di tornitura a controllo numerico. A causa delle deformazioni elevate, durante la lavorazione di questi componenti si possono generare errori geometrici inaccettabili che richiedono lunghe procedure iterative per essere minimizzati. 

La soluzione del progetto DRITTO- Deflection Reduction In Turning by Toolpath Optimization, mira a evitare questi costosi passaggi e, grazie alla digitalizzazione di processo, a ottenere prodotti conformi al primo tentativo.

Il progetto di ricerca DRITTO

DRITTO è un progetto di ricerca finanziato dalla Comunità Europea tramite il progetto DIH-world. Partecipa al progetto, insieme ad ARTES 4.0 e all’Università degli Studi di Firenze (Socio fondatore di ARTES 4.0), anche una PMI toscana, Meccanica Ceccarelli e Rossi.

Gli obiettivi del progetto sono:

1. Digitalizzazione: sviluppo di una innovativa soluzione digitale per la tornitura di componenti snelli.

2. Empowerment operatore: riduzione delle procedure ripetitive e miglioramento delle capacità digitali degli operatori.

3. Sostenibilità: sviluppo di percorsi utensili ottimali che permettano di ottenere prodotti conformi senza scarti.

4. Produttività: riduzione del tempo ciclo della lavorazione.

5. Digital Innovation Hub: il progetto ha come obiettivo quello di creare un network europeo di DIH per lo sviluppo di maggiori sinergie a livello transnazionale.

   
   

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Il sistema sviluppato per la correzione degli errori

Il sistema sviluppato è costituito da un algoritmo, basato sulla fisica del processo, in grado di prevedere il comportamento del componente durante la lavorazione e di compensare la sua deflessione, generando il codice di comando che controlla la macchina. Tale soluzione è in tal modo capace di combinare automaticamente la simulazione del processo di tornitura e il modello di deflessione del pezzo per realizzare dei cicli di lavoro ottimizzati, senza richiedere all’operatore competenze specifiche o ulteriori dati di input.

Le principali sfide che sono state affrontate sono:

• Challenge 1: Modellazione FEM del pezzo.

  La stima del comportamento del pezzo necessita di considerare gli effetti della rimozione di materiale, visto che la sua geometria cambia durante il processo. A questo scopo è stato implementato un sistema automatico di generazione e aggiornamento del comportamento del pezzo in lavorazione basato su modelli FEM a trave.

  Il sistema necessita solo dei parametri di ingresso già in possesso di un operatore di tornitura: geometria e materiale del grezzo di partenza e percorso utensile non ottimizzato.

• Challenge 2: Forze di taglio in tornitura.

  Per conoscere l’entità delle deformazioni a cui il pezzo è sottoposto, è essenziale conoscere le forze che si scambiano pezzo e utensile.

  Il processo di tornitura è stato quindi simulato ed è stato sviluppato un modello per prevedere le forze generate durante il processo. Il tutto è stato implementato in un algoritmo dedicato che si interfaccia con il modulo di modellazione FEM del pezzo e la generazione del percorso utensile.

• Challenge 3: Ottimizzazione percorso utensile. Una volta combinato modello del pezzo e forze di taglio, è possibile stimare la deflessione dell’utensile.

  Tale deflessione è poi utilizzata, mediante uno specifico algoritmo, per creare un percorso utensile che possa compensare gli errori indotti dalla flessibilità del pezzo, riducendone l’entità.

  Il percorso utensile ottimizzato è infine tradotto nello specifico codice di comando della macchina per l’esecuzione.

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Il test del sistema DRITTO

Il sistema così sviluppato è stato testato presso il partner industriale del progetto, Meccanica Ceccarelli e Rossi. I risultati mostrano una drastica riduzione dell’errore di forma sui pezzi lavorati con il percorso utensile compensato, potenzialmente eliminando, o almeno riducendo in modo significativo, la necessità di lavorazioni successive.  

Il progetto è alle sue fasi conclusive, le ultime attività saranno concentrate sull’implementazione software per migliorare l’ergonomia d’utilizzo e la versatilità.

Sono inoltre allo studio casi studio alternativi per estendere la validazione dell’approccio e della soluzione sviluppata ad un campo più ampio di operazioni.