33981 - SISTEMI INTEGRATI DI LAVORAZIONE M

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Istruzione di qualità Uguaglianza di genere Industria, innovazione e infrastrutture Consumo e produzione responsabili

Anno Accademico 2018/2019

Conoscenze e abilità da conseguire

L'allievo apprende come affrontare le problematiche della scelta dei processi tecnologici alternativi in fase di ingegnerizzazione del prodotto e dello sviluppo dei cicli di lavorazione sia in modo tradizionale sia con tecniche CAPP, integrate nell’ambiente CAD-CAM per l'utilizzo di macchine utensili CNC e di Sistemi Flessibili di Lavorazione.

Programma/Contenuti

L’allievo che accede a questo insegnamento conosce le basi dei principali processi di produzione. Tali conoscenze sono acquisite, di norma, superando l’esame di Studi di Fabbricazione.

Tutte le lezioni saranno tenute in Italiano. È quindi necessaria la comprensione della lingua italiana per seguire con profitto il corso. Alcuni materiali didattici sono forniti in inglese allo scopo di spingere gli allievi a leggere e studiare pubblicazioni specializzate internazionali.

Il corso è presentato secondo la seguente scaletta: Prolusione, Teoria, Esercitazioni, Progetti interdisciplinari, Lavori di gruppo, Seminari tematici e Visite in azienda

Prolusione

Orario delle lezioni e delle esercitazioni; descrizione dei contenuti del corso: parte teorica in aula; esercitazioni in aula e esercitazioni in laboratorio informatico, seminari tematici; progetti interdisciplinari e lavori di gruppo.

Testi bibliografici adottati.

Modalità di esame.

Teoria

SUL SISTEMA MACCHINA UTENSILE (MU)

Sulle principali architetture di macchina utensile: il tornioconvenzionale, la fresatrice convenzionale, le lavorazioni al tornio e alla fresatrice; richiami sui parametri del processo di taglio. Architettura delle MU: regole per individuare gli assi di moto nel tornio e nella fresatrice, materiali, strutture principali e componenti (bancali, colonne, guide, viti senza fine), azionamenti (attuatori e trasduttori).

I sensori e i trasduttori. Caratteristiche generali di un trasduttore. I trasduttori di posizione analogici: resolver e inductosyn lineari e rotativi. I trasduttori di posizione digitali: encoder lineari (righe ottiche) e rotativi. I trasduttori di posizione nell'architettura della MU.

Evoluzione della MU grazie al Computer Numerical Control (CNC). La unità di Governo. Le funzionalità del CNC e il Programmable Logic Controller (PLC). Misura diretta e indiretta; CNC a struttura chiusa, closed loop, e CNC a struttura semichiusa, semiclosed loop. MU CNC a 2, 2.5, 3, 4 e 5 assi controllati. MU innovative per lavorazioni ibride.

 

PROGRAMMAZIONE DELLE LAVORAZIONI ALLE MU CNC.

Programmazione diretta delle MU CNC. Cenni sul sistema Automatically Programmed Tool (APT). La struttura Processor-Post-processor. Il linguaggio EIA/ISO, struttura di un programma di lavorazione, funzioni “G” preparatorie, funzioni “M” ausiliarie o miscellanee. Funzioni modali e non modali. Macro istruzioni.

Programmazione avanzata delle MU CNC mediante Computer Aided Manufacturing (CAM). CAM e CAD-CAM integrati e parametrici: struttura; generazione dei percorsi di lavorazioni nella fase process e il Cutter Location Data File (CL Data File); generazione di programmi in linguaggio macchina nella fase post-process: il g-code.

SISTEMI DI LAVORAZIONE CHE IMPIEGANO I LASER E LA PRODUZIONE DI MANUFATTI PER ADDIZIONE DI MATERIALE (ADDITIVE MANUFACTURING)

La generazione del LASER (Light Amplified by Stimulated Emission of Radiation)

Cenni sulle radiazioni elettromagnetiche e sullo spettro elettromagnetico. La emissione stimolata della radiazione elettromagnetica: l'inversione di popolazione nel mezzo laserante ottenuta attraverso il pompaggio di energia, la condizione di risonanza nelle sorgenti laser. Esempio di architettura di una sorgente laser. Proprietà dell'emissione Laser. Principali caratteristiche del fascio laser: efficienza, fluenza e irradianza. La distribuzione di energia nel fascio laser. La polarizzazione, la divergenza e la qualità del fascio laser. Sorgenti laser continue e impulsate. La sicurezza nei sistemi laser.

