Linear Motion Control - 2018-12-17
Per i centri di lavoro nell'industria aeronautica e aerospaziale, la velocità di asportazione truciolo è un parametro chiave, perché molti dei componenti centrali di grandi dimensioni, come le costole delle ali e altre parti strutturali, vengono fresate dal pieno. Ad esempio, parti che pesano oltre 100 kg possono essere ricavate da blocchi di alluminio di 4 tonnellate o più, quindi deve essere asportato praticamente il 97,5% del materiale.
I clienti chiedono massima velocità di lavorazione
Modig Machine Tool AB di Virserum, in Svezia, è ben posizionata nell’esigente settore della lavorazione ad alta velocità di materiali quali alluminio, titanio, acciaio e compositi. L'azienda, fondata nel 1947 dal nonno dell'attuale proprietario e CEO David Modig, sviluppa e costruisce macchine CNC ad altissime prestazioni utilizzate da aziende aerospaziali in tutto il mondo, fra cui Airbus, Boeing, SAAB, Sikorsky e Volvo Aero. Tutte le macchine Modig sono rinomate per i loro livelli elevati di velocità e precisione, ma il modello a portale RigiMill definisce nuovi standard in questo ambito.
“Uno dei nostri obiettivi era sviluppare la prima macchina 2-in-1 in questa categoria, in altre parole una fresatrice per sgrossatura e finitura ad alta velocità,” spiega David Modig. “Il secondo obiettivo era che la RigiMill fosse la fresatrice più veloce del mondo."
La rigidità come presupposto per la precisione
Questo obiettivo non era fine a sé stesso e lo scopo non era vincere una medaglia alle Olimpiadi. Racconta David Modig: “L'industria aeronautica sta letteralmente esplodendo e le aziende produttrici aumentano continuamente la loro capacità, pertanto volevamo fornire ai nostri clienti sistemi a portale con cicli di lavorazione ancora più brevi.” Per lavorare i componenti strutturali di un aeroplano serve anche precisione al massimo livello, pertanto la rigidità degli assi della macchina è importante quanto la velocità, forse di più. Il mandrino della RigiMill usa azionamenti gemelli sugli assi Y e Z con una precisione di posizionamento di 0,5 μm in entrambi i casi. I due motori elettrici operano in modalità master/slave.
“Collaboriamo solo con i migliori fornitori"
La scelta degli azionamenti lineari per gli assi si è basata non solo sulle specifiche tecniche degli azionamenti, come spiega David Modig: “Collaboriamo solo con i migliori fornitori. In questo caso abbiamo cercato un fornitore di prestigio che offrisse unità di azionamento con la massima precisione e la passione per sostenere e promuovere sviluppi innovativi."
Partendo da questi criteri la scelta è caduta su NSK. Non è stata una sorpresa, perché tutti i precedenti modelli di centri di lavoro Modic erano equipaggiati con componenti NSK. In collaborazione con il distributore autorizzato svedese Acumo, gli esperti di NSK a Ratingen hanno configurato due unità di azionamento tenendo conto di fattori quali coppia, velocità, forze di accelerazione degli assi e temperature generate negli azionamenti del mandrino durante la lavorazione ad alta velocità.
Viti a ricircolazione di sfere per lavorazione ad alta velocità
In queste condizioni, la soluzione ottimale è stata individuata nelle viti a ricircolazione di sfere serie HMD con raffreddamento della chiocciola. La serie HMD è progettata esclusivamente per applicazioni di lavorazione ad alta velocità, con spostamenti fino a 120 m/min. Grazie a un sistema di ricircolazione di nuova concezione è stato possibile aumentare il coefficiente di velocità d x n a 160.000.
Più precisione con il raffreddamento della chiocciola
Raffreddando l'azionamento lineare attraverso la chiocciola (esattamente nel punto in cui si genera il calore), si protegge il componente da aumenti di temperatura che potrebbero compromettere la precisione della lavorazione.
