Tecnologia Meccanica

Tornio parallelo

Introduzione

Un tornio viene definito parallelo quando l'asse di rotazione naturale del mandrino (e del pezzo) risulta parallelo al suolo. Quando si deve eseguire la lavorazione di pezzi di grandi dimensioni si utilizza il tornio verticale, la cui geometria ci permette di scaricare al suolo più facilmente le forze dovute alla massa del pezzo, eliminando le flessioni dovute a queste ultime.

La maggior parte delle operazioni, durante una lavorazione al tornio, sono compito dell'operatore. Questo deve procedere, prima dell'effettiva lavorazione, a fissare il pezzo sull'autocentrante, montare gli attrezzi necessari e configurare la macchina. L'operatore prende tutte le informazioni necessarie dal foglio di ciclo/fase che gli viene fornito dall'ing. di produzione. Eseguite tutte queste operazioni, siamo in una condizione in cui la macchina porta il pezzo montato; ipotizziamo di aver messo anche l'utensile. Lo step successivo è la regolazione dei parametri di lavoro e l'appostamento dell'utensile vicino al pezzo tramite i comandi (leve e volantini) presenti sulla macchina. Fatto questo, l'operatore avvia la macchina. Questa è l'unica operazione in cui la macchina tradizionale fa qualcosa in maniera autonoma, spostando l'utensile e mettendo in rotazione il pezzo. Essa mette a disposizione forza e potenza, supportando il tutto con opportuna rigidezza. Durante la lavorazione, l'operatore continua a controllare che tutto vada in maniera corretta e arresta la lavorazione al momento opportuno. Esegue tutte le passate che servono per portare al termine la lavorazione. Fatto questo, allontana l'utensile, rimuove il pezzo e lo passa alla stazione successiva. In tutte queste operazioni, le macchine tradizionali entrano in gioco solo quando è necessario fornire la forza, la potenza e la rigidezza che l'operatore non sarebbe in grado di dare.

Parti fondamentali

Bancale

È la struttura di "base", orizzontale rispetto al suolo. Su di esso sono presenti le guide (sezione a trapezio o a coda di rondine) per permettere il movimento dei vari componenti grazie alla rispettive slitte. È realizzato in ghisa per due principali motivi: la ghisa presenta una buona rigidezza e, grazie alla sua struttura e la presenza di noduli di grafite, ha un'ottima capacità di smorzare internamente le vibrazioni, che consente di isolare la lavorazione rispetto al suolo e quindi aumentarne la precisione; la ghisa, allo stato fuso, ha un'ottima fruibilità e può essere tranquillamente colata in monoblocco, in seguito alla solidificazione si effettua un trattamento termico di distensione per eliminare le tensioni residue che si creano durante la fase di solidificazione, infine si procede a rettificare le guide.

Controtesta o toppo mobile

Si dice mobile perché, prima di iniziare la lavorazione, può essere spostata lungo le guide per essere portata in posizione ai fini della lavorazione. All'interno della controtesta troviamo il canotto, in cui possiamo andare ad alloggiare attrezzature di supporto (Es. contropunta) o utensili per la lavorazione dei fori. Il canotto può essere mosso parallelamente all'asse di rotazione del pezzo agendo sul volantino presente sul toppo mobile. Sono presenti slitte che, tramite le relative guide, permettono di muovere la controtesta in senso parallelo e perpendicolare all'asse di rotazione (per disassare il toppo mobile dal fisso). Le varie leve presenti servono a bloccare il toppo mobile nella posizione prestabilita. Inoltre, un ulteriore serraggio è dato dal sistema dado-lardone.

