MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA

L'adozione di una trasmissione cardanica in sostituzione di quella a cinghia implica una totale rivoluzione nella concezione della struttura portante: i maggiori svantaggi derivanti sono la complicazione delle operazioni di montaggio e l'aumento dell'ingombro complessivo.
Fermi restando i vincoli imposti dal committente, in particolare quello sul tipo di aggancio dell'assieme struttura-trasmissione all'apparato esterno di movimentazione, i criteri progettuali adottati sono, in ordine di importanza, i seguenti:

• Prevedere una rigidezza almeno uguale o superiore a quella della struttura sostituita;
• Elaborare un assieme la cui procedura di montaggio sia facile, comoda e flessibile;
• Considerare la fattibilità tecnologica delle parti modellate;
• Operare verso una riduzione del peso totale e degli ingombri.

Rigidezza

La successiva descrizione dei processi di analisi agli elementi finiti chiarirà meglio l'evoluzione progettuale della struttura; in generale l'obiettivo è stato ridurre al minimo la deformazione totale subita in presenza dei carichi massimi, così da conservare anche in condizioni critiche un'alta efficienza della trasmissione cardanica, la cui flessibilità è inferiore rispetto a quella sostituita.  Allo scopo di facilitare le analisi, la struttura portante è stata concepita in maniera tale che la sua resistenza fosse principalmente funzione di due parametri: altezza e spessore della nervatura principale.


Montaggio

L'assieme della struttura portante consta di tre parti principali:

• Carter: è il pezzo fondamentale, poiché è l'unico vincolato al sistema esterno di movimentazione, assorbe la quasi totalità dei carichi in quanto è espressamente concepito come portante ed ospita da solo la gran parte della trasmissione;

• Colletto: formato da due parti simmetriche, è un sotto-assieme necessariamente separato dal carter per questioni di fattibilità pratica del montaggio; ospita il cuscinetto reggispinta dell'ultimo albero lato utilizzatore ed è posto immediatamente sotto il polso del robot;

• Fondo: è semplicemente un coperchio privo di funzioni strutturali che chiude inferiormente il carter, isolando la trasmissione come previsto dalle norme di sicurezza.

I principali vantaggi offerti dall'assieme così concepito sono:

• La possibilità di attaccare al carroponte esterno il carter vuoto e montare trasmissione ed il resto della struttura successivamente in sospensione, oppure effettuare tutte le operazioni a terra e vincolare verso l'esterno l'assieme struttura-trasmissione in un'unica fase;
• La possibilità di sostituire tutta o parte della trasmissione senza svincolare tutta la struttura portante dal carroponte;
• La facilità di accesso alle varie parti della trasmissione attraverso la semplice rimozione del fondo o del colletto.

Produzione

Per quanto riguarda questo aspetto, bisogna premettere che la soluzione adottata dalla Schiavi implica costi decisamente inferiori a quelli connaturati alla trasmissione a cardano; dal momento che lo scopo del progetto è un netto miglioramento di precisione ed affidabilità della macchina, la variabile relativa ai costi di produzione passa in secondo piano rispetto alla fattibilità puramente tecnologica delle parti.
Il pezzo più difficile dal punto di vista realizzativo è senza dubbio il carter: allo scopo di evitare una complicazione delle procedure di montaggio, si è pensato di realizzarlo con un'unica operazione di fusione. La lega di alluminio adottata , AlSi9Cu3Fe, ha fluidità e colabilità sufficienti, caratteristiche necessarie per la buona riuscita del getto; una sicura garanzia di successo sarebbe la realizzazione tramite pressocolata, tuttavia si renderebbero necessari degli stampi metallici appositi che aumenterebbero i costi.
La lavorazione alle macchine utensili del carter è piuttosto lunga in quanto si prevedono numerose forature ed alesature, tuttavia si è cercato di minimizzare le superfici interessate in modo tale da ridurre il numero di piazzamenti differenti: oltre a diminuire i tempi morti, la riduzione delle superfici lavorate è indispensabile data la bassa tolleranza a disposizione sul centraggio dei fori di vincolo della trasmissione.
A parte il colletto, che richiede un getto preliminare, tutte le lavorazioni necessarie agli altri pezzi sono semplici estrusioni, forature e rettifiche facilmente realizzabili alle macchine utensili.

Peso e ingombro

La trasmissione di potenza su assi paralleli tramite cardani implica una crescita degli ingombri: viste le limitazioni sull'angolo di lavoro dei giunti si rende necessario un incurvamento verso il basso del carter, che segua la disposizione degli alberi a mo' di C. Cercando di limitare lo sviluppo inferiore della struttura ed allo stesso tempo dando per “perso” lo spazio superiore posto tra gli assi paralleli, i risultati sono stati:

• La predisposizione di un sottile involucro di materiale che seguisse il profilo della trasmissione lasciando contemporaneamente spazio sufficiente per l'accesso agli organi rotanti e alloggiasse le sedi dei cuscinetti; lo spessore di tale involucro è il risultato di un compromesso tra la riduzione di peso totale e la collaborazione alla resistenza offerta principalmente dalla “costola”;
• La realizzazione di una grossa nervatura ( la cui evoluzione verrà seguita nel successivo capitolo di analisi FEM ) con funzione portante e che vincolasse dall'alto tutte le sezioni del carter alle sedi delle viti di attacco al carroponte; tutto il peso risparmiato nell'involucro diventa così disponibile per costruire una ossatura molto rigida e con una migliore distribuzione delle masse lontano dall'asse neutro della flessione, in modo tale da aumentare l'inerzia fino al raggiungimento di una deformazione massima soddisfacente.

La conseguenza di una progettazione così concepita è stata la riduzione del peso di circa il 40% rispetto all'originale con un aumento degli ingombri solo verso aree “sacrificabili”.