Fresatura ad Asportazione di Truciolo: Tipi e Utilizzo

Le lavorazioni meccaniche di fresatura si realizzano per asportazione di truciolo tramite l’utilizzo di una fresa, per ottenere una vasta gamma di superfici. Con le lavorazioni di fresatura si possono produrre componenti meccanici mediante il moto rotatorio della fresa, che può avere più o meno taglienti, disposti in vari modi.

Per comprendere al meglio il significato di fresatura, inquadriamo questa lavorazione tra le varie operazioni che si possono eseguire sul legno. Questo particolare materiale consente di essere lavorato in diversi modi, dal taglio alla piallatura, dalla fresatura alla levigatura, dalla foratura fino alle diverse fasi finali di finitura. Le lavorazioni di fresatura permettono di sagomare il materiale in base alle proprie esigenze e necessità, rendendo il legno quindi più arrotondato, ad esempio rimuovendo gli spigoli, o profilandolo in un gran numero di forme, creando angoli, ribassi, incastri e guide. Grazie alle diverse fresature, è possibile ottenere superfici lavorate non solo funzionali, ma anche esteticamente decorate con un elevato grado di precisione.

La fresatura, per definizione, è un’operazione ad asportazione di truciolo con cui è possibile lavorare superfici piane. Questa operazione viene eseguita da un utensile multi-tagliente rotante chiamato fresa su una macchina utensile chiamata fresatrice. Il pezzo possiede il moto di alimentazione (avanzamento) e di appostamento, mentre il moto di taglio è fornito dalla fresa in rotazione. La fresa, ruotando, asporta trucioli dal pezzo che avanza contro di essa.

Le lavorazioni di fresatura comprendono la sgrossatura e la finitura. Il ciclo lavorativo della fresatura solitamente prevede innanzitutto una fase di sgrossatura, dove avviene un’asportazione rapida e superficiale del truciolo, che lascia un piccolo strato di sovrametallo, da trattare in seguito. La prima fase comporta la rimozione rapida di una grande quantità di materiale nel modo più veloce ed economico possibile. La fase di finitura permette di eliminare una minore quantità di metallo, ottenendo un prodotto che rispetta le dimensioni, le tolleranze e la rugosità superficiale del progetto.

Le lavorazioni meccaniche di fresatura vengono effettuate con la fresatrice, macchina utensile adibita proprio a questi lavori. Nella fresatrice è presente naturalmente anche la fresa: il mandrino imprime su quest’ultima il moto rotatorio che permette l’asportazione del truciolo. A seconda del tipo di macchina fresatrice è possibile effettuare le diverse lavorazioni.

Leggi anche: Fresatrice Elettrica: Guida Dettagliata

La fresatrice, ovvero la macchina utensile indicata per la fresatura, è adatta a lavorare superfici coniche, cilindriche, piane, elicoidali, cave e scanalature e può essere dotata di un solo mandrino o più mandrini, in quest’ultimo caso viene chiamata plurimandrino. Come abbiamo detto precedentemente, la fresa viene poi applicata a una fresatrice tramite un mandrino, in questo modo la fresa, ruotando intorno al proprio asse, mette in contatto successivamente e periodicamente i taglienti con il pezzo da trattare, asportando materiale sotto forma di trucioli discontinui.

Tipi di Fresatrici

In base a come viene montato il mandrino si possono distinguere fresatrici orizzontali e fresatrici verticali.

Le fresatrici sono macchine utensili per asportazione di truciolo, caratterizzate dall’utilizzo di utensili rotanti a taglienti multipli, chiamati appunto frese. Sono concepite per lavorare superfici piane, cilindriche, coniche, elicoidali, scanalature e incavi. Il moto di lavoro dell’utensile è sempre un movimento di rotazione intorno al proprio asse, mentre il pezzo ha un moto di traslazione o di rotazione combinato. La maggior parte delle fresatrici è dotata di un solo mandrino, ma ne esistono anche del tipo plurimandrino.

Le distinzione tradizionale delle fresatrici vede una classificazione tra:

• fresatrici orizzontali
• fresatrici verticali
• fresatrici speciali
• fresatrici automatiche
• fresatrici universali

Fresatrici Orizzontali

Denominate cosi’ chiamate perché hanno l’asse del mandrino orizzontale. La tavola porta pezzo, disposta sotto il mandrino, è equipaggiata con un moto di alimentazione trasversale e verticale.

