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Macchine a controllo numerico


1-Le macchine utensili tradizionali ad azionamento elettromeccanico sono manovrate manualmente dagli operatori che traducono e trasmettono mediante comandi meccanici ciò che un campione o un disegno rappresentano come guida del pezzo da eseguire.
2-Ogni dimensione deve essere valutata, riportata e controllata affinché, nei limiti delle tolleranze, i pezzi vengano correttamente realizzati.
3-Fondamentalmente è quindi l'intervento dell'uomo che traduce in operazioni meccaniche in progetto, con costante impegno, onde evitare nei limiti del possibile distrazioni e quindi errori.
4-Il rendimento macchina - operatore non è costante nel tempo in quanto dipende da molti fattori tra i quali i più importanti sono, in primo luogo, l'umore umano, la macchina stessa, il fissaggio e scarico del pezzo, la velocità di lavorazione ecc.
5-Nelle macchine utensili a controllo numerico questi ed altri problemi sono stati risolti e l'evoluzione di dette macchine ha portato all'aumento del rendimento orario e soprattutto all'indipendenza dalla qualità del pezzo e dall'umore dell'operatore.
6-Il connubio fra meccanica ed elettronica porta alla nascita della macchina utensile a CNC che rivoluziona prima se stessa nella progettazione e nella struttura e poi le tecniche di lavorazione e di produzione eliminando, nel caso di lavorazioni in serie, le fasi ripetitive e noiose della produzione meccanica tradizionale.
7-L'operatore ora assume la funzione di programmatore e supervisore perché, con opportuni codici registrati riuniti in un programma e registrati su un nastro perforato, magnetico o floppy disk, è possibile trasferire alla macchina il progetto per mezzo di un programma che diventa il tramite fra il progetto stesso e le avorazioni che la macchina dovrà eseguire. Essa infatti è costituita in modo da trasformare le notizie ricevute in codice in movimenti meccanici delle sue varie parti.
8-Un altro vantaggio offerto da queste macchine a controllo numerico è la flessibilità, che significa:
• possibilità di usare la macchina, spesso con gli stessi utensili, per eseguire quasi istantaneamente lavorazioni diversificate con il solo cambio del programma; • possibilità di produrre soltanto i pezzi di cui si necessita; • possibilità di accoppiare più macchine per costruire un FMS
CONFRONTO FRA UNA MACCHINA UTENSILE TRADIZIONALE E UNA A CONTROLLO NUMERICO (CNC) E' importante puntualizzare che le macchine utensili a CN (indicherò con questa sigla il termine"controllo numerico") non sono un nuovo sistema di lavoro, ma il risultato dell'applicazione alle macchine utensili degli attuali sistemi elettronici. L'enorme sviluppo della tecnologia elettronica, l'aumento delle capacità di circuiti integrati e dei microprocessori, ha provocato da una parte il notevole miglioramento delle prestazioni dei comandi numerici, dall'altra una forte diminuzione del prezzo e delle dimensioni di ingombro. Se confrontiamo l'immagine di una macchina utensile tradizionale con un a dello stesso tipo a CN la differenza più evidente consiste nell'assenza di volantini e di leve di comando. Questo significa che uno sforzo manuale per lo spostamento dei carri non è più necessario, perché ogni spostamento viene eseguito tramite impulsi elettrici inviati a particolari motori. Per evidenziare le differenze fra una macchina utensile tradizionale e una a CNC si mettono ora a confronto due torni di media potenza . TORNIO TRADIZIONALE Azionamenti manuali: 1. volantino comando spostamento longitudinale del carro porta torretta; 2. volantini comando avanzamenti longitudinale e trasversale dell'utensile; 3. volantino comando avanzamento canotto contropunta e leva di bloccaggio; 4. leva comando cambio di velocità mandrino; 5. leva o pulsante per comando rotazione oraria o antioraria del mandrino; 6. leva per l'avanzamento motorizzato longitudinale del carro; 3
7. leva per l'avanzamento motorizzato trasversale dell'utensile; 8. leve per selezionare e inserire i passi di filettatura (il numero dei passi è limitato). Caratteristiche strutturali: • bancale orizzontale; • spostamento delle parti mobili su guide in ghisa cementate e rettificate; • potenza motore azionamento mandrino circa 5 KW; • controllo manuale dimensioni del pezzo a macchina ferma; • vasca raccogli trucioli posta sotto il bancale a svuotamento manuale; • cambio manuale degli utensili a macchina ferma; • cambio manuale del pezzo lavorato; • lavorazione a vista o con schermo para trucioli limitato alla zona di taglio TORNIO A CONTROLLO NUMERICO Azionamenti automàtici programmati: 1. servomotore autonomo per lo spostamento longitudinale del carro e torretta porta utensili; 2. servomotore per l’ avanzamento trasversale dell ‘utensile e servomotore rotazione torretta; 3. servomotore avanzamento contropunta e bloccaggio automatico; 4 variatore automatico di velocità rotazione mandrino o suo blocco per posizionamenti in frazioni di giro; 5. comando automaticorotazione oraria e antioraria del mandrino; 6. esecuzione di qualsiasi passo di filettatura mediante sincromzzazione automatica della velocità di rottone mandrino e traslazione utensile; Caratteristiche strutturali: • bancale orizzontale obliquo per facilitare lo smaltimento dei trucioli; • spostamenti rettilinei su guide riportate in acciaio rettificato con interposto materiale sintetico antifrizione; • velocità massima di rotazione del mandrino circa 50004
10000giri/minuto; • potenza complessiva installata circa 25 KW; • controllo automatico dimensioni del pezzo; • eliminazione automatica dei trucioli con convogliatore a catena; • cambio automatico degli utensili; • cambio automatico dei pezzi con robot di asservimento; • lavorazione in ambiente isolato dall'esterno con portali mobili autobloccanti.
