Premio "Silvio Sbabo" 1999

Realizzazione di:



Indice generale della relazione

Prefazione Presentazione gruppo svolgitore
Progettazione generale Introduzione
Disegni bobine Disegni particolari
Progettazione elettrica Manuale d'uso della macchina

Prefazione

Ringraziamo innanzi tutto l'Associazione Piccole e Medie Industrie vicentine e la SISMA spa costruzioni meccaniche di Schio, che oramai da lungo tempo promuovono questo concorso, permettendo agli studenti degli Istituti Tecnici di cimentarsi nella realizzazione di un progetto che li ponga a contatto con le problematiche della progettazione e dell'organizzazione necessarie allo sviluppo di una qualsivoglia realizzazione di tipo meccanico. Ciò permette di applicare a un progetto reale, le conoscenze tecnico - meccaniche acquisite fino ad ora con lo studio. La proposta di studio del progetto API 99 riguarda uno svolgitore per fili e piattine di oreficeria. Tale macchina deve rispondere ai requisiti di semplicità ed economicità visto l'utilizzo come appendice di altre macchine.

Presentazione gruppo svolgitore

Uno svolgitore o tendifilo per macchine da oreficeria e più precisamente per macchine da catena, è un sistema di alimentazione di fili o piattine a tensione costante e regolabile. Il sistema che normalmente viene montato a bordo delle macchine, svolge da una bobina che funge da magazzino, un filo di varie sezioni mantenendo costante la sua tensione ed annullando l'inerzia di moto della bobina, indipendentemente dalla sua massa e dimensione.
Dovendo tali sistemi alimentare anche fili di diametri molto sottili devono essere particolarmente sensibili e precisi nella taratura.
Normalmente si avvalgono della sola energia elettrica per il loro funzionamento.

1. L'oggetto dello studio deve soddisfare le caratteristiche di seguito descritte:
- Le dimensioni del gruppo devono essere le più contenute possibili rispettando le dimensioni massime come da allegato 1;
- La posizione di aggancio e le dimensioni devono rispettare le specifiche dell'allegato 1;
- Prevedere possibilmente un montaggio e smontaggio rapido della bobina;
- Avere un alloggiamento universale per i vari tipi di bobina descritti negli allegati 2;
- Avere una forza resistente di svolgimento regolabile da 0.5 a 50 N;
- Una velocità di svolgimento massima di 9 m/min;
- Sopportare una bobina avente un peso massimo di 6 Kg;
- Essere costruito in conformità alla direttiva macchine;
- L'eventuale controllo elettrico deve essere integrato all'interno del sistema;
- Prevedere l'inversione del moto per recuperare un eventuale svolgimento eccessivo;

2. Devono essere previsti i seguenti controlli:
- Controllo rottura filo;
- Controllo fermo filo (bobina ferma)
- Interfaccia esterna per fermo macchina in caso di intervento dei

3. Dati di progetto:
- Produzione annua: 200 pezzi
- Lotti di produzione: 50 pezzi

SI RICHIEDE:

- Studio di fattibilità
- Disegni esecutivi
- Disegni di assieme
- Distinta Base
- Tavole per ricambi
- Descrizione componenti elettrici e controlli previsti
- Valutazione dei costi

Progettazione generale della macchina

Lo svolgitore è essenzialmente costituito da un alberino filettato che funge da sostegno delle varie bobine montate, le quali sono fissate ad esso per mezzo di un bloccaggio rapido di semplice utilizzo. L'alberino è fissato ad un motoriduttore che gestisce lo svolgimento e il riavvolgimento del filo dalla bobina.
Considerando che la tensione del filo in questione, alimentando una macchina da catena, deve essere il più possibile costante, alla cassa di sostegno è fissato anche un braccetto oscillante fissato a sua volta ad una molla di rinvio e a due finecorsa. Questi ultimi sono direttamente collegati al circuito elettrico del motoriduttore e regolandone la velocità di rotazione controllano anche la tensione del filo. Eventuali eccessi o difetti di questa sono compensati dalla molla che permette inoltre una taratura del sistema a varie tensioni.
Molto importante dal punto di vista della sicurezza è un dispositivo che permetta l'arresto della macchina in situazioni d'emergenza, anche se queste accadono al sistema a cui l'apparecchiatura è collegata. L'apparecchiatura è perciò fornita di un interruttore d'emergenza e di un ingresso per il segnale di fermo macchina.

