Modellistica e simulazione dinamica di un centro di lavoro a quattro assi

Mechatronic analysis allows to obtain information about static and dynamic performances of complex mechanic systems. Forecasting machine tools behaviour helps the design process and subsequent optimization development, by reducing prototyping costs. Furthermore, it allows to simulate different working conditions. In this thesis work, the development of a computer model, which represents a Mandelli M5 machine tool, is developed by means of the Modelica language. Mechatronic model initially considers structural components as rigid bodies, hence, the only considered source of compliance are guidance systems. The developed system includes a model of drives in order to allow the closed loop control of the axis, in this context, the calibration of the drives parameters is described. The developed model has been validated by means of comparison between simulated with experimental results. The response of the machine tool, due to loads caused by the cutting process has been analysed, and it has been compared against results of cutting tests. In order to improve the quality of the model, flexible bodies, representing the main structural components of the machine, have been introduced. The developed models of components and subsystems have been grouped in a library, in order to be modular and highly reusable so it can be used to build different design versions.

L’analisi meccatronica permette di ottenere informazioni riguardo le prestazioni statiche e dinamiche di sistemi meccanici complessi. Prevedere il comportamento di una macchina utensile permette di supportare le scelte progettuali e ridurre i tempi della sperimentazione fisica oltre ad offrire la possibilità di simulare diverse condizioni di funzionamento. Il presente lavoro descrive la modellazione di un centro di lavoro Mandelli M5 in linguaggio Modelica. Il modello meccatronico considera inizialmente i componenti della struttura come corpi rigidi attribuendo l’unica fonte di cedevolezza alle guide. Allo scopo di consentire il controllo degli assi, viene proposto un modello di azionamento e descritto il relativo processo di taratura. Successivamente lo stesso modello è stato validato confrontando alcune grandezze sperimentali con le corrispondenti simulate. È stata valutata la risposta della macchina a seguito delle forze scaricate su di essa dal processo di taglio, eseguendo una validazione anche in tal senso. Al fine di aumentare la raffinatezza del modello è stata introdotta anche la cedevolezza dei componenti della struttura considerati più facilmente deformabili. I modelli di componenti e sistemi sono stati infine raccolti in una libreria allo scopo di favorire il loro riutilizzo nella realizzazione di modelli futuri.