CAMPO DI CONVENIENZA ECONOMICA Ad adottare le macchine utensili a CN è interessata soprattutto la piccola e media industria che ha di solito a che fare con lotti piccoli e continuamente variabili. Per la produzione di pezzi meccanici in grande serie non c'è infatti convenienza economica a usare questo tipo di macchine. E' importante precisare che le macchine utensili a CN sono del tipo "universale", in contrapposizione alle macchine speciali e sono dotate di grande adattabilità (flessibilità) ad eseguirelavori diversi. Tra queste macchine rientrano appunto quelle a CN, visto che è sufficiente cambiareil programma per ottenere una lavorazione diversa. Sulle macchine utensili a CN si possono fare le seguenti considerazioni: 1. il tempo tra il termine della progettazione dei pezzi e l'inizio della produzione è ridotto; la preparazione del programma può essere effettuata nell'ufficio tecnico dell'azienda o da specialisti esterni; 2. la precisione delle dimensioni dei pezzi prodotti aumenta e, pertanto, è possibile realizzare tolleranze più strette; 3. il programma, una volta realizzato, può essere utilizzato a distanza di tempo, esattamente per le medesime lavorazioni; 4. cambia il modo di lavorare in officina che si presenta più pulita e funzionale, migliora l'ambiente di lavoro e il rendimento del personale.
Molto significativo è il grafico riportato qui sopra, che pone a confronto i costi dei pezzi meccanici costruiti con macchine di tipo diverso. Dall'esame di questo grafico si può concludere che: 1. quando si deve costruire un lotto di pochi pezzi inferiore a nx (in pratica una decina) conviene, dal punto di vista economico, usare le macchine utensili di tipo tradizionale; 2. quando si deve costruire un lotto di pezzi il cui numero è compreso tra n1 ed n2 (in pratica un numero di piccola e media serie pari a qualche centinaio), conviene usare la macchina utensile a CN; 3. quando si deve costruire un lotto di pezzi il cui numero è superiore a n2 ( in pratica il numero di una grande o grandissima serie pari a 10 000 - 100 000 pezzi), conviene usare le macchine utensili automatiche opportunamente attrezzate.
SCHEMA GENERALE DELLA MACCHINA UTENSILE A CNC L'immissione del programma nel CNC della macchina avviene tramite console, digitando i dati mediante la tastiera, e controllando eventuali errori facendo la una simulazione sul monitor. Il CNC smista per mezzo dell'interfaccia i comandi per l'azionamento di ogni asse (verso e velocità), per la rotazione del mandrino (verso e velocità) e per tutti i servizi (comandi ausiliari). Ognuno di questi comandi è controllato dal CNC mediante un ciclo di informazioni di andata e ritorno. Quando ad esempio il ciclo ha inizio con il comando di spostamento inviato all'azionamento dell'asse x, il servomotore s, ricevuto il comando, aziona la vite e sposta il carro o la tavola T nel verso programmato. Lo spostamento è quindi rilevato dal lettore di posizione che invia la lettura al CNC che la confronta con quella programmata.
Oltre allo spostamento viene comandata e controllata anche la velocità di traslazione con una dinamo tachimetrica (rilevatore di velocità) D che misura la velocità di rotazione dell'asse a cui è collegata, e nel caso venga riscontrata una differenza tra la velocità reale rilevata dalla dinamo e quella programmata, il CNC emette un comando di variazione di velocità di rotazione del servomotore per adeguare in tempi reali la velocità di spostamento del carro alla velocità programmata. Questo sistema automatico di controllo viene detto Adaptive control (Controllo adattivo).
LA STRUTTURA MECCANICA PELLE MACCHINE UTENSILI A CNC La macchina utensile è formata da parti fisse di sostegno (bancale, montante) e da parti mobili (tavole, torrette, contropunte ecc.). Le strutture principali di sostegno sono dimensionate e rinforzate con nervature differenziate in modo da consentire una corretta distribuzione dei carichi e offrire una notevole rigidità alla sollecitazione flessionali e torsionali che si generano durante le lavorazioni. Dette strutture, generalmente, sono fuse in ghisa perlitica (durezza HB 210 - 230) e sottoposta a trattamenti termici antitensionali dopo la sgrossatura. Possono essere anche costruite in acciaio elletrosaldato con struttura cellulare a doppia parete e quindi sottoposte a trattamenti termici di stabilizzazione dopo l'assemblaggio e dopo le lavorazioni meccaniche. Nelle MU - CNC sono istallate potenze maggiori che nelle macchine tradizionali, esse lavorano ad un ritmo più intenso e quindi sono dimensionate più grandi, più robuste, più pesanti perché soggette a sollecitazioni maggiori. Ciò comporta una progettazione di nuova forma ed una realizzazione in materiali atti a sopportare dette sollecitazioni. La ghisa è stata sempre il materiale d'uso ideale per le sue caratteristiche smorzanti dovute alla presenza di grafite nella sua struttura e quindi è preferibile all'acciaio rispetto al quale presenta un coefficiente di smorzamento doppio. Tuttavia alcuni progettisti preferiscono le strutture in fusione di ghisa, alcuni le strutture saldate in acciaio o miste.

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