Per sviluppare questo azionamento lineare con raffreddamento ottimizzato, NSK ha dovuto superare diverse problematiche di progettazione. Ad esempio, gli esperti dell'Azienda dovevano risolvere un problema causato dal raffreddamento, che induceva una contrazione del materiale nel corpo della chiocciola e influiva sul precarico della vite a ricircolazione di sfere. Dopo test approfonditi, i progettisti di NSK hanno realizzato un sistema di raffreddamento grazie al quale il livello di precarico non viene influenzato dal raffreddamento in qualsiasi fase dell'esercizio.
Tutto da un unico fornitore: viti a ricircolazione di sfere, cuscinetti e guide a rulli
Le viti a ricircolazione di sfere con raffreddamento della chiocciola serie HMD vengono utilizzate sugli assi Y e Z del centro RigiMill. L'asse Y ha una corsa di 1560 mm, l'asse Z 900 mm.
Le viti a ricircolazione di sfere HMD sono dotate di cuscinetti a sfere a contatto obliquo per carichi assiali della serie BSBD di NSK, sviluppati appositamente per questo tipo di applicazione. La configurazione a doppia corona di questi cuscinetti, con un angolo di contatto di 60°, è in grado di sostenere carichi assiali elevati in entrambe le direzioni. Al tempo stesso i cuscinetti garantiscono la rigidezza e la precisione richieste dalle moderne macchine di precisione.
La soluzione di NSK è completata dalle guide a rulli RA sugli assi principali del RigiMill. Anche le guide si contraddistinguono per l'estrema rigidezza alla massima capacità di carico e creano condizioni ideali per il movimento fluido degli assi del mandrino, con vibrazioni ridotte nonostante le velocità e le forze elevate generate dalla lavorazione Il contatto lineare ideale del rullo premette un movimento volvente puro senza strisciamento, riducendo l'attrito.
Soluzione completa straordinaria
"I componenti di NSK e l'intero sistema di azionamento soddisfano i requisiti estremamente severi che imponiamo ai nostri fornitori," afferma David Modig. “Contribuiscono in modo rilevante affinché il centro RigiMill operi non solo con la massima precisione, ma anche a velocità estremamente elevate, che a loro volta riducono i tempi e i costi di lavorazione per ogni pezzo.”
RigiMill costituisce quindi una soluzione economica dal punto di vista del cliente, semplicemente perché può produrre più componenti aerospaziali strutturali in un determinato arco di tempo. Prendiamo ad esempio una costola d'ala il cui tempo di lavorazione è stato ridotto da 384 a 74 minuti. Inoltre, in fase di finitura, la macchina può raggiungere una qualità di superficie fino a 0,8 Ra. Le reazioni dei clienti nel settore aeronautico sono altrettanto positive.
Dice David Modig: “Non abbiamo mai avuto riscontri così buoni sul lancio di una nuova serie. Fin da subito RigiMill si è ritagliato uno spazio nei piani di investimenti dei maggiori costruttori aeronautici e dei loro fornitori."
Il record mondiale stabilito durante una dimostrazione a un cliente nell'ottobre 2017 ha certamente contribuito a questo risultato. RigiMill ha asportato 16,4 litri di materiale in un solo minuto. Il mandrino girava a velocità fino a 30.000 giri/min azionato da un motore a 180 kW. Dopo aver stabilito questo incredibile record sono arrivati subito i primi ordini, che hanno spinto Modig ad aumentare la capacità produttiva per rispondere alle richieste delle maggiori case aeronautiche. Attualmente è in costruzione una nuova unità produttiva.
Quando è stato lanciato, RigiMill ha stabilito un nuovo record mondiale di velocità di fresatura. Il mercato di riferimento è l'industria aeronautica. Foto: Modig Machine Tool
La serie HMD è stata progettata per applicazioni di lavorazione ad alta velocità. Foto: NSK
Il raffreddamento della chiocciola contrasta il calore precisamente nel punto in cui viene generato, mantenendo la massima precisione alle alte velocità. Photo: NSK
Per sostenere le guide a ricircolazione di sfere vengono utilizzati cuscinetti a due corone di sfere a contatto obliquo per carichi assiali. Foto: NSK
Le guide lineari RA garantiscono precisione elevata su tutti gli assi principali. Foto: NSK
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