Introduzione

Uno svolgitore è, come già detto, una macchina accessoria ad un'altra utilizzata generalmente in catena. Il costo per questa macchina deve essere perciò assai limitato, considerando che la produzione non è molto elevata, inoltre anche le dimensioni massime devono essere contenute come si nota già dai dati di progetto imposti. Per acquisire una certa conoscenza nello specifico campo, inizialmente abbiamo visitato alcune aziende di settore: la SISMA stessa e la SILMAR Spa di Romano d'Ezzelino.
Siamo quindi passati alla fase di progettazione vera e propria. Dopo un breve periodo d'organizzazione, abbiamo iniziato ad affrontare le problematiche di tipo meccanico per la realizzazione. Tra le molte soluzioni emerse abbiamo riscontrato l'impossibilità di realizzazione di molte di esse, e abbiamo avuto inoltre la possibilità di scegliere quella più semplice e affidabile. Varie difficoltà abbiamo incontrato soprattutto nella ricerca di un motore sufficientemente potente a parità dei minimi ingombri richiesti.
Sfruttando le apparecchiature di cui fortunatamente il nostro istituto dispone, abbiamo potuto realizzare gran parte della macchina all'interno di esso. Questo ci ha permesso anche di poter trattare i problemi relativi alla produzione reale dell'apparecchiatura che dal solo progetto sulla carta possono sfuggire.
Per concludere abbiamo allegato alla documentazione, tenendo conto della normale presenza dei calcolatori in fase di progetto, un CD-ROM contenente oltre ad una copia della presente relazione i file originari di tutti i disegni esecutivi sia in 3dimensioni, sia nelle tavole finali.
Ciò è stato possibile usufruendo di recenti programmi software trovati in commercio e acquistati da parte della scuola.
Di fondamentale aiuto soprattutto nella fase finale d'assemblaggio è stato il programma CAD tridimensionale "Rhinoceros 1.0" che ci ha permesso di creare rapidamente i particolari in 3D e di simulare in tempo reale l'assemblaggio della macchina con conseguente riduzione del rischio di realizzare pezzi inutilizzabili per questioni d'ingombri errati.
Eccezionale dal punto di vista della messa in tavola dei disegni ci è sembrato il programma "MegaCAD 4.8" che ha permesso una veloce progettazione e una rapida correzione degli errori fatti utilizzando funzioni proprie che non abbiamo trovato in altri programmi CAD.
Per la stesura della relazione abbiamo adottato l'impaginatore "Pagemaker 5.0" che ci ha permesso la facile introduzione della documentazione grafica accanto a quella testuale.
Per la realizzazione del CD-ROM abbiamo tenuto conto dell'importanza e della diffusione di "Internet". Abbiamo perciò strutturato un intero sito multimediale che, sfruttando le ultime caratteristiche del linguaggio HTML, ci ha consentito di fornire accanto alla documentazione un'ottima interfaccia grafica e la gestione totale dei testi e dei disegni che abbiamo deciso di allegare in vari formati per essere utilizzati con qualsiasi programma CAD.
In caso di necessità, abbiamo anche fornito i browser
Microsoft Internet Explorer 4.0 e Netscape Communicator.

Bobine

La macchina è stata costruita con la possibilità di poter usufruire, come magazzino, di tre tipi di bobine. Seguirà ora la descrizione di suddette bobine correlata dei relativi disegni e file con la possibilità di scaricare sul proprio PC suddetti file.

Nota: Cliccare sui disegni sottostanti per poter fare un download dei file.


