Macchine utensili - Tesina per Istituto tecnico industriale

Con misure di precisione si è dimostrato che il tubo di nichel varia di

lunghezza proporzionalmente al campo magnetico H il quale, a sua

volta, è dato da:

H = N x I / L [A / m]

essendo:

L = numero di spire del solenoide,

I = intensità della corrente (in ampere),

L = lunghezza del tubo (in metri).

Costruzione della testa del trapano a ultrasuoni

La lavorazione con ultrasuoni, qui ottenuti sfruttando il fenomeno

della magnetostrizione, è un procedimento di asportazione di

materiale per l’azione di piccole particelle abrasive a spigoli vivi

immersi in un liquido.

Con riferimento alla figura a lato:

 viene inviata una corrente elettrica alternata lungo il filo che

avvolge il pacco di lamierini di nichel;

 il pacco di lamierini per l’azione del campo elettromagnetico

della corrente alternata a cui si sovrappone un campo

magnetico costante creato dal magnete permanente vibra con

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la stessa frequenza della corrente; la sovrapposizione del

campo magnetico dovuto alla corrente alternata al campo

magnetico dovuto al magnete permanente produce un campo

alternato pulsante. Senza la presenza del campo magnetico

costante il pacco di lamierini subirebbe accorciamenti sia

quando il campo fosse positivo sia quando il campo fosse

negativo e, pertanto, le variazioni del pacco sarebbero doppie

della frequenza della corrente alternata applicata;

 le vibrazioni del pacco di lamierini vengono trasmesse al cono

di trasmissione e, pertanto, alla testina dell’utensile a esso

collegata che vibra con un’ampiezza di 0,01 mm con la

frequenza della corrente alternata applicata (20 ÷ 60 kHz);

 la testina dell’utensile, in genere, di acciaio a carbonio

trasmette la sua energia di vibrazione alle particelle abrasive

portate per mezzo di un liquido tra il pezzo da lavorare e la

testina stessa;

 le particelle abrasive, di solito, di carburo di boro agiscono sul

pezzo contro il quale sono lasciate e premute con un’azione

molto simile a quella di uno scalpello;

 l’azione delle particelle produce sul pezzo una cavità che ha la

stessa forma e la stessa sezione della testina dell’utensile.

Vale a dire, dato che il movimento dell’utensile non è rotatorio,

è possibile effettuare anche perforazioni di forma molto

complicata (quadrata, rettangolare, triangolare, a stella ecc.). 5

Il trapano a ultrasuoni

La macchina assomiglia a un comune trapano meccanico. Il

procedimento permette di lavorare anche materiali più duri come

vetro, ceramica, carburi, pietre preziose, germanio, semiconduttori

ecc.

La velocità di esecuzione non dipende dalla forma del pezzo da

realizzare ma dal volume di materiale da asportare. La lavorazione

con ultrasuoni non provoca deformazioni, né ritiro, né riscaldamento

locale dei pezzi lavorati.

La precisione di lavorazione dipende dalla granulometria

dell’abrasivo impiegato. Per ottenere una buona precisione, è a

volte utile effettuare due operazioni: la prima durante la quale si

esegue, con un utensile sbozzatore, un foro più piccolo di un decimo

di millimetro; la seconda, con un utensile di finitura, porta alla quota

esatta utilizzando un abrasivo molto fine. Non è necessario che

l’utensile-testina sia di materiale molto duro: spesso, come è già

stato detto, è di acciaio al carbonio. Come abrasivo viene

generalmente usato carburo di boro, carburo di silicio, ossido di

alluminio. Le potenze necessarie per questi trapani ultrasonici sono

modeste: da 0,5 a 7 kW. Con i trapani ultrasonici si effettua la

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produzione degli stampi che in passato venivano costruiti a mano

con apposite fresatrici.

La saldatura a ultrasuoni

L’apparecchio che realizza questo tipo di saldatura è molto simile ai

trapani a ultrasuoni. L’apparecchio dispone anzitutto del generatore

di corrente alternata adeguata alle saldature da eseguire che viene

inviata alla bobina magnetostrittiva che avvolge il pacco di lamierini

in cui si realizzano le onde sonore o ultrasuoni; questi vengono poi

trasformati ed esaltati dal blocco a profilo esponenziale al quale è

rigidamente fissato il puntale di contatto, denominato “sonotrodo”

che è l’organo che esegue materialmente il lavoro di saldatura.