Principali sorgenti laser industriali e architettura dei sistemi di lavorazione che impiegano sorgenti LASER

Sorgenti laser a CO2, a Nd:YAG, a diodo, a Yb:YAG, in fibra. Confronto tra sorgenti laser. Il percorso ottico: specchi, lenti e sistemi per la focalizzazione della radiazione laser.

Principi dei processi di taglio e saldatura con sorgenti LASER

La interazione del laser con il materiale: assorbitività, trasmissività e riflessione della radiazione elettromagentica. I parametri di processo relativi alla interazione laser-materiale. La formazione di plasma nelle lavorazioni con laser. Classificazione dei processi con sorgenti laser in base alla irradianza.

Il taglio laser: meccanismi di taglio, caratteristiche delle teste laser per taglio. Parametri di processo e qualità della lavorazione: difetti e possibili cause.

La saldatura laser: meccanismi di saldatura, caratteristiche delle teste laser per saldatura. Parametri di processo e qualità della lavorazione: difetti e possibili cause.

I principali sistemi e tecnologie per le produzione per addizione di materiale (Additive Manufacturing)

Introduzione ai principali processi e sistemi per la produzione per addizione di materiale: fotopolimerizzazione e stereolitografia o fotolitografia (Stereolithography, SLA); sinterizzazione selettiva con laser (Laser Selective Sintering, SLS); deposizione di materiale fuso (Fused Deposition Moulding, FDM); deposizione diretta di metallo (Direct Metal Deposition, DMD); deposizione multi-getto (Multi Jet Modelling, MJD); Object; Laminated Object Manufacuring, LOM. Descrizione dei processi e dei suoi vincoli.

ANALISI DEI SISTEMI DI PRODUZIONE

Sistemi di produzione flessibili a stazione singola: Cella di lavorazione a stazione singola o Flexible Manufacturing Module (FMM): stazioni manuali e stazioni automatizzate; applicazioni. Analisi della cella di lavorazione a stazione singola: numero di stazioni necessarie a soddisfare un certo carico di lavoro.

Esercitazioni

ESERCITAZIONI IN AULA

Richiami per la lettura del disegno tecnico.

Esempi di programmazione diretta di una MU CNC tramite il linguaggio EIA/ISO Standard.

ESERCITAZIONI IN LABORATORIO INFORMATICO (Lab6)

Modulo 1: Richiami di disegno di geometrie solide e messa in tavola. I sistemi CAD-CAM integrati. Sistemi parametrici e non parametrici.

Modulo 2: Struttura di un software CAM e programmazione avanzata dei percorsi di lavorazione delle MU CNC. Utensili fresa torica e sferica. Realizzazione di percorsi di lavorazione di particolari meccanici nel caso di MU CNC con tre assi controllati.

Modulo 3: Ricerca dei parametri di processo ottimali per la realizzazione della lavorazione CAM di un particolare meccanico.

Progetti interdisciplinari

Durante il corso potrà essere proposta la partecipazione facoltativa a progetti da svolgersi in gruppi interdisciplinari.

Lavori di gruppo

Durante il corso potranno essere assegnati esercizi inerenti gli argomenti trattati (programmazione diretta; valutazione delle prestazioni di sistemi di produzione; esercitazione CAM). Gli esercizi possono essere svolti facoltativamente in gruppo.

Agli allievi ingegneri che seguiranno il corso e svolgeranno le esercitazioni facoltative potrà essere assegnata una licenza student per l'impiego del software CAM Cimatron, offerta da 3D Systems.

Le esercitazioni libere - fuori dall'orario di lezione - in Lab6 sono possibili previa comunicazione ai tecnici di laboratorio, secondo le modalità di erogazione del servizio.

Seminari tematici e visite in azienda

A cura di 3D System: “Il sistema CAD-CAM integrato Cimatron E”.

A cura di HPE COXA: "Lavorazioni avanzate di particolari meccanici con MU CNC".

A cura di HEIDENHAIN: "Struttura e caratteristiche tecniche di un moderno CNC."

Testi/Bibliografia

Testi adottati

- PRESENTAZIONI DELLE LEZIONI E DISPENSE A CURA DEL DOCENTE.

- AUTOMATION, PRODUCTION SYSTEM AND COMPUTER-INTEGRATED MANUFACTURING, M. P. Groover, 3rd Edition, Pearson Int. Edition.

Testi consigliati per i richiami sulle macchine utensili

- MANUALE DELLE MACCHINE UTENSILI A CONTROLLO NUMERICO, F. Grimaldi, Hoepli, 2007.