File DXF File IGES

DENOMINAZIONE: Bobina DIN 46399 200 grammi


DENOMINAZIONE: Bobina SGF


DENOMINAZIONE: Bobina




Particolari



Particolare N° 001

DENOMINAZIONE: Boccola per bobina DIN 46399 200 grammi



Particolare N° 002

DENOMINAZIONE: Boccola per Bobina



Particolare N° 003

DENOMINAZIONE: Boccola per bobina SGF



Particolare N° 004

DENOMINAZIONE: Albero di sostegno bobine



Particolare N° 005

DENOMINAZIONE: Bloccaggio rapido per le bobine



Particolare N° 006

DENOMINAZIONE: Piastra di sostegno del motore



Particolare N° 007

DENOMINAZIONE: Piastra di fissaggio del gruppo



Particolare N° 008

DENOMINAZIONE: Braccio tendifilo



Particolare N° 009

DENOMINAZIONE: Vite di regolazione molla



Particolare N° 010

DENOMINAZIONE: Piastra di sostegno



Particolare N° 011

DENOMINAZIONE: Puleggia



Particolare N° 012

DENOMINAZIONE: Piastra di sostegno del regolatore della molla



Particolare N° 013

DENOMINAZIONE: Piastra di sostegno dell'Inverter



Particolare N° 014

DENOMINAZIONE: Cassa esterna



Particolare N° 015

DENOMINAZIONE: Vite di sostegno del braccio tendifilo



Particolare N° 016

DENOMINAZIONE: Distanziale 1



Particolare N° 017

DENOMINAZIONE: Distanziale 2



Particolare N° 018

DENOMINAZIONE: Distanziale puleggia



Particolare N° 019

DENOMINAZIONE: Perno di sostegno della molla



Particolare N° 020

DENOMINAZIONE: Squadra sostegno finecorsa



Particolare N° 021

DENOMINAZIONE: Squadra sostegno sensore



Disegni di assieme






Progettazione parte elettrica

Elemento fondamentale dell’apparecchiatura realizzata è la parte che costituisce la circuiteria di bordo.
Di evidente importanza, come già affermato più volte, è la costanza della tensione del filo e la sua precisione.
Questo implica un notevole controllo da effettuare sulla rotazione della bobina e sulla posizione del braccio di tensionamento del filo stesso.
Sono inoltre indispensabili tutti quei sistemi, previsti peraltro da rigide normative, che consentono di arrestare la macchina in caso d’emergenze provenienti dal gruppo svolgitore stesso, oppure dalla macchina di cui è appendice.
Nella progettazione di questa parte, abbiamo deciso di utilizzare pochi componenti che consentono di avere un potente strumento di controllo e settaggio dello svolgitore, affiancando a ciò una semplicità costruttiva e gestionale d’alto livello.
Un’ottima soluzione alle nostre aspettative, è stata trovata nell’uso di un mininverter programmabile che abbiamo utilizzato come unità centrale di tutto il sistema, per la possibilità di collegare ad esso una vasta serie di componenti esterni.
Esso è alloggiato all’interno della macchina, per non consentire accidentali cambiamenti di programmazione durante il normale svolgimento del lavoro cui è preposto il sistema.
Si fa notare che è inoltre possibile convertire lo svolgitore in un avvolgitore previa l’aggiunta di un dispositivo di guida del filo durante l’avvolgimento.
La descrizione di tale dispositivo esula da questa trattazione e viene quindi omessa.
All’inverter sono collegati i due sensori meccanici che fungono da finecorsa per il movimento del braccio tendifilo.
L’interfaccia utente dispone di quattro pulsanti: un interruttore generale che permette di scollegare completamente la macchina dalla rete elettrica, un selettore di Start/Stop, un'emergenza a fungo secondo le normative di sicurezza vigenti e un selettore per impostare la macchina come avvolgitore o svolgitore, utilizzabile anche per un riavvolgimento del filo in caso di problemi di svolgimento eccessivo della bobina.
Questi agiscono direttamente sul pilotaggio dell’inverter che, come già detto, per motivi di sicurezza tecnica non è reso direttamente agibile.
Di fondamentale importanza è stata la scelta di un motoriduttore, collegabile all’inverter, che fornisse una discreta potenza a parità di minimi ingombri. La versione da noi utilizzata rispecchia appieno le nostre aspettative e ci ha consentito di risparmiare sulla progettazione di molti particolari già in esso contenuti, il riduttore in special modo.
Non essendo a conoscenza del tipo di collegamento da effettuarsi per il dispositivo d’emergenza della macchina cui lo svolgitore è collegato, abbiamo fornito all’interno del gruppo una morsettiera, che consente l’attacco con due cavi, provenienti dalla macchina, atti allo scopo. Quando la macchina viene fornita, essi sono cortocircuitati per simulare il circuito normalmente chiuso dell'emergenza esterna ad essi collegato.
Abbiamo posizionato sulla puleggia un sensore induttivo ad anello che permette di effettuare il controllo di filo rotto. Esso infatti rimane chiuso se rileva la presenza del filo, contrariamente apre il circuito e funge da emergenza.
Come ultimo il gruppo è fornito di un cavo con presa per il collegamento del sistema ad una presa di rete 220/230V AC a 50-60 Hz.



Manuale d'uso della macchina

INSTALLAZIONE
Il gruppo svolgitore sviluppato, richiede solo una semplice installazione: viene fissato alla macchina di cui è accessorio per mezzo di due viti M8 e collegato con dei cavi all’alimentazione di rete a 220/230 V 50-60 Hz per l’alimentazione del gruppo stesso. Sono inoltre predisposti all’interno della macchina due morsetti per il collegamento al sistema di emergenza della macchina a cui questa è unita.

INTERFACCIA UTENTE
Lo svolgitore è dotato di un’interfaccia con l’operatore per il controllo e il setup della macchina molto semplice, ma comunque con notevoli potenzialità.
Vi è innanzi tutto un interruttore generale affiancato dai due pulsanti di Start/Stop ed Emergenza come previsto dalla normativa, i quali controllano l’azionamento del gruppo. Una vite molto sensibile è utilizzata per la regolazione della tensione teorica del filo sul braccio basculante, da un valore minimo di 0.5 ad uno massimo di 50 N. Si fa notare che lo spostamento di tale vite è di circa 15 mm, è quindi opportuno non svitare o forzare troppo il sistema per non danneggiarlo. Il selettore presente consente di impostare la macchina nelle due funzioni disponibili di avvolgitore o svolgitore. Montato a bordo vi è infine un inverter digitale programmabile che, reso accessibile solo al personale autorizzato, consente di impostare il sistema per il tipo di filo o di piattina utilizzati.
Per la programmazione di tale inverter, consigliamo di fare riferimento alla copia di alcune parti del manuale di programmazione in italiano che abbiamo allegato alla descrizione dell'inverter stesso.