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Sono Emiel, The Practical Engineer. Se avete seguito la costruzione della mia macchina CNC a 5 assi, saprete che il progetto ha recentemente raggiunto un traguardo significativo: un telaio da 400 kg ad alta rigidità costruito in acciaio e cemento. Una volta indurito e solido, sono passato all’assieme dell’asse Z, solo per imbattermi in un ostacolo fisico che minacciava di bloccare l’intera costruzione.
Un design che quasi funzionava
Sapevo già che lo spazio attorno all’asse Z sarebbe stato ristretto. In Fusion 360, il design sembrava non avere interferenze. Ma una volta iniziato ad assemblare fisicamente i pezzi, è diventato ovvio che qualcosa non andava: il supporto della chiocciola del mandrino collideva con i carrelli delle guide lineari.
Non di molto, ma abbastanza perché l’intero assieme semplicemente non potesse muoversi.
Frustrante, ovviamente. Ma lavoro come ingegnere da abbastanza tempo per sapere che questo fa parte del processo. Soprattutto in progetti personali come quelli che realizzo per The Practical Engineer, spesso nelle ore serali, a volte sfuggono piccoli dettagli. La vera ingegneria inizia dopo quel momento. Come si risolve il problema senza riprogettare mezza macchina?
Perché volevo riprogettare un solo pezzo
A quel punto avevo due opzioni. Potevo riprogettare le parti strutturali più grandi e allontanare le guide lineari, oppure potevo provare a risolvere il problema riprogettando solo il supporto della chiocciola del mandrino.
Il resto della macchina era già corretto, rigido e costoso da rifare. Riprogettare tutto sarebbe costato un’enorme quantità di tempo e denaro.
La sfida è diventata semplice: potevo riprogettare questo singolo pezzo in modo che si adattasse a uno spazio estremamente ristretto, mantenendolo comunque abbastanza forte e rigido? Questo si è trasformato in un puzzle ingegneristico genuinamente interessante.
Ritorno al CAD: ottimizzare la geometria in Fusion 360
Sono tornato su Autodesk Fusion e ho iniziato a ottimizzare ogni millimetro di spazio disponibile. La prima versione del supporto aveva già degli scassi di tolleranza, ma mi era sfuggito un dettaglio importante: la chiocciola del mandrino, i bulloni di montaggio e i carrelli delle guide avevano tutti bisogno di spazio nella stessa piccolissima area.
Una volta sezionato il modello nel CAD, il problema è diventato ovvio.
La versione riprogettata è diventata molto più piatta e compatta. Ho abbassato la posizione della chiocciola del mandrino, ho ottimizzato la forma attorno ai pattini delle guide e ho rimosso ogni minima parte di materiale non necessario. In alcuni punti, lo spazio finale era di solo circa 1 mm.
Stretto, ma sufficiente.
Perché questo pezzo doveva essere lavorato CNC
Per la nuova versione, ho scelto l’acciaio e ho fatto realizzare il pezzo tramite lavorazione CNC. La stampa 3D non era l’opzione giusta in questo caso. Questo supporto fa parte del sistema di trasmissione dell’asse Z e deve rimanere rigido sotto carico. Qualsiasi flessione in questo componente influirebbe direttamente sulla rigidità e sulla precisione della macchina.
La parte difficile è stata trovare l’equilibrio tra due cose: mantenere il pezzo abbastanza compatto da adattarsi e abbastanza forte da svolgere il suo lavoro. Questo equilibrio è esattamente ciò che ha reso questo componente interessante.
Far produrre il pezzo da Xometry
Una volta terminata la riprogettazione, ho caricato il file CAD su Xometry.
Per un progetto come questo, un servizio del genere è estremamente utile. Alcuni componenti sono o troppo precisi, o richiedono troppo tempo, o semplicemente non sono realistici da realizzare in officina. Questo supporto della chiocciola del mandrino era uno di questi.
Il processo è stato semplice. Ho caricato il modello, selezionato il materiale e il metodo di produzione, controllato il prezzo e ordinato. Il pezzo è arrivato in circa sei giorni lavorativi, il che è stato sorprendentemente veloce, e in questo caso ha davvero aiutato a far progredire il progetto.
Il momento della verità
Ho ordinato il pezzo da Xometry e, quando è arrivato circa sei giorni lavorativi dopo, l’ho installato subito nell’assieme dell’asse Z.
Questa volta è entrato perfettamente.
I carrelli delle guide non toccavano più il supporto, la chiocciola del mandrino era allineata correttamente e l’asse Z poteva finalmente muoversi liberamente. Considerando quanto fosse diventato pesante l’intero assieme, vederlo montato e funzionante è stato estremamente soddisfacente. Non era solo il fatto che il pezzo si adattasse. Significava che potevo finalmente continuare con la macchina.
Perché questi problemi sono in realtà divertenti
Per quanto frustranti possano essere questi momenti, questa è anche una delle cose che apprezzo di più dei progetti di ingegneria.
Ti imbatti in un vincolo. Ripensi il design. Ottimizzi la geometria. Cerchi di risolvere il problema finché non trovi una soluzione che funziona. Spesso, la soluzione finale è migliore dell’idea originale.
Questo è anche il motivo per cui mi piace condividere questi progetti su The Practical Engineer: non solo la macchina finita, ma anche gli errori, le riprogettazioni e la risoluzione pratica dei problemi che si verificano lungo il percorso. È qui che risiede la vera ingegneria. Potete seguire l’intero viaggio, dallo zaino a propulsione all’esperimento sui giunti magnetici fino alla costruzione della macchina CNC a 5 assi, proprio qui su Xometry Pro.
Cosa succede ora
Ora che l’assieme dell’asse Z è funzionante, posso procedere verso il prossimo grande traguardo: far funzionare la macchina come una CNC a 3 assi operativa.
Dopodiché, il piano è utilizzare la macchina per produrre i pezzi per il 4° e il 5° asse. Una volta che la macchina potrà iniziare a creare pezzi per se stessa, il progetto entrerà in una fase completamente nuova, ed è la parte che attendo con maggiore trepidazione.
Guardate la costruzione completa dell’asse Z e la soluzione da 1 mm in azione sul canale YouTube di The Practical Engineer:
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Javier López Picazo
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