Il ruolo dei mandrini direct-drive

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mandrino meccanico vs mandrino direct-drive

Differenze e vantaggi dei mandrini direct-drive rispetto ai modelli tradizionali

Il manifatturiero è un settore industriale che utilizza grandi quantità di energia e per questa ragione, istituzioni, università, associazioni industriali e aziende hanno iniziato, a diversi livelli ed ognuno con il proprio ruolo, a introdurre politiche e soluzioni orientate all’efficientamento del settore.

Negli ultimi anni è stato fatto uno sforzo rilevante per rendere il manifatturiero più sostenibile. Molti studi condotti sulle macchine utensili hanno messo in luce come il risparmio energetico possa essere garantito da opportune scelte progettuali orientate all’utilizzo di componenti a più alta efficienza e da un miglior utilizzo della macchina sia per quel che concerne la scelta dei parametri che la strategia di lavorazione.

Nel presente contributo si riportano i risultati di un’attività di ricerca orientata allo sviluppo di un elettromandrino ad alta efficienza destinato a macchine multifunzionali ovvero in grado di essere impiegate sia per effettuare lavorazioni ad alta coppia-bassa velocità che per lavorazioni ad alta velocità. L’elettromandrino è stato concepito per sostituire un mandrino dotato di cambio di velocità meccanico, soluzione tipicamente utilizzata su questa tipologia di centri di lavoro. Il cambio meccanico permette infatti di estendere il range di funzionamento del mandrino conferendone la flessibilità richiesta.

Il mandrino innovativo è stato sviluppato nel contesto di un progetto di ricerca finanziato dal Ministero dello Sviluppo Economico. Il progetto ha visto il coinvolgimento di un’azienda costruttrice di mandrini (HSD), di un’azienda di macchine utensili (Jobs) oltre che di alcune università. In particolare, qui si riportano i risultati delle attività di ricerca che hanno permesso di confrontare dal punto di vista energetico il mandrino tradizionale ed il mandrino innovativo direct-drive.

Il mandrino meccanico equipaggia una certa famiglie di macchine dell’azienda Jobs. Nella fattispecie, la macchina analizzata è una Jomax 265. Nella soluzione tradizionale si ha un motore elettrico asincrono, un cambio Redex Andantex a due gamme di velocità (una diretta ed una che prevede la riduzione della velocità del mandrino ad 1/5 rispetto alla velocità di rotazione del motore), un chiller per il raffreddamento del motore elettrico e un’unità costituita da una pompa per la circolazione dell’olio e un chiller per il relativo condizionamento. Il mandrino tradizionale è in grado di erogare una coppia superiore ai 1000Nm e di effettuare lavorazioni fino a 4000 giri/min. La soluzione innovativa prevede di sostituire il motore asincrono con un motore sincrono appositamente progettato e dotato di un cambio di velocità elettronico. Questa soluzione permette di semplificare decisamente il sistema. Rispetto alla soluzione tradizionale, viene conservato solo il chiller del motore elettrico. Più nello specifico, il mandrino direct-drive è in grado di ricoprire un range di velocità analogo (velocità massima 6000rpm) grazie ad una doppia configurazione degli avvolgimenti di statore che può essere opportunamente selezionata in relazione alle esigenze tecnologiche delle lavorazioni. Anche dal punto di vista della massima coppia a disposizione, le prestazioni del nuovo motore mandrino sono paragonabili a quelle della soluzione tradizionale. Dal punto di vista energetico, la soluzione direct-drive, puntando su una semplificazione drastica del sistema, mira a ridurre i consumi legati alla presenza del sistema di lubrificazione, al condizionamento dell’olio del cambio di velocità ed ovviamente ad eliminare le perdite dello stesso. Per contro, il motore elettrico sincrono, dovendo funzionare su un range così ampio di velocità, difficilmente potrà esibire performance in termini di efficienza paragonabili a quelle della soluzione asincrona. È quindi stato particolarmente interessante analizzare vantaggi e svantaggi energetici delle due soluzioni mandrino a confronto. Infine, è stato quantificato il risparmio energetico associato alla sostituzione del mandrino tradizionale con quello direct drive in una tipica giornata di utilizzo della macchina considerata.

 

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