La saldatura si ottiene premendo i due pezzi da saldare, tramite un

cilindro pneumatico o idraulico, contro il sonotrodo. Non è ancora

del tutto chiaro il fenomeno secondo cui si realizza la saldatura:

probabilmente avviene per i materiali metallici una specie di

grippatura tra i cristalli dei pezzi in contatto. Nel caso delle materie

plastiche entra in gioco anche l’elevata temperatura che viene a

prodursi.

La saldatura con ultrasuoni ultimamente ha avuto un certo sviluppo

soprattutto per questi motivi:

 realizza l’unione di materiali difficilmente saldabili come il

titanio; oppure di pezzi di materiali diversi come per esempio

pezzi di alluminio con pezzi di rame;

 realizza l’unione di pezzi di spessore molto sottile: da 0,005 a

qualche millimetro;

 dato che la saldatura dei metalli non avviene per fusione ma

solo con un leggero riscaldamento dei pezzi saldati, non si ha

l’inconveniente della dissipazione del calore su altre parti del

pezzo o sul portapezzi;

 realizza la saldatura di materie termoplastiche, è inoltre anche

possibile l’inserimento di parti metalliche. 7

Con questo metodo la velocità di saldatura è elevata. Le saldature

ottenute presentano una buona resistenza meccanica e i pezzi non

subiscono alcuna deformazione.

Meccanica

LE CINGHIE

Generalità

· Necessarie per trasmissioni a lunga distanza;

· ideali in caso di trasmissioni con urti e vibrazioni;

· non adatte per trasmettere potenze molto grandi;

· piccoli scorrimenti non garantiscono la costanza del rapporto di

trasmissione (eccetto per le cinghie dentate).

Le cinghie devono la flessibilità al materiale di cui sono fatte.

Le catene devono la flessibilità al moto relativo tra gli elementi che

le compongono. 8

Tipi di cinghie

a) cinghia piatta

b) cinghia trapezoidale

c) cinghia dentata

Le trasmissioni con cinghie e pulegge sfruttano prevalentemente

aderenza e attrito.

I materiali usati sono cuoio, gomma, nylon. Hanno forma anulare

ma quelle in cuoio, non potendo essere prodotte in un solo pezzo,

vengono chiuse con opportune graffette.

· Cinghie piatte: a) sezione rettangolare su pulegge piane o

leggermente bombate;

· cinghie trapezoidali: b) sezione trapezia. Costituite da una serie di

cavi immersi in sezione cuneiforme in elastomero.

Commercializzate in lunghezze unificate e di sezione unificate Z-A-

B-C-D-E;

· cinghie dentate: c) costituite, come le trapezoidali, da una serie di

cavi immersi in

rivestimento di neoprene. Dotate di denti che alloggiano in

opportuni vani realizzati sulle pulegge. 9

Aderenza e attrito

a) tensione di montaggio e forza premente

b) triangolo di equilibrio

Con la pre-tensione T (necessaria per evitare slittamento all’avvio)

m

nasce la forza premente R.

Per cinghie piatte, se f è il coefficiente d’attrito tra cinghia e

puleggia, si avrà una forza di aderenza:

A f x R

= 10

Nel caso di cinghie trapezoidali, con

α

gola avente angolo di apertura 2 x

avremo che la forza R darà luogo a due

spinte laterali N

R N x senα ->N = R senα

/ 2 = /2 x

L’aderenza in tal caso sarà:

A f N f x R senα

= x 2 x = /

La formula andrebbe poi corretta per

tener conto anche dell’aderenza nel

piano della sezione della cinghia che

contribuisce in parte ad equilibrare la

R. In definitiva avremo per la cinghia

trapezoidale un’aderenza calcolata

come per la piatta

A f’ x R

= f’

Dove il coefficiente d’attrito fittizio è

dato da:

f’ f senα f cosα

= / + x

Inglese

MILLING MACHINES 11

Milling machinesare used for roughing , semi-finishing, finishing and

high-finishing operations, mould and die machining.

The workpiece is fixed to a carriage and a rotating tool with multiple

cutting edges is moved to create a smooth surface.

