Digital manufacturing

A

ovvero la rotazione fuori dall’asse dell’utensile,

che aumenta sensibilmente la grandezza della

cuspide. Per ognuno di ques: tre parametri si

può s:mare l’altezza della cuspide ( ) con la

&

formula riportata in figura. Di fa0o, in questo

caso, si altera la finitura superficiale del

componente lavorato. Per o0enere una finitura

superficiale migliore si suggerisce di u:lizzare una

fresa in metallo duro integrale (in quanto in tal

modo si va a ridurre il run-out dell’utensile),

u:lizzare mandrini ad elevata precisione, per lo

stesso mo:vo, ed u:lizzare uno sbalzo (distanza tra tagliente e afferraggio nel mandrino della

macchina) che sia il minore possibile, in modo da evitare vibrazioni o deflessioni degli utensili.

Fresatura di spallamenA su pareA molto so9li (thin deflecAng walls) :

3) Per questa :pologia si intende la lavorazione di

spallamen: che abbiano un rapporto

altezza/spessore rido0o (inferiore di 15:1),

moderato (inferiore di 30:1) o molto ampio

(maggiore di 30:1). In questo caso le strategie di

lavorazione variano in base all’altezza e spessore

delle pare:; il numero di passate è determinato

dalla profondità di taglio assiale. 57

Solitamente si u:lizza una strategia a zig-zag (come riportato nella

figura a lato): si lavora un lato della parete con passate non sovrapposte

e lo si ripete sul lato opposto, lasciando una certa tolleranza su

entrambi i la: in modo tale da generare un processo di finitura

successiva. Di fa0o si va ad implementare una rou:ne ad “albero di

natale” alternando le diverse passate. In questo caso si generano minori

forze di taglio.

Spianatura (face milling) :

La spianatura include al suo interno:

A) Spianatura generale (general face milling);

B) Fresatura ad eleva: avanzamen: (high-feed milling);

C) Spianatura pesante (heavy-duty face milling).

A) General face milling :

La spianatura è uno dei processi più u:lizza: nella fresatura e può essere eseguita u:lizzando una

vasta gamma di utensili. Solitamente le frese con angolo di registrazione di 45 gradi sono quelle più

u:lizzate, ma si u:lizzano anche frese con inser: rotondi o frese per spallamen: reB.

Angolo di registrazione:

É l’angolo tra il tagliente principale dell’inserto e la superficie del pezzo. Esso incide molto sullo

spessore del truciolo e sulle forze di taglio, quindi anche sulla durata dell’utensile.

Si u:lizzano angoli di registrazione di 90 gradi nel caso di spallamen: di 90

gradi alla base, mentre nel caso di angoli di registrazione inferiori (45 o 10

gradi), potrò u:lizzare tali utensili solo per andare ad eseguire lavorazioni di

spianatura. Quando si riduce l’angolo di registrazione si riduce lo spessore

del truciolo per un determinato avanzamento per dente; in tal modo si

aumentano anche gli avanzamen: della tavola durante la lavorazione. Nel

caso di angoli di 90 gradi la fresa (a 90 gradi) genera forze radiali nella

direzione di avanzamento, ciò significa che la superficie lavorata non è

esposta ad alcuna forza assiale elevata; in tal modo si favorisce la fresatura

di pezzi con stru0ura debole, parete soBle o fissaggi instabili. Nel caso di

angoli di 45 gradi la fresa è ada0a per operazioni di spianatura di :po

generale in quanto vi è un buon bilanciamento tra forze di taglio radiali ed

assiali. Inoltre, sono richieste anche minori potenze della macchina per

eseguire le lavorazioni necessarie. Le frese con angoli di 10 gradi vengono

u:lizzate nel caso di avanzamen: eleva: o su frese che prevedono strategie

a “tuffo”. In questo caso si generano trucioli molto soBli, che quindi 58

consentono di raggiungere degli avanzamen: per dente molto eleva: con piccole profondità di

taglio; Di fa0o lavoro con avanzamen: eleva: della tavola di movimentazione del pezzo, riducendo

sensibilmente i tempi di lavorazione, a fronte però di profondità di passata inferiori rispe0o ad una

fresa con angolo di registrazione di 90 o 45 gradi.

Di seguito alcuni suggerimen: nell’applicazione di tale :po di fresatura:

• Durante la fresatura, se possibile, si deve evitare di andare a creare degli ingressi e uscite

intermi0en: del tagliente, in modo da evitare la ro0ura dello stesso; si evita quindi di fresare

sulle interruzioni del pezzo. Nel caso questo non fosse possibile, si deve ridurre

l’avanzamento del 50% sull’area del pezzo contenente tali interruzioni, in modo tale da

mantenere trucioli soBli nel taglio;

• È sempre meglio u:lizzare una fresatura concorde per una bona formazione dei trucioli;

• È bene prevedere degli ingressi e uscite sul pezzo che siano di :po incrementale, evitando di

entrare dire0amente sul pezzo andando a “sba0ere” l’utensile sul pezzo stesso, ma

favorendo invece un suo ingresso graduale.

B) High-feed milling :

Viene uAlizzata per lavorare materiali come alluminio e ghisa, per i quali si possono uAlizzare

velocità di taglio superiori a 1000 m/min, o<enendo degli avanzamenA (feed) della tavola

molto elevaA. Per questo è anche chiamata lavorazione ad alta velocità (high speed

machining, HSM). È anche possibile svolgere spianatura con avanzamenA per dente molto

elevaA (fino a 4 mm per dente) quando si uAlizzano frese con bassi angoli di registrazione.