Leggi anche: Consigli per la Piallatura del Legno

La struttura delle fresatrici orizzontali è simile a quella delle fresatrici verticali, sempre con basamento e montante verticale, ma in questo caso l’asse del mandrino è orizzontale. Dal montante sporge il mandrino a cui viene collegato l’albero portafrese per mezzo di un accoppiamento conico. Dall’altro lato, invece, l’albero porta-frese viene sostenuto da uno slittone superiore che ne evita l’eccessiva flessione durante la fresatura. Questa macchina manuale ha un campo di utilizzo abbastanza limitato e ristretto e viene usata principalmente per la spianatura di piastre e l’esecuzione di scanalature.

Fresatrici Verticali

Queste frese invece dispongono di un mandrino posizionato verticalmente. La tavola porta pezzo è dotata di moto di avanzamento e scorre su due slitte perpendicolari.

Le fresatrici verticali sono macchine utensili manuali in cui il mandrino è disposto verticalmente. Questa macchina utensile è costituita da un basamento inferiore su cui è connesso un montante verticale. All’estremità del montante è collegata la testa della macchina, inclinabile rispetto ad un asse orizzontale. Al di sotto della testa si trova la tavola portapezzo su cui si staffa il pezzo da lavorare, tipicamente serrato in una morsa. La tavola si muove nello spazio tramite delle guide a coda di rondine ed è connessa a una slitta. I tre assi sono movimentati da viti trapezoidali.

Fresatrici Speciali

Come il nome suggerisce vengono impiegate per lavorazioni particolari, come per esempio la realizzazione di chiavi e chiavette, intagli, scanalature e cavità in genere.

Fresatrici Universali

Sono dette fresatrici universali quelle che combinano le funzioni delle fresatrici orizzontali e di quelle verticali. Vengono utilizzate per la lavorazione di profili o superfici molto complesse.

Leggi anche: Fresatrice Bosch e Pinza da 1/4": Dettagli

La fresatrice universale è la diretta evoluzione della fresatrice ad asse orizzontale. In questa macchina manuale, la tavola è inclinabile a piacere per mezzo di una piattaforma girevole. Spesso questa fresatrice fa uso di un divisore sincronizzato con gli avanzamenti della tavola, il che permette di fresare forme elicoidali (molto utile per esempio nella lavorazione di ruote dentate elicoidali). Grazie alla possibilità di inclinare la tavola e grazie ai vari accessori di cui dispone, questa macchina esegue fresature complesse. La struttura di questa macchina utensile è simile a quella della fresatrice orizzontale, con il basamento che sostiene il montante e, superiormente, lo slittone su cui si può montare l’albero portafrese oppure collegare la testa verticale.

Fresatrici CNC (Controllo Numerico Computerizzato)

Le fresatrici a controllo numerico sono la versione automatica delle fresatrici manuali precedentemente menzionate. Le fresatrici CNC sono, normalmente, ad asse verticale e sono azionate da un controllo numerico che ne aziona gli assi. Grazie alle istruzioni contenute nel part-program, è possibile eseguire la stessa lavorazione in modo ripetitivo su grandi lotti, senza introdurre variabilità nel processo a causa del fattore umano. L’intervento dell’operatore è necessario per il cambio pezzo e, nel caso di fresatrici senza magazzino utensile, anche per eseguire manualmente il cambio utensile. L’operatore staziona davanti al pannello di controllo, da cui controlla e programma la macchina.

La macchina a controllo numerico computerizzato è una tecnologia elettronica/informatica che permette alla macchina di eseguire lavorazioni quasi completamente autonome con standard molto elevati di precisione e ripetibilità del processo. Nella fresatura CNC, l'operatore inserisce le istruzioni nel computer che controlla la macchina; queste istruzioni, chiamate codici G o codici NC, definiscono la geometria del pezzo lavorato e il percorso dello strumento come una griglia di punti facilmente elaborabili da un computer. A questo punto, la macchina lavora autonomamente e l'operatore si limita a monitorare la lavorazione, intervenendo in caso di guasti.

La fresatura è uno dei processi di lavorazione tipici eseguiti dai moderni centri di lavoro CNC. Questi sono macchine a controllo numerico che permettono di eseguire vari processi di lavorazione con un'unica configurazione su molteplici superfici dello stesso pezzo lavorato. Generalmente sono macchine con più assi di movimento e dotate di un magazzino utensili automatico con inserti che permettono, oltre alla fresatura, operazioni come foratura, alesatura, barenatura, tornitura e filettatura. A differenza delle fresatrici CNC a 3 assi, i centri di lavoro permettono anche di inclinare il mandrino su uno o più assi rotativi, o di combinare un asse di rotazione del mandrino con un asse di inclinazione del tavolo.

Tipologie di Fresatura

La lavorazione di fresatura si distingue inoltre in due tipologie: fresatura manuale, ottenuta grazie all’utilizzo di frese manuali portatili o da utilizzare su un banco, e fresatura a controllo numerico, ottenuta invece grazie all’uso di macchinari a controllo numerico su cui è montato l’utensile tagliente, cilindrico e a sezione circolare chiamato fresa; questi macchinari sono detti fresatrici CNC.