There is a wide range of milling machines used to machine different

types of metals.

Milling machines have the following characteristics:

 maximum performance in speed and acceleration;

 high accuracy and finish quality;

 flexibility thanks to the use of various types of materials such

as steel and aluminium;

 silent functioning;

 goodergonomics and maximum safety for the operators.

The main fields of application are:

 car design and prototyping;

 machining of models;

 tools;

 moulds and dies;

 aeronautic structures;

 high-precision mechanical components.

Among the main types of milling machines are:

- vertical milling machines

They consist of a vertical spindle and three axes: a longitudinal axis

used as a worktable; a cross axis consisting in a moving column;

and a vertical axis as a splinde slide;

- vertical bed milling machines 12

They consist of a bed and a column which are connected to each

other, forming a compact L-shape.

Sistemi automatici

MOTORE ASINCRONO TRIFASE

Generalità 13

Il motore asincrono trifase, conosciuto anche come motore ad

induzione o motore a campo rotante, è una macchina che per il suo

funzionamento si basa sui principi dell’elettromagnetismo;

trasformando così l’energia elettrica in energia meccanica. Queste

macchine sono classificate in base a:

- potenza fornita;

← - corrente;

← ←

Una semplice spiegazione del funzionamento del motore è che le

correnti indotte nel nucleo per la legge di Lenz si oppongono alle

cause che le hanno generate: la causa altro non è che la velocità

relativa fra campo magnetico e rotore, che pertanto deve mettersi

in rotazione per seguire il campo magnetico stesso.

Poiché una perfetta sincronia annullerebbe totalmente le correnti

indotte, in queste condizioni non vi sarebbero interazioni fra nucleo

e avvolgimenti statorici, pertanto anche la coppia si annullerebbe.

Il regime ottimale di funzionamento è pertanto minore di quello di

sincronia ed è compreso fra 95% e il 98% di quest’ultimo.

Ai bassi regimi però non solo la coppia non aumenta, ma anzi può

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diminuire notevolmente rispetto alla massima, il che, come noto,

rende difficili gli avviamenti di questo motore, le cui caratteristiche

positive e negative come attuatore nelle catene di controllo e

regolazione si possono così sintetizzare.

Caratteristiche positive

-robustezza meccanica;

- semplicità costruttiva;

- basso costo;

- ampia disponibilità commerciale;

- alimentazione elettrica sempre disponibile.

Caratteristiche negative

- modesta coppia di spunto;

- rigidità di utilizzo dovuta al regime praticamente costante;

- impossibilità di inversione del moto senza modifiche nelle

connessioni.

È detto trifase perché per funzionare necessita l’uso di un sistema

trifase di correnti, sfasate fra loro di 120°. Fu inventato da Galileo

Ferraris nel 1885.

La struttura è semplice: vi è una parte fissa detta statore che

contiene al suo interno una parte mobile detta rotore. entrambe di

forma cilindrica ed entrambe dotate di fori paralleli al cilindro,

destinate ad ospitare gli avvolgimenti, ovvero i conduttori. 15

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Lo statore è attraversato da tre bobine doppie in cui vi passa

corrente generando un campo magnetico variabile il cui valore sarà

pari alla somma delle tre. Generalmente si hanno due avvolgimenti,

essendo tre le bobine, avremo sei avvolgimenti ovvero tre coppie

polari.

Gli avvolgimenti statorici, collegati a stella o a triangolo, sono in

genere inglobati in resine che garantiscono un’ottima protezione

dall’acqua e dagli agenti atmosferici. Questi motori sono

frequentemente alimentati da inverter elettronici che possono

variare la velocità variando in modo coordinato la frequenza e la

tensione di alimentazione. L’uso di inverter permette di azionare il

motore anche a partire da una corrente continua.

Esistono due tipi di rotore:

a gabbia di scoiattolo

-

- avvolto

Il rotore a gabbia di scoiattolo si ha infilando nei canali altrettante

barre di rame, ciascuna delle quali riempie completamente un

canale. Le testate delle sbarre che sporgono dal pacco lamellare

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vengono direttamente collegate fra loro, da una parte e dall’altra,

mediante un grosso anello di rame. È la soluzione più robusta ed