La STANIMUC di Torino celebra quest’anno due traguardi significativi nella sua attività al servizio delle macchine utensili.
Il primo traguardo importante è il raggiungimento di 75 anni di attività.
Nel 1947 fu costituita a Torino la STANIMUC (Servizio Tecnico Autonomo Normalizzazione Italiana Macchine Utensili e Collaudi) Ente Federato UNI, con due rami di attività, normazione e metrologia.
Nel 1947 fu anche costituita l’ISO (International Organization for Standardization), cosicché la STANIMUC iniziò subito a sviluppare la normazione del settore a livello sia nazionale sia internazionale.
Successivamente il continuo arricchimento delle esperienze e del parco strumenti portarono alla trasformazione della divisione collaudi in S.r.l., mantenendo la totale simbiosi fra i due soggetti e la continua trasfusione reciproca di conoscenze.
Nell’ultimo decennio del ventesimo secolo la STANIMUC fu contemporaneamente responsabile della presidenza e segreteria della commissione internazionale ISO/TC 39 “Macchine utensili” e della commissione europea CEN/TC 143 “Sicurezza delle macchine utensili”.
Oggi la STANIMUC COLLAUDI Srl prosegue, dalla sede di Torino, l’attività strumentale di misura, collaudo e compensazione degli errori.
2200 interventi di compensazione errori assi
Il secondo traguardo importante è costituito dai 2200 interventi di calibrazione e compensazione degli errori di passo, per un numero complessivo di circa 8000 assi a controllo numerico, fra lineari e rotativi, con una media superiore a 50 interventi all’anno, dall’acquisizione del primo laser interferometrico nel 1979 ad oggi.
Se questo è l’indicatore numerico più evidente dello sviluppo, anche gli altri rami di attività strumentale al servizio dell’industria proseguono comunque con cifre paragonabili.
Innovazione continua
Sollecitata da un’innata curiosità tecnico-scientifica e da stimoli sempre nuovi, la STANIMUC ha percorso, negli anni, diverse tappe di innovazione continua, o estendendo l’utilizzo degli strumenti ad applicazioni non convenzionali, oppure sviluppando nuove procedure che poi sono entrate nella normativa internazionale di collaudo.
Una sintesi dei passi compiuti negli ultimi trent’anni è descritta qui di seguito.
Errori angolari
Le esperienze acquisite dalla fine degli anni ’70 con l’interferometro per le misure di lunghezza avevano evidenziato l’importanza dell’errore di Abbe e della nefasta influenza che ha sulla precisione di passo in presenza di curvature dell’asse misurato.
La STANIMUC, autrice dagli anni ’80 di molte norme ISO di collaudo, portò all’introduzione delle misure di beccheggio, rollio ed imbardata in tutte le norme internazionali, prassi che oggi è imprescindibile.
Misure a bordo macchina di pezzi torniti
È noto a tutti che se il comparatore passa dove prima è passato l’utensile, leggerà zero o poco di più.
Ma tastare il pezzo in direzione Y, dopo averlo tornito in direzione X, permette misure comparative con valutazione dei diametri, della rettilineità EXZ e dei parallelismi fra C e Z, annullando gli effetti della flessione del pezzo e degli errori di rettilineità EYZ e di rollio ECZ.
Un uovo di Colombo che negli anni ’90 portò a risultati innovativi, tanto accurati quanto rapidi e sicuri.
Velocità e accelerazione
All’inizio degli anni ’90 alcuni laser furono dotati di software dinamici, capaci di campionare in modo continuo la grandezza misurata, come velocità istantanea e accelerazione di un asse lineare.
Divenne, quindi possibile misurare gli scostamenti dalla velocità programmata, ossia l’irregolarità dinamica di un asse, soprattutto se a velocità molto bassa, evidenziando difetti meccanici come le cause dello stick slip, o variazioni di attrito lungo la corsa.
Anche la misura dell’accelerazione effettiva degli organi mobili permise di iniziare a verificare le reali prestazioni di ogni asse, rispetto a quelle di progetto.
Tempi d’arresto
La misura della velocità in funzione del tempo suscitò immediatamente l’idea di misurare l’inverso, ossia il tempo in funzione della velocità, e in particolare il tempo di frenatura, in cui si annulla la velocità di discesa della slitta di una pressa, o piegatrice, o cesoia, o qualsiasi altra macchina.
In un periodo in cui stavano uscendo le prime norme europee armonizzate con la Direttiva “Macchine” del 1989, questo tipo di misura, con campionamenti al decimo di millisecondo, ebbe molto successo, e iniziò a essere utilizzata da diversi costruttori.
Flessione di tavole e slitte
Gli sforzi elevati generati dalle presse, meccaniche o idrauliche o a vite, o dalle piegatrici, producono flessioni nelle tavole, nelle slitte e nei montanti.
Su macchine idrauliche le flessioni si possono misurare anche in modo statico, a pressione costante, ma la situazione delle macchine meccaniche, con albero eccentrico, o biella e manovella, o con un link drive, rende più complessa la legge del moto.
In questo caso le misure possono solo essere dinamiche, con letture istantanee sia dei cedimenti (con ottiche lineari), sia delle flessioni (con ottiche angolari).
Dali anni ’90 in poi, queste misure resero possibili molte scoperte.
Alta velocità
Quando si diffuse la ricerca dell’alta velocità non tutti adeguarono in modo corretto la progettazione.
taniMisura della precisione dell’interpolazione circolare nel piano YZ di un tornio a banco inclinato.Qualcuno pensò che bastasse “snellire” le strutture per ridurre masse e inerzie.
Ma alcuni ridussero anche il momento d’inerzia della sezione (di montanti, slittoni) rendendo, semplicemente, meno rigida la struttura.
