Giuseppe Catania

La ricerca attualmente in corso si rivolge al settore del macchinario industriale, con l'obiettivo di individuare metodi atti al controllo delle vibrazioni e della rumorosità, al fine di migliorare le condizioni di interazione fra uomo, macchina ed ambiente. Nella presente ricerca verranno sviluppati modelli dinamici di macchine utensili, con particolare riferimento alle macchine per asportazione di truciolo, tali da consentire una adeguata simulazione del comportamento vibratorio del sistema, in modo da individuare le cause degli effetti dinamici indesiderati. Si tratteranno casi molto complessi per la presenza di forti nonlinearità. La sperimentazione costituirà una fase essenziale della ricerca, sia per la validazione del modello matematico, sia per indagare a fondo il funzionamento del macchinario in corrispondenza di diverse condizioni operative.

Sono previste le seguenti fasi: 1) Modellazione delle eccitazioni. Saranno considerate le eccitazioni derivanti sia dal processo di taglio a tagliente singolo e multiplo, sia quelle dovute ad azioni inerziali ed impulsive. Molto rilevanti per i danni ed il rumore che generano, sono le particolari vibrazioni di tipo autoeccitato che attingono energia dal processo di taglio stesso, fenomeno denominato chatter. 2) Modellazione del sistema. Verrà definito mediante sotto-strutturazione il modello dinamico della macchina, al quale saranno accoppiati i modelli dell'eccitazione definiti precedentemente. Il modello sarà di tipo parametrico, e terrà conto delle possibili condizioni tecnologiche di taglio e delle condizioni di accoppiamento variabili (velocità, lunghezza, posizione relativa degli appoggi) fra parti mobili e fisse della macchina utensile. 3) Simulazione e sperimentazione. Il modello del sistema permetterà di prevedere le condizioni di funzionamento critiche. Ciò renderà possibile valutare i parametri di lavorazione ottimali e fornirà indicazioni utili per il progetto delle macchine utensili. La ricerca sarà condotta con particolare riferimento a lavorazioni di fresatura, ad alta velocità di taglio ed alta produttività, effettuate con utensili montati su centri di lavorazione messi temporaneamente a disposizione da una Azienda costruttrice. 4) Ottimizzazione del sistema. Si studieranno strategie idonee a modificare il sistema, mediante variazione dei parametri strutturali e tecnologici. 5) Pubblicazione di eventuali risultati di interesse scientifico ottenuti durante le fasi del progetto e la redazione di una adeguata documentazione sia sulle basi e gli sviluppi teorici, sia sui programmi di calcolo elaborati. Le prove sperimentali verranno effettuate su un prototipo di macchina utensile opportunamente attrezzata, dotata di una tavola sensorizzata tale da consentire una misura accurata delle forze di taglio sia in condizioni stazionarie, sia non stazionarie. Le metodologie impiegate sono essenzialmente di tipo numerico-computazionale e sperimentale. E' prevista la modellazione degli elementi strutturali mediante tecniche a parametri concentrati, ad elementi finiti e mediante modellazione spettrale (analisi modale). La identificazione dei parametri del modello potra' essere condotta per via analitica, e per via sperimentale nei casi piu' complessi. Si prevede allo scopo la realizzazione di alcune attrezzature strumentate da installare su una macchina di prova a 5 assi recentemente acquisita dal Diem. Verra' inoltre definita l'influenza dei materiali impiegati nelle strutture portanti dei telai delle macchine, e la ricerca di materiali innovativi di tipo non tradizionale, idonei allo smorzamento di vibrazioni strutturali. In particolare, verranno esplorate tecniche di modellazione non convenzionali del comportamento dinamico di tali materiali, quali i modelli reologici a derivate frazionarie, e le loro applicazioni nel contesto delle vibrazioni meccaniche del continuo.