HSD Mechatronics fa progredire lo sviluppo degli elettromandrini per macchine utensili grazie al dinamometro Kistler

Il termine artificiale “meccatronica”, coniato da un ingegnere giapponese intorno al 1970, indica una reale integrazione tra ingegneria meccanica, elettronica e, come evoluzione successiva, informatica. Le soluzioni meccatroniche sono fondamentali in molte applicazioni e spesso richiedono la collaborazione tra diversi reparti, ad esempio in settori come l’automotive, l’aerospazio, la robotica o, come nel caso seguente, la lavorazione meccanica: HSD Mechatronics sviluppa componenti meccatronici per macchine utensili, come elettromandrini, teste di fresatura birotative e altri sistemi avanzati per macchine utensili. Con circa 300 dipendenti, quattro filiali (USA, Germania, Corea, Cina) e una rete di centri di vendita e assistenza, HSD fa parte della società quotata Biesse S.p.A., uno specialista italiano nelle macchine utensili con una forza lavoro globale di circa 4.100 persone. Biesse e HSD sono particolarmente note per il loro approccio multimateriale, offrendo soluzioni non solo per la lavorazione dei metalli, ma anche di leghe, compositi, legno, vetro e pietra.

Presso la sede di HSD Mechatronics a Pesaro, in Italia, Manuel Camperchioli e il suo team svolgono un ruolo chiave nell’innovazione occupandosi del testing e della validazione dei prototipi. Camperchioli lavora in HSD dal 2016 e ricopre il ruolo di Prototypes, Tests and Experiences Manager: ‘Siamo responsabili di proporre miglioramenti delle prestazioni dei prodotti ed esplorare possibili nuove applicazioni’, afferma. ‘Attraverso test sistematici in collaborazione con fornitori e clienti, promuoviamo l’innovazione così come lo sviluppo e il perfezionamento dei prodotti. In questo modo aiutiamo i nostri clienti a realizzare macchine utensili con elevata precisione e affidabilità, bassi costi totali di proprietà (TCO) e un’elevata efficienza complessiva delle apparecchiature (OEE).

In risposta ai rapidi cambiamenti delle esigenze di mercato e alle sfidanti richieste tecnologiche nello sviluppo delle macchine utensili, HSD punta fortemente su metodi di progettazione all’avanguardia e sulle migliori attrezzature di prova disponibili. Nel processo di ampliamento del proprio know-how ed expertise, HSD ha avviato una collaborazione con gli esperti di tecnologia di misura di Kistler nel 2019: è stato acquistato un dinamometro 9255C per supportare HSD nella conoscenza delle effettive forze di taglio, come base per i processi di progettazione e validazione.

Dopo una fase iniziale di formazione e supporto da parte di Kistler, dal 2020 HSD ha iniziato a utilizzare regolarmente il dinamometro 9255C, in particolare per lo sviluppo della serie di elettromandrini ES1000. Ancora Camperchioli: “Le misurazioni precise ci aiutano a evitare sia il sovradimensionamento sia il sottodimensionamento di questi componenti. Consentono ai nostri ingegneri meccanici di progettare i mandrini con precisione e di simularne il comportamento tramite FEM, individuando parametri di processo e limiti in modo accurato.”

I clienti HSD beneficiano così di abbinamenti ideali tra le loro macchine utensili e i componenti HSD, cicli di lavoro ottimizzati e una prevenzione dei danni praticamente integrata, poiché i limiti specifici del processo durante la lavorazione sono conosciuti con precisione.

Le misurazioni con dinamometro supportano lo sviluppo di teste di fresatura ed elettromandrini

Il dinamometro 9255C – con una piastra superiore di 260 × 260 mm e un ampio campo di misura da –10 a 60 kN – è una piattaforma di misura piezoelettrica multicomponente che consente di misurare con precisione tutte le forze (Fx, Fy, Fz) e quindi di calcolare i momenti (Mx, My, Mz) lungo i tre assi perpendicolari. Grazie alla sua elevata frequenza propria e all’alta risoluzione, il dinamometro è in grado di rilevare anche le più piccole variazioni dinamiche all’interno di forze di grande entità. La catena di misura presso HSD è completata dall’amplificatore di carica da laboratorio di fascia alta LabAmp 5167A, dotato di sistema integrato di acquisizione dati (DAQ), e dal software Dynoware di Kistler per applicazioni di lavorazione meccanica. “L’uso di questa strumentazione ci ha permesso di testare in modo completo il nostro nuovo elettromandrino ES1000: abbiamo eseguito prove di fresatura e finitura misurando le forze di taglio richieste, le coppie e gli spettri di frequenza di diverse operazioni di lavorazione con utensili e materiali differenti. Di conseguenza, siamo stati non solo in grado di sollecitare l’elettromandrino al massimo, ma anche di simularne con maggiore precisione il comportamento dinamico tramite FEM, includendo una stima della durata dei cuscinetti”, aggiunge Camperchioli.

Sviluppo e assemblaggio ottimizzati degli utensili – resi possibili dalla tecnologia di misura Kistler

Oltre alla catena di misura con dinamometro, HSD utilizza anche celle di carico (sia piezoelettriche sia a estensimetro) nel processo produttivo. In combinazione con dispositivi portatili Kistler – soluzioni multifunzione per il controllo delle catene di misura – queste celle di carico, come i modelli 9323AA e 4576A, contribuiscono all’ottimizzazione dell’assemblaggio, ad esempio misurando il precarico dei cuscinetti impiegati da HSD. “Grazie alle misurazioni precise, siamo riusciti a ridurre i tempi di assemblaggio nella nostra produzione”, riferisce Camperchioli..

HSD Mechatronics continua a lavorare sui componenti per macchine utensili per completare il proprio portafoglio multimateriale. Il dinamometro 9255C di Kistler ha contribuito in modo significativo ad ampliare le conoscenze dell’azienda nei processi di progettazione e sviluppo dei prodotti per applicazioni di lavorazione meccanica. Camperchioli aggiunge:
“Lo utilizziamo costantemente per creare nuove opportunità di innovazione o per validare nuove applicazioni di prodotto. La qualità delle misurazioni e la robustezza del sistema sono eccellenti, e abbiamo ricevuto un supporto straordinario da Bülent Tasdelen e Michele Segato nella fase iniziale e anche successivamente.”

Co-innovazione destinata a proseguire con un nuovo banco prova per freni e un RCD wireless

In futuro, HSD prevede di installare un nuovo banco prova per freni a scopo di test. Per questo motivo, è interessata a un trasduttore di coppia ad alta velocità della serie KiTorq. Queste unità rotore-statatore consentono misurazioni di coppia senza contatto a velocità di rotazione molto elevate, fino a 50.000 giri al minuto. Per quanto riguarda i dinamometri, l’innovativo RCD Wireless (Rotating Cutting Dynamometer) di Kistler rappresenterebbe un’ottima integrazione per le visite ai clienti, poiché è molto più facile da trasportare e utilizzare in luoghi diversi rispetto a una piattaforma di dinamometro stazionaria come la 9255C. Come riassume Camperchioli: “Le soluzioni Kistler sono particolarmente preziose per un’azienda come la nostra, perché ci permettono di comprendere a fondo le dinamiche operative dei nostri prodotti. E, cosa ancora più importante, sulla base dei risultati possiamo guidare i nostri clienti nella scelta migliore per la loro macchina utensile e applicazione di lavorazione.”