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02 · Design load cases · D014

Load case
di progetto.

Quanto deve resistere ogni base. Guide, strutture, ToolDock e clamp si dimensionano da questi numeri, non dalla massa o dal costo. Sono carichi di progetto, volutamente sopra quelli delle lavorazioni nominali.

D014 · approvatoInput per D015 · D016 · D017
ParametroLightStandardPro
Forza di taglio radiale di progetto50 N150 N300 N
Forza assiale (foratura)80 N200 N400 N
Distanza punta utensile dal coupling≤ 100 mm≤ 120 mm≤ 150 mm
Momento di taglio sul ToolDock~5 Nm~18 Nm~45 Nm
Massa testa · pallet + pezzo2 · 5 kg4 · 10 kg7 · 20 kg
Accelerazione X/Y3 m/s²2 m/s²1,5 m/s²
Rapidi8 m/min10 m/min8 m/min
Feed nominale1–2 m/min (legno, PCB)2–3 m/min legno · 0,5–1 Al1–2 m/min Al
Crash load (spinta di stallo asse)~850 N~2.300 N~3.400 N
Crash dinamico (energia a fine corsa)~0,07 J · Y 7,5 kg a 8 m/min~0,19 J · Y 13,5 kg a 10 m/min~0,23 J · Y 26 kg a 8 m/min
Carico di servizio ToolDock (Z allo sgancio)~0,22 kN~0,70 kN~1,66 kN
Duty cycle spindle30 min al 50%60 min al 60%continuo al 100%
Rigidezza statica alla punta≥ 3 N/µmDERIVED / PROVISIONAL (D032): macchina, naso spindle ↔ punto di lavoro, ≥ 4 XY / 7,5 Z N/µm minimo, ~6 / ~8 di progetto≥ 25 N/µm

D031 / D032: la FEA del gantry stima la macchina a ~0,77 / 0,57 / 1,05 N/µm; D032 separa i carichi di servizio (reali, XY e Z distinti) dai casi strutturali (150 N radiali / 200 N assiali, robustezza) e deriva la rigidezza dal budget di deformazione alla punta. Finché D032 non fissa i valori, 150 / 200 N restano carichi strutturali e la rigidezza resta TARGET. D028 / D029: il modello di cedevolezza non raggiunge ancora il target (mule v1.1: 0,2–0,8 N/µm; studio D029 con piastre scatolate, testa reale passante e spalle scatolate: ~2–3 N/µm). Il valore resta TARGET: prima di rivederlo servono geometria reale della testa, cedevolezza locale ottimizzata e validazione del modello al banco. La rigidezza si misura al naso dello spindle (faccia del dado ER11), non sulla punta di una fresa: una fresa in metallo duro Ø6 con 25 mm di sporgenza vale da sola ~7 N/µm.

Standard · D032 · carichi e budget

Caso StandardSERVICE NOMINALSERVICE HIGHSTRUCTURAL PEAK
Radiale XY60 N80 N150 N
Assiale Z100 N150 N200 N

PROVISIONAL (D032): carichi di servizio coerenti con lo spindle ~650 W S1 (Ø6 a 24.000 giri/min: F ≈ P / v ≈ 86 N tangenziali a piena potenza), da confermare con le misure di forza sul prototipo. I casi STRUCTURAL PEAK sono quelli di robustezza di D014: nessuna deformazione permanente, margini statici dei pattini.

Budget di deformazione alla punta (20 µm)DefinizioneEsempio a 60 N XY
Macchina strutturaleNaso spindle (dado ER11) ↔ punto di lavoro sulla tavola: guide, viti, strutture, ToolDock, testa. È ciò che misura la FEA; l'utensile non è compreso.~10 µm con 6 N/µm
Utensile e portautensileFlessione della fresa oltre il dado più pinza ER11 e serraggio. ~7 N/µm è una stima della sola fresa Ø6 × 25 (cutter-only); il contributo di pinza e serraggio è da misurare e qualificare.≥ 8,6 µm (solo fresa)
Fixture e pezzoPallet, staffaggio e pezzo. 1,4 µm a 60 N vogliono dire ~43 N/µm equivalenti: budget ambizioso, PROVISIONAL finché non si scelgono pallet, serraggio e pezzo campione.~1,4 µm
Rigidezza macchina · DERIVED / PROVISIONALXYZDa dove
Minimo4 N/µm7,5 N/µm20 µm alla sola macchina a SERVICE HIGH (80 N · 150 N)
Di progetto~6 N/µm~8 N/µmMargine per utensile e fixture a SERVICE NOMINAL
Mule v3 oggi (FEA D031)0,57–0,771,05~8–10 volte sotto il target di progetto

Non si usa più F / 20 µm come se i 20 µm fossero tutti della macchina: con 80 N e la sola fresa a ~7 N/µm resterebbero 8,6 µm alla macchina (~9,3 N/µm), e pinza e serraggio ne tolgono ancora. La rigidezza si deriva dal budget, non si sceglie a priori; il budget completo macchina + utensile + fixture si chiude con le misure.

Regole

Come si usano.

Carico di progetto

Nessuna perdita di precisione misurabile oltre il target della base; margini statici sui pattini secondo HIWIN.

Stallo / inceppamento

Alla spinta di stallo dell'asse nessuna deformazione permanente. Il ToolDock può sganciarsi, ma non deve danneggiarsi.

Crash dinamico

Energia ½·m·v² della massa mobile ai rapidi. Ogni asse ha hard stop con bumper elastomerico, corsa di arresto ≥ 2 mm: forza media di decelerazione ≤ ~120 N; il picco reale dipende dalla curva forza-corsa dell'elastomero ed è più alto. Senza bumper, con 0,05 mm di deformazione, si arriva a ~4 kN. Durante l'urto il motore può continuare a spingere: arresti e bumper si dimensionano su picco dinamico + spinta di stallo dell'asse.

Servizio ToolDock

A ogni cambio lo Z spinge la camma 3:1 contro il pacco molle: preload ÷ 3 + ~30% di attrito. Trave, rack e Z lo vedono a ogni cambio: si verifica a fatica per ≥ 20.000 cambi.

Momento ToolDock

Forza di taglio × distanza punta–coupling, più peso e inerzia della testa al baricentro (≤ 80 mm, ICD v4).

Rigidezza

Somma delle cedevolezze di guide, strutture, ToolDock e testa. Ogni sottosistema riceve una quota di budget.

Origine dei numeri

Da dove vengono.

Crash load

Coppia motore × 2π × rendimento ÷ passo vite: NEMA17 0,6 Nm su SFU1204, NEMA23 2 Nm e 3 Nm su SFU1605.

Forze di taglio

Sopra le stime nominali (decine di N sull'alluminio leggero della Standard) per coprire utensile usurato, picchi e ingresso nel materiale.

Stato

Valori TARGET di progetto: si rivedono dopo le prime misure di forza sul prototipo.