- Zompì e Levi, Tecnologia meccanica, Edizioni Città Studi.

- Giusti e Santochi, Tecnologia Meccanica e studi di fabbricazione, Casa Editrice Ambrosiana.

Testi facoltativi per l'approfondimento in lingua italiana

- Manuale di Programmazione per la fresatura SINUMERIK, 2009, Siemens.

- Manuale di Programmazione per la tornitura SINUMERIK, 2009, Siemens.

Testi facoltativi per l'approfondimento in lingua inglese

- COMPUTER-AIDED MANUFACTURING, T. C. Chang, R. A. Wysk, H. P. Wang, 3rd Edition, Prentice-Hall.

- PRINCIPLES, PRACTICE AND MANUFACTURING MANAGEMENT, C. McMahon e J. Browne, 2nd Edition, Pearson Int. Edition.

- TNC 640 (Contouring Control for Machining Centers and Milling/Turning Machines), 2014, Heidenhain.

- GENERAL CATALOG (Linear Encoders, Length Gauges, Angle Encoders, Rotary Encoders, Contouring Controls Touch Probes, Evaluation Electronics Digital Readouts), 2014, Heidenhain.

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula con l'ausilio di lavagna, lavagna luminosa, proiettore.

Esercitazioni in aula sui temi del corso e in laboratorio informatico allo scopo di introdurre l'impiego di un sistema professionale della programmazione delle lavorazioni per asportazione di truciolo. Allo scopo si impiegherà il sistema integrato CAD-CAM Cimatron E, gentilmente offerto da 3D System.

Le esercitazioni in laboratorio informatico verranno svolte attraverso una introduzione ai sistemi CAM stand-alone e ai sistemi integrati CAD-CAM. In seguito, mediante lo sviluppo di esempi di programmazione della lavorazione di geometrie complesse mediante l'impiego del CAM.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso un esame finale scritto che accerta l’acquisizione delle conoscenze impartite e delle abilità attese.

Le date degli appelli della sessione estiva (giugno e luglio) saranno stabiliti durante le lezioni. Le liste saranno pubblicate su Almaesami e alla pagina avvisi del sito docente.

Gli appelli della sessione autunnale (settembre) e invernale (gennaio e febbraio) saranno comunicati tramite le liste pubblicate su Almaesami e alla pagina avvisi del sito docente.

L'esame scritto consiste in domande aperte e chiuse su tutti gli argomenti trattati a lezione. La prova scritta avrà una durata di due ore circa. Non è ammesso l'impiego di appunti o libri. All'esame finale ci si iscrive attraverso il sistema Almaesami.

All'esame scritto seguirà la correzione, cui è obbligatorio partecipare, con l'assegnazione del voto e la registrazione. La data per la correzione dello scritto sarà comunicata attraverso Almaesami e pubblicata alla pagina avvisi del sito docente.

L'esame orale non è previsto.

Il voto assegnato all'esame, quando l'esame sia stato valutato sufficiente o oltre la sufficienza, può essere rifiutato. Lo studente può avvalersi sempre del diritto legittimo di rifiutare il voto. Nel caso di rifiuto di un voto sufficiente, lo studente non sarà ammesso alla partecipazione ad altro appello nella medesima sessione d'esame.

 

Il superamento dell’esame sarà garantito agli studenti che dimostreranno padronanza e capacità operativa in relazione ai concetti chiave illustrati nell’insegnamento. In particolare è considerata fondamentale la conoscenza delle principali architetture di macchina utensile e la consuetudine riguardante le unità di misura e la composizione dei principali parametri di processo. Un punteggio più elevato sarà attribuito agli studenti che dimostreranno di aver compreso ed essere in grado di scrivere e commentare un breve percorso di lavorazione per asportazione di truciolo mediante il linguaggio EIA/ISO in base ad una geometria proposta.

Il mancato superamento dell’esame potrà essere dovuto all’insufficiente conoscenza dei concetti chiave, alla mancata padronanza e adeguatezza del linguaggio tecnico.

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni frontali e le esercitazioni in aula sono svolte con l'ausilio di mezzi audiovisivi (proiettore), lavagna luminosa e lavagna.

Le esercitazioni in Laboratorio di informatica sono finalizzate all'introduzione all'impiego di un sistema professionale per la programmazione della lavorazione di asportazione di truciolo assistita al calcolatore (Computer Aided Manufacturing, CAM).

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giampaolo Campana