Esistono diversi tipi di fresatura, che si distinguono in base al movimento dell’utensile e del pezzo da lavorare, oltre che alla posizione dei taglienti sulla fresa stessa.

• Fresatura a ricircolo di truciolo: La caratteristica distintiva di questo tipo di fresatura è l'uso di un sistema a ricircolo di truciolo, che gestisce in modo efficiente i trucioli generati durante il processo di fresatura. Durante la fresatura tradizionale, i trucioli vengono solitamente rimossi dalla zona di lavoro in modo continuo attraverso il taglio. Nel caso della fresatura a ricircolo di truciolo, i trucioli vengono raccolti e riutilizzati. Questo processo offre diversi vantaggi, tra cui un miglior controllo della temperatura, una maggiore efficienza del raffreddamento, una gestione più efficiente dei materiali di scarto e una riduzione dei costi associati allo smaltimento dei rifiuti.
• Fresatura ad asportazione intermittente: Durante la fresatura ad asportazione intermittente il macchinario rimuove il materiale in modo discontinuo, alternando fasi di taglio a fasi in cui l'utensile da taglio non è a contatto con il materiale. Questo tipo di fresatura è spesso utilizzato per migliorare l'efficienza della lavorazione e per ottenere determinate caratteristiche di superficie sul pezzo lavorato. Questa tecnica garantisce una riduzione dell’usura degli utensili, un maggiore controllo della temperatura, il miglioramento delle superfici dei pezzi lavorati e una riduzione delle vibrazioni della macchina.
• Fresatura frontale: Durante la fresatura frontale, la lavorazione si verifica con l’asse di rotazione della fresa perpendicolare al piano della superficie da lavorare e il taglio si verifica negli angoli estremi della fresa. Questa tipologia di lavorazione viene utilizzata per tagliare le superfici piane nel pezzo da lavorare.
• Fresatura tangenziale: La fresatura tangenziale prevede che la lavorazione del materiale avvenga lungo una superficie tangente alla direzione di avanzamento dell’utensile; infatti, durante questo processo l'utensile si muove lungo il bordo del pezzo in modo che la sua traiettoria sia tangente alla superficie lavorata. Utilizzata per ottenere determinate caratteristiche di superficie, permette la lavorazione su superfici curve, inclinate o complesse o che richiedono dettagli di precisione.
• Fresatura combinata: Questo approccio consiste nell’utilizzare diverse tecniche di fresatura in un unico processo di lavorazione, facendo ricorso eventualmente anche a utensili diversi e angolazioni di vario taglio.
• Fresatura frontale: In questa tecnica, i taglienti della fresa sono disposti principalmente sulla parte terminale dell’utensile. Durante l’operazione, la fresa ruota attorno al proprio asse e avanza perpendicolarmente rispetto alla superficie del pezzo.
• Fresatura periferica: Nella fresatura periferica, i taglienti sono disposti lungo il bordo della fresa. La fresa avanza parallelamente alla superficie del pezzo, rimuovendo il materiale principalmente lungo il bordo.
• Fresatura inclinata: La fresatura inclinata è una variante della fresatura periferica in cui l’utensile è inclinato rispetto alla superficie del pezzo.
• Fresatura di profili: È una tecnica in cui la fresa segue un percorso predeterminato per creare forme tridimensionali complesse, come cavità, modelli e stampi.
• Fresatura di spianatura: Utilizzata per ottenere superfici piane e regolari, questa tecnica prevede l’uso di frese larghe e taglienti distribuiti lungo tutta la superficie dell’utensile.

Utensili Utilizzati: Le Frese

La fresa è inoltre caratterizzata da un passo, ovvero lo spazio tra i denti taglienti: a seconda del numero e della disposizione dei taglienti esistono varie tipologie di fresa. Il tagliente è lo strumento che, montato sulla fresatrice, permette la rimozione dei trucioli; è uno strumento cilindrico con una sezione circolare con denti affilati disposti lungo la circonferenza esterna. Lo spazio tra i denti affilati è il passo del tagliente.

Gli utensili utilizzati nella fresatura, le frese, sono disponibili in una vasta gamma di forme, dimensioni e materiali. La scelta dell’utensile giusto dipende dal tipo di materiale da lavorare, dalla forma del pezzo e dalle tolleranze richieste.

