Il principio 3-2-1 – la base di ogni progettazione attrezzature
Un corpo libero ha sei gradi di libertà: tre traslazioni e tre rotazioni. Il principio 3-2-1 li blocca con sei punti di appoggio. Tre punti nel piano primario bloccano tre gradi di libertà, due punti nel piano secondario ne bloccano altri due e un ultimo punto blocca il sesto. Con più appoggi fissi di così l'attrezzatura diventa iperstatica. A quel punto sono gli scostamenti dimensionali del pezzo a determinarne la posizione, non l'attrezzatura.
I punti di appoggio si collocano sulle superfici di riferimento indicate nel disegno del pezzo, il più distanti possibile tra loro. La forza di serraggio deve spingere il pezzo contro gli appoggi, mai lontano da essi. Deve agire dove il pezzo è abbastanza rigido da non deformarsi. Per due spine di riferimento in due fori si usano una spina cilindrica e una spina a losanga, così il pezzo non si incastra.
In pratica i punti sono spesso sostituiti da piccole superfici di appoggio o da perni temprati, così il pezzo non affonda nell'attrezzatura. Per pezzi fusi o saldati con superfici irregolari si usano appoggi regolabili nel piano primario. L'importante è rispettare il principio: ogni grado di libertà si blocca una volta, e una volta sola.
Maschere di foratura e boccole
Una maschera di foratura guida la punta nella posizione giusta senza che l'operatore debba misurare e bulinare. Disegniamo la maschera con boccole di foratura normalizzate secondo DIN 179 (senza collare) o DIN 172 (con collare), piantate in un foro con tolleranza H7. Il foro della boccola ha tolleranza F7 e dà alla punta il gioco corretto. Come valore indicativo, la lunghezza della boccola dovrebbe essere almeno una o due volte il diametro della punta.
La distanza tra il bordo inferiore della boccola e il pezzo determina come escono i trucioli. Per l'acciaio il valore indicativo è circa 0,5–1 volte il diametro della punta. Una distanza minore guida meglio ma rischia l'intasamento dei trucioli. Per serie più lunghe si usano boccole intercambiabili, così una boccola usurata si sostituisce senza buttare tutta la maschera.
La maschera deve anche essere impossibile da usare in modo sbagliato. Una battuta asimmetrica o una spina in più che entra in un solo verso, il cosiddetto poka-yoke, impedisce di forare il pezzo specchiato. Disegnarla non costa quasi nulla, ma evita molti pezzi di scarto.
Attrezzature di saldatura, incollaggio e montaggio
Un'attrezzatura di saldatura deve tenere le parti in posizione nonostante calore e ritiro. Collochiamo gli appoggi in modo che il giunto sia accessibile e lasciamo spazio al ritiro, a volte con una pre-deformazione indicata dalle saldature di prova. I bloccaggi rapidi a leva si posizionano in modo che l'operatore li raggiunga senza cambiare presa. Gli appoggi vicini al giunto si fanno in rame o si proteggono dagli spruzzi, così non si saldano né si consumano.
Le maschere di incollaggio e le attrezzature di montaggio raramente richiedono la stessa rigidezza. Devono però posizionare le parti con precisione ed essere facili da pulire. Qui le attrezzature stampate in 3D funzionano molto bene. Una soluzione tipica è una piastra di base con una sede che segue il contorno del pezzo, con 0,2–0,3 mm di gioco per lato, e spine che bloccano la posizione. La sequenza di montaggio si può incidere direttamente nell'attrezzatura.
L'ergonomia influisce sia sul ritmo sia sulla qualità. L'attrezzatura va posta alla giusta altezza di lavoro, i pezzi pesanti si fanno scorrere invece di sollevarli e i bloccaggi si collocano in modo che l'operatore non debba allungarsi. Un'attrezzatura comoda da usare viene anche usata nel modo giusto.
Attrezzature di controllo e calibri passa/non passa
Un'attrezzatura di controllo confronta il pezzo con il disegno in pochi secondi. Il pezzo si appoggia sugli stessi riferimenti della lavorazione, e superfici di misura o spine mostrano se le quote critiche sono in tolleranza. I calibri passa/non passa per fori si disegnano sui limiti di tolleranza della ISO 286. Il lato passa corrisponde alla quota minima ammessa, il lato non passa alla massima.
Per essere affidabile, l'attrezzatura di controllo deve essere molto più precisa del pezzo. Una regola pratica è che l'incertezza dello strumento non superi un decimo della tolleranza. Questo decide se l'attrezzatura si può stampare o va fresata e tarata. Come si indicano le tolleranze sul disegno lo spieghiamo nella pagina sui disegni tecnici secondo ISO.
Le attrezzature di controllo per pezzi in plastica e lamiera funzionano spesso come una forma negativa del pezzo. Gli scostamenti si vedono come fessure lungo i bordi dell'attrezzatura. La fessura si verifica con lo spessimetro: il controllo è rapido e uguale per tutti gli operatori.
Attrezzatura stampata o fresata?
Le attrezzature stampate in PETG, PA o PA rinforzato con fibra di carbonio si realizzano in uno o due giorni. Sono adatte a serie brevi, montaggio e controllo con tolleranze di qualche decimo. Le superfici soggette a usura si rinforzano con boccole piantate, inserti filettati e riporti intercambiabili. Approfondisci le possibilità nella pagina sulla progettazione per stampa 3D.
