Ottimizzazione integrata di ruote dentate

Ottimizzazione integrata della progettazione e della produzione di ruote dentate.

Il termine “ottimizzazione” è molto in voga, anche nell’ambito della progettazione degli ingranaggi. Si usa spesso riferito sia alla macro che alla micro-geometria. L’approccio può essere di vari tipi: pre-ottimizzazione analitica, generazione massiva di varianti, utilizzo di ottimizzatori multi-obiettivo e multidisciplinari con algoritmi genetici, perfino intelligenza artificiale. A volte il risultato di tale processo di ottimizzazione è direttamene la soluzione ottimale, altre volte è il progettista a poter scegliere in funzione dei criteri più importanti. Comunque, in tutti questi scenari si dà per scontato che il produttore di ingranaggi realizzi la geometria indicata dal progettista. Non è di sicuro il caso dei riduttori industriali a catalogo, per i quali si utilizzano utensili standard e fornitori diversi, neppure è il caso dei riduttori speciali, a commessa, per i quali si cerca di utilizzare utensili già a magazzino. Perfino nel mondo automotive i produttori cercano di tagliare con utensili già disponibili, almeno nella fase di prototipazione e per piccoli lotti.

Dopo aver presentato alcune tecniche di ottimizzazione della progettazione già adottate da diverse aziende, ci sposteremo su scenari in cui le officine si sono dotate di software di selezione guidata dei creatori per ottenere la geometria richiesta. In particolare, ci soffermeremo sul caso in cui un archivio di oltre diecimila creatori, esclusivamente cartaceo, con disegni e quote di vario tipo, è stato convertito in formato digitale proprio per questo scopo, permettendo anche la selezione per il taglio con rotolamento modificato, un metodo molto diffuso nell’ambito dell’automotive, forse sconosciuto in ambito industriale. Infine, per aziende che eseguono al loro interno sia la progettazione, sia la produzione degli ingranaggi, verrà presentata l’ottimizzazione dell’intero processo, a partire da un archivio di creatori già disponibili.

Introduzione

I temi chiave di questo articolo sono progettazione e produzione. Partiamo allora dalle prime parole di due classici testi universitari su questi due argomenti.

«Il compito principale degli ingegneri è di applicare le loro competenze scientifiche e ingegneristiche per risolvere problemi di tipo tecnico, e quindi ottimizzare queste soluzioni entro i requisiti e i vincoli imposti da materiali, tecnologia, economia, legislazione, ambiente e persone». [1]

«Attraverso la macchina utensile si consegue lo scopo di produrre pezzi che soddisfino dal punto di vista sia tecnico, sia economico prescrizioni di progetto che riguardano la forma, le tolleranze dimensionali e le caratteristiche superficiali». [2]

È evidente come i tre requisiti su “materiali, tecnologia, economia” indicati dal testo di progettazione siano legati alla produzione, e che, reciprocamente, la produzione fa riferimento alle prescrizioni di progetto.

La necessità di integrare sempre più queste due fasi è portata avanti anche dai produttori di sistemi CAD/CAM, al punto che vengono pubblicati e diffusi online libri dal titolo come “Soluzioni di progettazione-produzione integrata: abbassare i costi e aumentare la qualità” [3].

Inoltre, il termine “ottimizzare” è diventato sempre più di moda, soprattutto nei paper presentati ai vari convegni.

Quindi, prima di tutto, affrontiamo singolarmente i quattro termini che sono nel titolo di questo paper (integrazione, ottimizzazione, progettazione, produzione) limitandoci chiaramente all’ambito ingranaggi. Li affronteremo in ordine “cronologico”:
– prima la progettazione, perché l’uomo è prima di tutto homo sapiens, pensa, progetta;
– poi la produzione, cioè l’abilità costruttiva che contraddistingue l’homo faber, espressione latina ripresa durante il Rinascimento;
– infine, integrazione e ottimizzazione, che sono parole nuove.

Ci limiteremo agli ingranaggi cilindrici, i più diffusi. Tralasceremo le viti senza fine, a cui ho già dedicato altre pubblicazioni [4][5]e le coppie coniche, che sono strettamente brandizzate [6].

 

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Source: Stampi
Ottimizzazione integrata di ruote dentate

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