Testa motrice o toppo fisso

È una struttura cava perché all'interno del toppo è alloggiato il motore (unico) e la trasmissione, che trasmette il moto al mandrino (moto di taglio) e al carrello mobile (moto di alimentazione). Il moto al mandrino è trasferito con una cinghia e tre alberi, sui quali sono calettate più ruote dentate in modo da ottenere un cambio per variare la velocità in base alla lavorazione. Agendo sulle leve presenti sul toppo fisso andiamo a muovere i rispettivi alberi e cambiare il rapporto di trasmissione (solitamente abbiamo 8 velocità). L'asse del mandrino è cavo per permettere la lavorazione di pezzi di elevata lunghezza. Il moto di alimentazione viene "ricavato" dall'asse terziario del mandrino, trasmettendo opportunamente la rotazione agli elementi terminali. Questi elementi, posti parallelamente al bancale, sul lato dove è presente l'operatore, prendono il nome di vite madre e barra scanalata. Nella stessa posizione c'è anche un terzo elemento, che è fisso e non viene messo in rotazione ma serve per il serraggio del carrello mobile. La vite madre è utilizzata per tutte le operazioni di filettatura, per tutte le altre operazioni viene utilizzata la barra scanalata. L'operatore, tramite un'apposita leva, decide quale elemento utilizzare per trasmettere il moto di alimentazione. La trasmissione del moto dall'asse terziario all'elemento scelto viene ottenuta grazie alle diverse ruote dentate che vanno a costituire Il nostro sistema di cambio a testa di cavallo. È un sistema di regolazione abbastanza rigido, in cui per cambiare il rapporto di trasmissione bisogna spegnere la macchina, aprire il toppo fisso, staccare tutte le alimentazioni elettriche, smontare le ruote dentate e montarne altre. Tra quest'ultimo e la vite madre (o barra scanalata) abbiamo un cambio di tipo Norton, gestibile tramite leve.

Carro o carrello mobile

L'asse di rotazione del mandrino definisce l'asse Z, l'asse X è parallelo al suolo e punta verso l'operatore, l'asse Y è definito con la regola della mano destra. Nel tornio tradizionale, operiamo nel piano XZ. Questi spostamenti vengono ottenuti nella pratica andando a spostare diversi sistemi di guide e slitte, che sono posti in corrispondenza di una struttura poggiata sul bancale che prende il nome di carro. Il carro è in grado di muoversi in maniera manuale, utilizzando il volantino, oppure automatica, ricevendo il moto dalla vite madre o dalla barra scanalata. Il nostro utensile può essere spostato sempre sia in maniera manuale che automatica, in direzione trasversale (tramite un sistema a rocchetto e cremagliera) o lungo l'asse parallelo a Z. Sul carro è presente la piattaforma girevole ed è quella che utilizziamo per le torniture coniche, questa può essere mossa solo manualmente. Le operazioni di appostamento vengono effettuate in modo manuale dall'operatore, che, sfruttando superfici già lavorate, con l'aiuto del calibro, apposta l'utensile in modo opportuno. Quest'operazione non vale per le filettature, poiché è importante non perdere la relazione che si stabilisce a inizio lavorazione tra la rotazione, la posizione angolare del pezzo e la traslazione. Se così non fosse, riattaccando l'utensile al pezzo per una seconda passata, non lo si posiziona nel punto preciso in cui lo si è posizionato per la prima passata, facendogli quindi percorrere un'elica differente, rovinando la lavorazione. Questo è il motivo dell'utilizzo della vite madre per le lavorazioni di filettatura. Per trasmettere il moto dalla vite madre al carro è presente la chiocciola. Essa è una madrevite che, tramite un volantino, viene serrata sulla vite madre. Questo e gli altri cinematismi per trasmettere il moto al carro sono contenuti nel grembiale, che è la parte anteriore (lato operatore) del carro. Sempre sul carro, è presente la torretta porta-utensili, che dà la possibilità di fissare l'utensile in maniera molto rapida e semplice con buona accuratezza e in diverse posizioni.

Attrezzature

Le attrezzature sono strumenti che ci permettono di interfacciare il pezzo con la macchina. Una prima suddivisione può essere fatta tra attrezzature standard e speciali. Le prime sono tutte le attrezzature che normalmente si trovano sul mercato, le seconde sono quelle realizzate specificamente per particolari lavorazioni (si deve cercare sempre di utilizzare quanto più possibile attrezzature standard per questioni economiche). Le attrezzature svolgono 3 funzioni fondamentali:

• Riferimento: riferire un pezzo vuol dire sapere dove si trova all'interno del tornio, il tutto legato a coordinate X, Y, Z.
• Bloccaggio: bloccare un pezzo consiste nel non farlo muovere da una determinata posizione. Quando andiamo a mettere il pezzo in macchina, i concetti di riferimento e bloccaggio devono essere applicati simultaneamente. Il bloccaggio ci garantisce che durante la lavorazione il pezzo non perde la sua posizione di riferimento a causa delle forze in gioco.
• Appoggio: il concetto di appoggio è legato alla riduzione delle deformazioni dovute le forze di taglio. Grazie ad un attrezzo di appoggio, forniamo un vincolo che oppone alla forza di taglio un'opportuna reazione vincolare. Un'attrezzatura di appoggio non fa altro che sostenere ulteriormente il pezzo in modo tale che, durante la lavorazione, il pezzo subisca meno deformazioni possibili (Es. contropunta).