Dove l'attrezzatura assorbe forze di taglio o calore, o richiede precisioni al centesimo, la disegniamo per la fresatura in alluminio o acciaio con spine e boccole temprate. In quel caso ricevi un disegno con tolleranze e una distinta con componenti normalizzati, impostati come i nostri disegni tecnici. Ogni attrezzatura viene marcata con codice e revisione, così si usa sempre la versione giusta.
Un vantaggio delle attrezzature stampate è che costano poco da sostituire. Quando il pezzo cambia, stampiamo una nuova versione nella stessa settimana, e la vecchia si può conservare per le varianti precedenti. Questo permette anche di avere più attrezzature identiche in stazioni diverse.
Valori indicativi per attrezzature e maschere
| Dettaglio | Valore indicativo o norma |
|---|---|
| Posizionamento | 3-2-1: tre + due + un punto di appoggio bloccano sei gradi di libertà |
| Spine di riferimento in due fori | una spina cilindrica + una spina a losanga |
| Boccola di foratura senza collare | DIN 179 / ISO 4247 – foro F7, esterno n6 |
| Boccola di foratura con collare | DIN 172 – per forze assiali maggiori |
| Foro per la boccola nell'attrezzatura | H7 |
| Distanza boccola – pezzo | circa 0,5–1 × il diametro della punta (acciaio) |
| Gioco in un contorno stampato | circa 0,2–0,3 mm per lato |
| Incertezza dello strumento | al massimo circa 1/10 della tolleranza |
| Viti allentate spesso nella plastica | inserti filettati in ottone |
Valori indicativi. Le scelte finali dipendono da materiale del pezzo, dimensione della serie e precisione richiesta.
Cosa ci serve da te
- Modello CAD del pezzo in STEP o disegno con tolleranze
- Quali quote e superfici sono critiche e quali riferimenti usa il disegno
- L'operazione: foratura, saldatura, incollaggio, montaggio o controllo
- Macchina o postazione: tavola di serraggio, morsa, cave a T o robot
- Dimensione della serie e numero di cicli al giorno
- Come si inserisce e si estrae il pezzo – e chi lo fa
- Componenti normalizzati già in uso, per esempio bloccaggi rapidi e spine
Esempi di lavori
- Maschera di foratura per fori su tubo profilato
- Attrezzatura di saldatura per mensola o telaio
- Maschera di incollaggio per posizionare magneti
- Attrezzatura di montaggio per scheda e involucro
- Attrezzatura di controllo con spine passa/non passa
- Ganasce morbide per morsa
- Attrezzatura per incisione e marcatura laser
- Supporto per pinza robot
- Dima di piegatura per tubi e piatti
- Dima di foratura per pareti o armadi
Cosa influisce su prezzo e tempi di consegna
- Numero di varianti che l'attrezzatura deve gestire
- Requisiti di tolleranza e se l'attrezzatura va fresata o stampata
- Numero di punti di serraggio e di appoggio
- Necessità di parti d'usura e boccole intercambiabili
- Se il modello CAD del pezzo esiste o va creato
- Documentazione: disegni, distinta e istruzioni
Cosa ricevi
- Attrezzatura come assieme con il pezzo
- Verifica delle interferenze con utensili, punta e torcia di saldatura
- Distinta con componenti normalizzati e codici
- Disegni per la fresatura o file per la stampa 3D
- Attrezzatura stampata pronta all'uso (opzionale)
- Marcatura con codice e revisione
Domande frequenti
Che differenza c'è tra attrezzatura e maschera?
Un'attrezzatura tiene fermo il pezzo durante la lavorazione o il montaggio. Una maschera guida anche l'utensile, come una maschera di foratura con boccole. Nel linguaggio comune i due termini si usano spesso come sinonimi.
Un'attrezzatura stampata in 3D regge in produzione?
Per montaggio, incollaggio e controllo spesso per migliaia di cicli. Le superfici d'usura si rinforzano con boccole metalliche e riporti intercambiabili. Le attrezzature che assorbono forze di taglio o calore preferiamo disegnarle per la fresatura.
Cos'è il principio 3-2-1?
È un modo per bloccare i sei gradi di libertà del pezzo con esattamente sei punti di appoggio. Ne servono tre in un piano, due in un secondo e uno in un terzo. Dà sempre la stessa posizione senza rendere l'attrezzatura iperstatica.
Vi serve il file CAD del pezzo?
Con un file STEP si fa prima. Possiamo partire anche da un disegno, da un campione o da misure e creare prima un modello del pezzo.
Un'attrezzatura può gestire più varianti?
Sì. Con riporti intercambiabili, battute spostabili o appoggi indicizzati la stessa base serve per più misure. Così sullo scaffale ci sono meno attrezzature.
Quanto può essere precisa un'attrezzatura stampata?
Con una stampa calibrata e la ripresa dei fori critici la precisione è tipicamente di ±0,1–0,2 mm. Se serve di più, piantiamo boccole in fori alesati o disegniamo l'attrezzatura per la fresatura.