• Frese cilindriche: di piccolo spessore rispetto al diametro del cilindro, sono solitamente piuttosto lunghe, con le lame su tutta la lunghezza dello stelo fino all’attacco al mandrino. Hanno lame spiraliformi o elementi taglienti con sagome apposite. Fresa cilindrica: è uno degli utensili più comuni e viene utilizzato principalmente per la fresatura periferica.
• Frese a disco: caratterizzata da un corpo discoidale, è utilizzata per eseguire scanalature e tagli profondi nel materiale.
• Frese a candela: questo utensile è molto versatile e viene impiegato sia per la fresatura frontale che per quella periferica.
• Frese a inserti: le frese a inserti utilizzano taglienti intercambiabili, chiamati “inserti”. Questi inserti possono essere sostituiti una volta usurati, senza dover cambiare l’intero utensile.
• Frese troncoconiche: hanno diversi utilizzi, ma sono impiegate principalmente per le finiture.
• Frese sferiche: vengono usate per lavori di finitura, per eliminare i “gradini” lasciati nella fase di sgrossatura.
• Frese speciali: sono frese con forme e caratteristiche particolari, per effettuare lavorazioni specifiche.

Tommasin Utensili, può realizzare qualsiasi tipo di fresa standard o speciale a disegno.

Parametro	Descrizione
Avanzamento	Lo spazio di avanzamento della fresa dopo una singola rotazione. Esso dipende in particolare dalla geometria dei taglienti e dalla loro densità.
Velocità di taglio	Velocità della superficie da lavorare rispetto all’utensile durante il taglio.
Velocità di rotazione	Velocità di rotazione dell’utensile o del mandrino.
Velocità di avanzamento	Velocità del movimento della fresa rispetto al pezzo in lavorazione.
Profondità di taglio assiale	Profondità di avanzamento della fresa nel pezzo di lavorazione, secondo il proprio asse.
Profondità di taglio radiale	Profondità di avanzamento dell’utensile nella superficie in lavorazione, misurata lungo il suo raggio.

Parametri di Fresatura

Per ottenere una lavorazione ottimale, è essenziale regolare correttamente i parametri della fresatura.

• Velocità di taglio: è la velocità alla quale il tagliente della fresa attraversa il materiale del pezzo. È espressa in metri al minuto (m/min) ed è influenzata dal tipo di materiale della fresa e del pezzo da lavorare.
• Avanzamento: è la velocità con cui la fresa avanza attraverso il pezzo da lavorare. È espresso in millimetri per giro (mm/giro) o millimetri al minuto (mm/min). L’avanzamento è la quantità di materiale che l’utensile rimuove ad ogni giro o ad ogni passaggio.
• Profondità di taglio: rappresenta lo spessore del materiale asportato in un singolo passaggio dell’utensile. Maggiore è la profondità di taglio, più materiale viene rimosso, ma aumenta anche lo sforzo sull’utensile e sulla macchina.
  • ae : rappresenta la profondità di taglio radiale, cioè la distanza misurata in direzione perpendicolare alla superficie lavorata.
  • ap : rappresenta la profondità di taglio assiale, cioè la distanza lungo la direzione di avanzamento dell’utensile.

È importante considerare i materiali da lavorare:

• Acciaio: è uno dei materiali più comuni nella lavorazione meccanica. È disponibile in diverse varianti, da acciai dolci a quelli legati e temprati.
• Alluminio: è un materiale leggero e relativamente facile da fresare. Tuttavia, tende a formare trucioli lunghi e gommosi, che possono accumularsi sull’utensile.
• Ghisa: è un materiale duro e fragile, che produce trucioli corti e tende a causare un’elevata usura degli utensili.
• Materiali plastici e compositi: possono essere lavorati con tecniche di fresatura, ma richiedono utensili specifici e velocità di avanzamento più elevate rispetto ai metalli.

La tendenza attuale di uno stile eco-sostenibile coinvolge sempre di più le imprese nel loro modo di lavorare, unitamente all’attenzione per il rispetto degli operatori e la loro salute. Un prodotto come il METALUBE HS HW di Zep Italia può mitigare queste problematiche.

• ANTICORROSIVO: additivato con agenti anticorrosivi che garantiscono una buona protezione dei pezzi nei confronti della ruggine. Stabilizzato con biocidi non donatori di formaldeide.
• ANTISCHIUMA: la formazione di schiuma molto contenuta lo rende utilizzabile anche in sistemi ad alta pressione. Utilizzabile su ghisa e acciai anche legati. Ideale per tutte le operazioni di taglio con asportazione di truciolo di media gravosità.

Formulato con esteri biodegradabili. Esente da oli minerali. Non contiene composti clorurati, ammine secondarie, cessori di formaldeide e composti del boro. Ottima resistenza alla formazione di schiuma. Utilizzabile sia con acqua dura e dolce. Adatto a lavorazioni con pompe ad alta pressione in cui il fluido refrigerante è soggetto a forti sbattimenti ed insufflazioni di aria.

tags: #fresatrice #asportazione #truciolo