Nello spazio, il principio fisico su cui tipicamente ci andiamo a basare è il principio di posizionamento isostatico (principio dei sei punti). Ogni punto corrisponde ad un grado di libertà. Considerando un generico corpo continuo, se su quel corpo si identificano 6 punti indipendenti tra di loro e se ne fissa la posizione, la posizione dell'intero corpo sarà definita nello spazio (analogamente se fissiamo 5 punti avremo 1 GDL, se ne fissiamo 4 avremo 2 GDL).

Piattaforma autocentrante

La piattaforma autocentrante a tre griffe è l'attrezzatura standard più utilizzata in tornitura, sia per la funzione di riferimento che per la funzione di bloccaggio (svolge anche funzione di appoggio, ma solo in prossimità delle griffe). Questo elemento, oltre a materializzare delle superfici di contatto per 5 punti mediante il movimento sincrono delle tre griffe, poste a 120° l'una rispetto all'altra, esercita una certa pressione sulla superficie esterna del pezzo, mantenendolo in posizione di riferimento. Dei 5 punti di cui sopra citati, 3 sono sulla superficie di base del cilindro a contatto con le superfici piane delle griffe (punti 1-2-3), mentre gli altri 2 (punti 4-5) sono sulla superficie cilindrica esterna del pezzo. Questo attrezzo riesce, tramite il movimento sincrono delle griffe, a centrare il pezzo rispetto all'asse del mandrino (nonostante ciò, raramente l'asse reale coincide con l'asse teorico a causa della pressione di serraggio, della cilindricità non perfetta del pezzo, delle griffe che sono realizzate con una dentatura in acciaio temprato e quindi improntano sulla superficie). Per valutare la presenza e correggere eventuali eccentrici, l'operatore mette in lenta rotazione il pezzo e, utilizzando il comparatore, riesce ad individuarli, poi manualmente (botta a DX botta a SX cit.) corregge la posizione del pezzo. L'autocentrante può essere esterno (figura) o interno, può avere morsetti duri o teneri (torniti e rettificati, si usano per non lasciare "impronte" sul pezzo). Esiste anche la piattaforma a 4 griffe indipendenti che serve per il serraggio dei pezzi asimmetrici.

Sistema punta-contropunta

La punta si fissa nell'autocentrante (come se fosse il primo pezzo da bloccare), la contropunta all'interno della controtesta. Per fissare il pezzo con questo sistema, prima della lavorazione, in corrispondenza delle due estremità, dobbiamo realizzare, sempre al tornio, due inviti conici. Una volta che il pezzo viene fissato tra le punte, la trasmissione della rotazione può avvenire utilizzando diversi dispositivi. Uno di questi è la brida, con il disco menabrida. La brida si va a serrare sul pezzo, rendendola solidale a questo. Il disco menabrida, solidale al mandrino, possiede un elemento che permette di trasmettere il moto alla brida per interferenza. Questo è l'unico sistema utilizzabile per trasmettere il moto quando effettuiamo il disassamento del pezzo rispetto all'asse del mandrino (es. tornitura conica). I 5 punti necessari al riferimento sono individuati dal contatto tra invito conico e punta. Un'altra attrezzatura per trasmettere il moto, con il pezzo fissato tra le punte, è il trascinatore a denti frontali. Esso si monta sul mandrino al posto della punta, grazie ai tre denti posti a 120° tra loro, trasmette il moto di taglio. Questa attrezzatura trova impiego in meno lavorazioni rispetto alla brida, ma permette di lavorare il pezzo in tutta la sua lunghezza senza la necessità di smontare il pezzo e rimontarlo in una posizione diversa (che porta a una lavorazione meno precisa e ad un aumento dei tempi passivi). La scelta dell'attrezzatura è in funzione delle superfici che vogliamo ottenere.

Lunetta fissa/mobile

Assolve principalmente la funzione di appoggio, può essere chiusa o aperta. La lunetta fissa viene resa solidale al bancale tramite il sistema dado-lardone. La lunetta mobile viene bullonata direttamente al carro e quindi si sposta assieme all'utensile. Questo spostamento serve a garantire l'azione di sostegno del pezzo sempre in corrispondenza della zona di massimo carico. L'azione di sostegno è effettuata, in primo luogo, dai puntali che sono realizzati in materiale autolubrificante (es. ottone). Questi vengono regolati manualmente dall'operatore con l'ausilio del comparatore per garantire la coassialità tra pezzo e mandrino.