C) Heavy-duty face milling :

Tale applicazione include la sgrossatura di semilavora: forgia:, lavora: a caldo o di pezzi fusi.

Vengono rimosse grandi quan:tà di materiale generando elevate temperature ed eleva:ssime forze

di taglio. Vi sono quindi carichi eleva: sul tagliente principale ed un’usura angolare dovuta alle

scaglie abrasive quando la velocità di taglio si avvicina a zero. In tal caso è consigliato l’u:lizzo di

utensili con angoli di registrazione di 60 gradi, in modo tale da avere buone profondità di taglio, forze

di taglio costan: ed un effe0o di assoBgliamento del truciolo, che consente di u:lizzare elevate

velocità di avanzamento se comparato ad angoli di 90 gradi.

Profilatura (profile milling) : É una delle tecnologie più u:lizzate nella fresatura qualora si

vogliano o0enere delle forme complesse. Si u:lizzano delle

frese con inser: rotondi per andare a svolgere operazioni di

sgrossatura o semi-sgrossatura, mentre si u:lizzano frese a

candela con testa sferica per operazioni di finitura o

superfinitura. La profilatura comprende quindi l’u:lizzo di

frese mul:asse (a 3 o 5 assi) proprio per la realizzazione di

forme complesse. 59

Più grande è il componente e più complicata è la lavorazione da realizzare, più diventa importante la

pianificazione del processo. In par:colar modo nella profilatura si hanno diversi step di lavorazione:

Una sgrossatura (roughing), una semi-finitura (semi-finishing) ed una finitura (finishing). Nella

sgrossatura si u:lizzano anche in questo caso degli utensili sferici per mantenere pressoché costante

lo spessore del sovrametallo. Nella successiva operazione di semi-finitura si u:lizza un utensile

sferico per andare a lasciare una quan:tà di sovrametallo costante, che è la chiave per un successivo

buon processo di finitura. I diversi step (A=sgrossatura, B=semi-finitura, C=finitura in figura sono):

tuB e tre u:lizzano un utensile sferico. In

questo caso il sovrametallo costante viene

u:lizzato come criterio per avere una

produBvità elevata e regolare. Per raggiungere

la massima produBvità in queste operazioni è

importante ada0are le dimensioni della fresa

alle specifiche operazioni. Non è de0o che vi sia

un cambio utensile tra due operazioni con:gue.

L’Ideale è generare un sovrametallo

uniformemente distribuito sul pezzo in modo

tale da avere pochi cambiamen: nel carico e nella direzione di lavoro per ogni utensile u:lizzato.

Di seguito si riporta una tabella con vari utensili per i diversi processi di profilatura appena vis:, a

seconda delle cara0eris:che che si vogliono o0enere: 60

La finitura del pezzo lavorato dipende da:

• Dimensioni e :pologia di utensile;

• Passo radiale tra le diverse passate (overlap between toolpaths);

• Direzione di taglio (direc:on of cut), concorde o discorde.

La soluzione oBmale consiste nell’u:lizzare una direzione di taglio normale alla superficie da

lavorare, andando a generare dei percorsi utensile che seguano l’orientazione della superficie. Per

superfici free-form questo è molto difficile, ma u:lizzando dei soYware per la generazione di percorsi

utensile ciò è facilmente o0enibile andando a sfru0are le cara0eris:che geometriche del pezzo.

Quindi per superfici complesse, dove la normale alla stessa segue diverse direzioni punto per punto,

è importante generare percorsi utensile che seguano la superfice punto per punto proprio per

o0enere una finitura superficiale oBmale.

Ciò che è anche importante è garan:re un inserimento graduale dell’utensile all’interno del

componente da lavorare.

Nell’immagine sopra a sinistra si riporta l’esempio di un inserimento a tuffo nel pezzo con due diversi

livelli di lavorazione, con angolo di a0acco di 90 gradi; a destra si vede l’inserimento dell’utensile nel

pezzo mediante l’u:lizzo di una rampa inclinata di 5 gradi. Nel primo caso l’utensile entra in presa sul

pezzo in maniera completa, generando elevate forze di taglio in un brevissimo lasso di tempo,

proprio perché l’utensile entra tu0o in presa sul pezzo nello stesso istante di tempo. Nel secondo

caso, avendo un inserimento graduale dell’utensile nel pezzo, si generano delle forze di taglio non

così elevate. Il caso peggiore è quindi il primo, che di solito si cerca di evitare per le ragioni appena

discusse oltre che per non avere un’usura utensile precoce. Ciò che si fa di solito è andare a scegliere

in maniera opportuna lo step radiale dell’utensile (chiamato comunemente “AE”), ovvero non si ha

mai un AE pari esa0amente al diametro dell’utensile, ma si u:lizza al massimo una percentuale pari

al 95% di questo, appunto per non andare in presa con tu0o l’utensile nello stesso istante di tempo.

Quindi la rampa di ingresso è la strategia di ingaggio più u:lizzata qualora si voglia andare a realizzare

una tasca interna. Vi sono però altre :pologie di ingaggio utensile-pezzo da lavorare, come l’ingaggio

di :po tangenziale (lead IN/OUT). La rampa viene u:lizzata per operazioni di sgrossatura, quando

ancora abbiamo il blocco pieno di partenza. La strategia di ingaggio ad arco tangente invece si u:lizza

per andare a svolgere operazioni di finitura. In questo caso l’ingresso e l’uscita dell’utensile vengono

posiziona: nello stesso punto per evitare, ad esempio, di allungare il temp