Come realizzare un pantografo CNC

Per realizzare una trasmissione meccanica e trasformare il moto rotatorio in moto rettilineo, partendo dal motore elettrico trifase o monofase possiamo utilizzare, le viti senza fine a passo trapezoidale, le viti a ricircolo di sfere o anche gli ingranaggi su cremagliere. Le discriminanti per la scelta sono:

1) la velocità di spostamento

2) la precisione di posizionamento

3) la frequenza dei movimenti

4) l’utensile per la lavorazione

La velocità è una componente da tenere ben presente perché porta con se molti fattori che possono incidere in maniera determinante nella buona riuscita del progetto. Nella realizzazione ad esempio del pantografo CNC infatti la struttura dovrà essere ben calcolata perché più aumenta la massa e maggiori saranno i carichi che i componenti dovranno supportare. In questo caso potrei utilizzare dell’acciaio C40 per l’intero progetto così da avere una struttura molto pesante e solida per carichi elevati ma dovrò calcolare maggiore energia di spunto richiesta ai motori. Ridurre quindi in maniera proporzionale gli attriti utilizzando ad esempio le guide lineari a ricircolo di sfere.

Se i movimenti saranno lenti si potrà pensare di trasferire il moto con le viti trapezoidali ma consiglio sempre di utilizzare le chiocciole in bronzo. Questo perché due materiali dissimili come l’acciaio ed il bronzo non hanno “l’effetto incollaggio” e anche se si dovrà spingere un pò di più sulla velocità o la frequenza generando inevitabilmente più dall’attrito, la trasmissione rimarrà efficiente. Se invece i movimenti dovranno essere molto rapidi la scelta corretta è quella delle viti a ricircolo di sfere. La sezione delle viti e delle guide sarà importante da valutare in base al peso complessivo da movimentare e per questo possiamo inviarvi le tabelle di carico dei singoli componenti per una scelta coerente.

La precisione del posizionamento e ripetibilità sono un’altro fattore di non poca importanza. La domanda da farsi è: quanto deve essere preciso e ripetibile il movimento? Una risposta spesso non facile per i neofiti ma deve essere la prima cosa farsi in sede di progettazione e la scelta dei componenti risulta determinante. Un gioco di 1/10 sull’asse X, riporato a quello dell’asse Y incrociato con l’asse Z potrebbe valere sulla punta dell’utensile di lavorazione anche qualche millimetro!! Le tolleranze dei prodotti “seri” sono riportate su tutti catologhi tecnici dei componenti e fanno riferimento a norme ISO. Nella precisione, soprattutto nel tempo, incide molto l’usura e occorre valutare la frequenza dei movimenti. Se adrò ad utilizzare per esempio degli ingranaggi su cremagliere dovrò considerare che l’usura sarà maggiore delle viti a ricircolo di sfere. Di contro maggiore sarà la precisione e maggiore sarà la cura e la pulizia che dovrò dedicare ai componenti: in alcuni ambienti industriali particolarmente ostili potrà essere preferibile sostituire più spesso i componenti che effettuare pulizie e ingrassaggi spesso difficoltosi o impossibili.

L’utensile. Quale lavorazione devo fare? Di quanta potenza dovrò disporre per eseguire le lavorazioni? Se ad esempio dovrò eseguire delle fresature su legno la potenza richiesta non sarà particolarmente elevata rispetto a quella richiesta per la lavorazione dell’acciaio. Nella scelta dell’utensile dovrò considerare anche il numero dei giri massimi considerando che un utensile come la fresa minore sarà il diametro e maggiore sarà il numero dei giri richiesti per un rendimento ottimale. Nella scelta dell’utensile andrà considerato anche il livello di vibrazioni indotte dalla lavorazione che si trasferiranno nella struttura, e qui si ritorna alla scelta dei materiali per la struttura.