Spine di tornitura e pinze elastiche

Altri sistemi di serraggio sono le spine coniche, cilindriche o le pinze elastiche ad espansione. Le spine vengono utilizzate quando lavoriamo pezzi cavi, la finalità è accedere a diverse superfici contemporaneamente. Dunque, montando il pezzo su una spina, tutte le superfici diventano accessibili e lavorabili.

Scelta degli utensili

Una prima scelta (come per le attrezzature) deve essere fatta tra utensili standard e speciali (si utilizzano utensili standard quando è possibile). Ogni utensile ha uno specifico codice identificativo, che tiene conto di tutte le sue caratteristiche (es. forma, materiale, avanzamento ecc.). Questo viene riportato sul foglio di ciclo della specifica lavorazione. In generale, per la scelta dell'utensile si procede nel seguente ordine:

• Materiale: dipende dal materiale del pezzo e dalla lavorazione che si vuole effettuare.
• Angoli di profilo: Ψ e Ψ' (angoli del tagliente principale e del tagliente secondario) devono essere scelti in modo che l'utensile, durante la lavorazione, abbia sempre angoli di registrazione ≥ 3°.
• Forma dell'inserto: la scelta viene effettuata a partire dagli angoli del profilo ammissibili e dalle forme disponibili a catalogo, seguendo il principio della massima robustezza dell'utensile (β max).
• Geometria dell'inserto: ci si basa sulle informazioni che ci dà il fornitore, in particolare sui diagrammi di stabilità. Questi ci dicono per quali parametri di lavorazione un inserto è in grado di destabilizzare il truciolo.
• Dimensioni dell'inserto: dipende dalla massima profondità di passata e dall'eventuale presenza di collisioni con altre superfici del pezzo.
• Raggio di raccordo: se si tratta di una lavorazione di finitura, la scelta viene fatta in funzione della rugosità desiderata. Se invece la lavorazione è di sgrossatura, si sceglie il valore massimo disponibile a catalogo, per ragioni di resistenza meccanica della punta.
• Scelta del portautensile: deve essere compatibile con l'inserto scelto, oltre a garantire che gli angoli Ψ e Ψ' non superino i valori massimi ammissibili. Inoltre, la sezione resistente del porta-inserti deve essere compatibile con la lavorazione.

Fresatura

Introduzione

La fresatura è estremamente diffusa in ambito industriale poiché permette di ottenere superfici e forme di elevata complessità. Nel caso della tornitura abbiamo un forte vincolo dal punto di vista delle geometrie ottenibili, legato al fatto che il pezzo, ricevendo il moto di taglio ed essendo messo in rotazione, consente la realizzazione di forme assialsimmetriche. Nel caso della fresatura, essendo il moto di taglio non più conferito al pezzo ma all'utensile, quel vincolo fondamentale viene meno e di conseguenza si è in grado di realizzare superfici estremamente complesse sfruttando il movimento relativo opportuno tra utensile e pezzo (es. sedi per chiavette o linguette).

Nella fresatura, il moto di taglio (rotatorio) è sempre fornito all'utensile, che prende il nome di fresa. Essa viene posta in rotazione intorno al proprio asse. La velocità di taglio, a differenza della tornitura, dipenderà dal diametro esterno della fresa. Dunque, fissati i giri (n) della fresa, la velocità di taglio non cambierà (nella tornitura cambia in base alla quota diametrale al quale ci si riferisce), a meno di piccole variazioni dovute a fenomeni di usura, che fanno arretrare il tagliente, a cui corrisponderà una piccola variazione (trascurabile). Gli altri due moti, il moto di alimentazione e il moto di appostamento, a seconda della soluzione costruttiva della macchina e dell'asse, possono essere conferiti al pezzo o all'utensile. Al moto di alimentazione associamo il parametro avanzamento. Rispetto alla tornitura, in fresatura gli utensili sono pluritaglienti, dunque il termine avanzamento è attribuito a tutto il corpo dell'utensile e indica di quanto si sposta la fresa per ogni rivoluzione completa. Questo avanzamento può essere poi ripartito per ogni singolo dente, in questo caso si parla di avanzamento per dente (indicato con) e lo stimiamo come rapporto tra avanzamento dell'utensile e numero di denti.