Le misure dinamiche con il laser permisero di evidenziare il comportamento dei diversi organi della macchina in regime transitorio, soprattutto con misure angolari, come il beccheggio di un montante, o l’imbardata di uno slittone, in accelerazione e in frenata.
Incrementi minimi
Un’altra misura dinamica permette l’analisi degli incrementi minimi realizzabili sugli assi, indispensabili, ad esempio, sulle rettificatrici per cilindri per l’ottenimento di profili “bombati” curvi, senza discontinuità, oppure per compensare piccoli errori di ortogonalità.
Le misure mostrano come, e quando, l’asse si muove, come raggiunge il punto programmato e come si assesta nell’intorno del punto.
Questa misura, con la quale la STANIMUC ha collezionato negli anni interessanti esperienze, è ormai parte integrante della norma internazionale ISO 230-2.
Misure di jerk con il KGM
A fine secolo la griglia ottica KGM Heidenhain aprì le porte a un nuovo tipo di misure, non possibili con altri strumenti, come la lettura di un percorso piano bi-dimensionale dell’utensile con traiettoria complessa, senza dover tagliare truciolo e valutare poi il risultato sul pezzo.
La STANIMUC iniziò a utilizzarla per un’ulteriore misura dinamica, la valutazione del jerk, inteso come variazione di accelerazione, soprattutto trasversale, quando varia il raggio di curvatura di una traiettoria anche a velocità di avanzamento costante, senza accelerazione tangenziale.
Con il KGM si iniziò a poter misurare l’impatto del jerk trasversale sulla forma geometrica della traiettoria, ossia prevedere l’errore di forma e finitura che si produrrebbe sulla superficie del pezzo.
Movimenti composti
Lo sviluppo di architetture sempre più complesse generò alcune esigenze specifiche, come la misura geometrica analitica di tutti i singoli errori, geometrici, di lavorazione o di montaggio, che influenzano la rotazione nello spazio di organi dotati di due movimenti angolari (teste bi-rotative e tavole roto-basculanti).
Tutte esperienze che STANIMUC trasfuse nella normativa internazionale e che da anni sono parte integrante delle norme ISO.
Teste universali
Il primo studio negli anni ’90 riguardò le teste universali, sia con assi A e C ortogonali fra di loro, sia con un asse a 45°.
Nel primo caso, in assenza di offset costruttivi, l’asse del mandrino deve essere ortogonale e complanare con l’asse A, il quale deve essere ortogonale e complanare con l’asse C, il quale deve essere parallelo all’asse Z.
Infine il mandrino, in posizione longitudinale, deve essere coassiale con l’asse C.
Tutto questo porta alla necessità di sei o sette verifiche geometriche separate, per poter identificare i singoli errori, perché ogni lettura comprende due o più fonti di errore.
Tavole roto-basculanti
La situazione delle teste è facilitata dal fatto che l’asse del mandrino è sempre materializzabile con un cilindro di controllo, mentre per le tavole roto-basculanti questo è vero solo per l’asse di rotazione C della tavola, ma non per l’asse A o B della culla, che non si può vedere né toccare, né materializzare con cilindri.
Fu necessario uno studio più raffinato, svolto a fine secolo, che richiese l’introduzione di alcuni algoritmi matematici, ma permise di ottenere risultati molto precisi basati su quattro misure di parallelismo, molto semplici e rapide.
Ognuna di queste comprende la somma di due errori, non immediatamente separabili, ma la combinazione dei quattro risultati con quattro semplici algoritmi fornisce le grandezze cercate, ossia il parallelismo fra il piano della tavola e l’asse della culla, e il parallelismo fra l’asse della culla e gli assi coordinati.
Misure diagonali
Nel 2002 fu pubblicata una norma internazionale sulle misure lungo le diagonali, la ISO 230-6, che però era basata su limitate esperienze strumentali e consentiva alcune approssimazioni nell’allineamento dell’interferometro e nella scelta dei punti di misura, che ne comprometteva le possibili capacità diagnostiche.
Attualmente ne è in corso la revisione, basata su diversi contributi internazionali, fra i quali le esperienze pratiche acquisite negli anni dalla STANIMUC.
Rettilineità delle macchine gantry
Diverse esperienze avevano dimostrato che gli errori di rettilineità degli assi lineari X e Y delle macchine a portale mobile influenzano in modo diretto la lunghezza delle due diagonali nel piano orizzontale.
Sebbene la scoperta fosse stata casuale, un’attenta analisi del fenomeno portò a una corretta interpretazione e alla determinazione di una relazione matematica fra gli effetti e le loro cause.
Oggi la STANIMUC utilizza correntemente questo metodo perché, su macchine con assi di 15 o 20 metri, le misure di lunghezza interferometriche hanno dimostrato di essere molto più attendibili delle misure di rettilineità con strumenti ottici, che sono più sensibili all’influenza dell’aria sul raggio.
Diagonali nel volume
Lo studio degli errori di lunghezza delle diagonali a fini di diagnosi geometrica ha consentito di estendere alcuni concetti alle diagonali spaziali, che in un parallelepipedo sono quattro, e analisi incrociate dei loro comportamenti hanno già portato a risultati interessanti.
Interessanti conferme si sono ottenute sulle alesatrici a montante mobile, come per la flessione elastica dello slittone (ram), o il beccheggio ECX dell’asse X, con le sue influenze sul montante, e l’imbardata EBX, con le sue influenze sullo slittone.
Lo studio, in corso, dei diversi algoritmi e della loro combinazione in funzione delle architetture, conferma l’attitudine della STANIMUC all’innovazione e alla ricerca.
In sintesi, la STANIMUC ha sempre confermato in 75 anni la vocazione espressa dalla S iniziale della sigla: SERVIZIO.
di Oddone Beltrami
