Rigidezza
alla punta.
Modello 3D a travi Timoshenko e molle a 6 gdl della Standard mule v1, costruito dalle quote di standard_params.py: telaio a scala, spalle, trave, pattini e viti con le rigidezze HIWIN e le catene assiali, carrello X, slitta Z, master e accoppiamento ToolDock, griglia della tavola. Carico di 1 N tra punta utensile e punto lavorato sul pezzo; la ripartizione per sottosistema viene dall'energia di deformazione. Non è una FEA a solidi: serve a decidere dove mettere o togliere materiale.
Mule v1 così com'è.
| X | Y | Z | |
|---|---|---|---|
| Centro corsa · µm/N | 2,328 | 5,476 | 1,247 |
| Centro corsa · N/µm | 0,43 | 0,18 | 0,80 |
| Caso peggiore (8 vertici) · µm/N | 2,613 X450 Y350 Z0 | 6,163 X0 Y350 Z0 | 2,545 X450 Y350 Z0 |
Bracci reali dal mule: a = 153 mm, b = 220 mm, leva Z 240 mm. Testa, mandrino e utensile sono rigidi nel modello: la macchina vera sarà più cedevole.
Le piastre piatte.
| Sottosistema | X | Y | Z |
|---|---|---|---|
| telaio | 2% | 1% | 11% |
| spalle | 5% | 0% | 2% |
| trave | 2% | 1% | 5% |
| guide X + vite X | 2% | 1% | 2% |
| carrello X | 10% | 22% | 29% |
| guide Z + vite Z | 4% | 5% | 5% |
| slitta Z | 6% | 28% | 12% |
| master ToolDock | 52% | 30% | 5% |
| accoppiamento ToolDock | 17% | 7% | 1% |
| testa (spindle + utensile) | 0% | 0% | 0% |
| tavola | 0% | 2% | 24% |
| guide Y + vite Y | 0% | 1% | 4% |
Master strutturale e accoppiamento cinematico sono separati: da solo, un accoppiamento ×4 porta X da 0,43 a 0,49 N/µm, mentre la master scatolata da sola lo porta a 0,85. La master ToolDock (piastra da 15 mm a sbalzo), la slitta Z (12 mm) e il carrello X (15 mm) lavorano nel loro spessore. Telaio, spalle, trave e guide X pesano pochi punti: non sono il problema oggi.
Cosa conviene fare · rigidezza per kg
| Scenario (al centro corsa) | Δ massa | X N/µm | Y N/µm | Z N/µm |
|---|---|---|---|---|
| Mule v1 attuale | — | 0,43 | 0,18 | 0,80 |
| Master ToolDock scatolata 120 × 50 sp. 8 | +0,14 kg | 0,85 | 0,26 | 0,84 |
| Slitta Z scatolata 150 × 50 sp. 8 | +0,49 kg | 0,46 | 0,26 | 0,92 |
| Carrello X scatolato 170 × 60 sp. 6 | +0,07 kg | 0,48 | 0,23 | 1,13 |
| Spalle scatolate 60 × 120 sp. 6 | +0,21 kg | 0,45 | 0,18 | 0,81 |
| Tavola equivalente 14 mm | +2,55 kg | 0,43 | 0,19 | 1,02 |
| Accoppiamento ToolDock ×4 (Ø, precarico, contatti conformi) | +0,00 kg | 0,49 | 0,19 | 0,80 |
| Pannello inferiore telaio 3 mm | +1,93 kg | 0,43 | 0,18 | 0,80 |
| Master + slitta Z + carrello X scatolati | +0,70 kg | 1,24 | 1,04 | 1,50 |
| Tutte le sezioni scatolate + tavola 14 | +3,47 kg | 1,44 | 1,17 | 2,59 |
| … + accoppiamento ×4 | +3,47 kg | 2,50 | 1,77 | 2,62 |
Sezioni equivalenti a parità di ingombro in pianta. L'accoppiamento ×4 non pesa ma cambia l'interfaccia meccanica congelata (ICD v4): diametro delle sfere, precarico o contatti conformi.
Scatolare, non ispessire.
Master ToolDock, slitta Z e carrello X da piastre piatte a sezioni scatolate o nervate: +0,7 kg in tutto, rigidezza ×2,9 in X, ×5,7 in Y, ×1,9 in Z (1,2 / 1,0 / 1,5 N/µm).
Pannello inferiore del telaio: +1,9 kg per meno dell'1% sull'anello. Il telaio a scala non è il limite oggi.
La trave (6 kg): pesa pochi punti sull'anello. Non va alleggerita né appesantita prima della FEA a solidi.
È il primo contributo in Z. Più spessore costa molto in massa: meglio nervature sotto la pelle o appoggi pattini più vicini al pezzo.
Target non ancora raggiunto.
D028 v0 non raggiunge il target D014 di ≥ 10 N/µm, che resta TARGET. Anche con tutte le sezioni scatolate, tavola equivalente 14 mm e accoppiamento 4 volte più rigido il modello dà ~2,5 / 1,8 / 2,6 N/µm in X / Y / Z. Prima di rivedere D014 servono la geometria reale della testa, la cedevolezza locale ottimizzata (carrello X, Z, master e testa: i primi 100–200 mm della catena) e la validazione del modello al banco: è lo studio D029. Per riferimento, con il carico radiale Standard di 150 N: 2 N/µm → 75 µm, 3 N/µm → 50 µm, 10 N/µm → 15 µm di deformazione elastica.
Cosa c'è dentro.
HGH15CA ZA 365 N/µm, MGN15H Z1 202 N/µm radiali (D022); laterale assunta uguale; momenti del singolo pattino stimati.
Catena assiale albero + chiocciola + cuscinetti + tenuta del motore (NEMA23 ≈ 100 N·m/rad): ~37 / 40 / 33 N/µm in X / Y / Z a metà corsa.
3 sfere Ø10 su Ø80 in V a 45°, Hertz sfera-piano a precarico 1,6 kN (D016): 53 N/µm per contatto.
Griglia di travi con spessore equivalente 8 mm (pelle 6 mm + boss e bordo).
Giunti bullonati rigidi, banco rigido, 6 appoggi (estremi dei longheroni e della traversa posteriore).
Un comando.
python tools/calc/compliance_d028.py (numpy, stesso ambiente del CAD) rilegge standard_params.py e riscrive questa pagina. Il prossimo passo è la FEA a solidi dei pezzi che il modello indica come critici, dopo averli ridisegnati scatolati.