La fresatura è uno dei processi di lavorazione più comuni quando si desidera produrre pezzi complessi. La fresatrice CNC utilizza la tecnologia di lavorazione per asportazione di materiale, permettendo la creazione di parti di alta qualità con un elevato livello di dettaglio e finitura. Tra le varie configurazioni, la fresatrice di tipo ram si distingue per la sua particolare struttura e capacità.
Componenti Fondamentali di una Fresatrice
Le parti di una fresatrice CNC sono essenziali per il suo funzionamento preciso. Il pannello di controllo è la parte che supporta il computer, da cui vengono impartite le istruzioni. L’utensile da taglio è collegato alla colonna e serve a tagliare i pezzi esattamente come indicato dall’operatore. Si può dire che il mandrino è il motore della macchina, composto da un motore, un cono per fissare gli utensili e un asse che mantiene uniti tutti i componenti separatamente.
Un altro elemento fondamentale è il refrigerante, che aiuta a prolungare la vita dell’utensile e a migliorare la finitura superficiale dei pezzi lavorati. Infine, il tavolo è la piattaforma piana su cui si fissa il pezzo da lavorare tramite una morsa.
Lez 28 - Tecnologia Meccanica - Le Lavorazioni comuni delle Frese
Il Processo di Lavorazione CNC
Tutto inizia con la creazione di un file di progetto 3D CAD che rappresenta la parte finale, ovvero la sua forma. Dopo aver completato questa fase, il progetto può essere convertito in un formato leggibile dalla macchina. Il software CAM lo esporta nel programma della macchina CNC, solitamente nel formato G-code, che funge da istruzione, indirizzando ogni movimento della macchina.
Tipi di Fresatrici e Configurazioni degli Assi
Esistono diversi tipi di fresatrici con funzioni varie basate su determinati componenti. In realtà, il numero di assi determina la dimensione e la funzione che la macchina deve svolgere. Per rispondere alla domanda "Quanti tipi di fresatrici CNC esistono?", la maggior parte delle officine le raggruppa in base al numero di assi: 3 assi, 4 assi e 5 assi. All'interno di questi, si trovano varianti verticali e orizzontali e diversi stili di tavolo o testa.
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Fresatrici Verticali
Una fresatrice verticale ha un mandrino verticale. La tavola si muove in X-Y; Z proviene da un ginocchio o da una testa mobile.
- Una fresa a ginocchio/torretta (spesso chiamata torretta o Bridgeport) è flessibile e facile da usare per le officine, la manutenzione e la formazione.
- Un tipo a letto/colonna fissa il tavolo e sposta la testa, aggiungendo rigidità per i tagli più pesanti.
- Un VMC verticale CNC aggiunge il cambio utensile automatico, la tastatura e gli avanzamenti rapidi per la produzione.
Fresatrici Orizzontali
Una fresatrice orizzontale ha un mandrino orizzontale. Le frese sono montate su un perno. Questa configurazione è naturalmente robusta e consente di eliminare bene i trucioli. Le frese orizzontali sono spesso preferite per la fresatura di gruppi, in cui più frese lavorano diverse superfici contemporaneamente.
La Fresatrice di Tipo Ram
Una fresa a ram è dotata di un mandrino montato su una ram che può muoversi in avanti e indietro, il che aiuta a raggiungere elementi scomodi o a configurare casi speciali. La fresatrice plano è una macchina a portale di grandi dimensioni con un tavolo mobile. È destinata a pezzi molto grandi per i quali non è sufficiente una macchina a colonna e ginocchio.
Configurazioni degli Assi CNC
- Il CNC a 3 assi (X, Y, Z) gestisce la maggior parte dei pezzi prismatici, delle tasche e dei profili 2D. Una fresatrice verticale a 3 assi significa che il tavolo può muoversi in 2 direzioni: X e Y. Questo permette di posizionare il pezzo da lavorare rispetto all’utensile da taglio mantenendo costante la distanza. Per geometrie più semplici, si può utilizzare una fresatrice a 3 assi. Queste sono facili da programmare e utilizzare, ottenendo un'ottima precisione a costi contenuti. Le fresatrici CNC a 3 assi sono le più comuni e possono tagliare in verticale (asse Z) e nelle direzioni X e Y.
- L'asse 4 aggiunge una rotazione. È possibile indicizzare o eseguire una rotazione continua per i cilindri, i piani intorno agli alberi o semplici elementi elicoidali.
- Il 5 assi aggiunge l'inclinazione o una seconda rotazione. Le fresatrici a 5 assi comprendono la rotazione sia sugli assi X che Y. Ciò consente un migliore accesso a superfici complesse, utensili più corti e un minor numero di impostazioni.
Le macchine di tornitura e fresatura combinano la tornitura e la fresatura. Per gli alberi e i pezzi simmetrici con piani, fori e chiavette, questi ibridi possono finire i pezzi con una sola macchina.
La PAMA Speedmat RAM: Un Esempio di Eccellenza
Il punto focale della macchina PAMA Speedmat RAM è il ram, guidato all’interno della testa mediante pattini idrostatici. È dotato di un sistema di retroazione in tempo reale per compensare eventuali allungamenti causati da variazioni di temperatura. Questa soluzione garantisce la massima precisione e rigidità unite a un elevato smorzamento delle vibrazioni, proprio vicino a dove queste vengono generate.
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Le strutture della macchina PAMA Speedmat RAM sono state studiate con le moderne tecniche di analisi agli elementi finiti con l’obiettivo di ottimizzare le masse e garantire un’elevata rigidità statica e dinamica, oltre a una maggiore simmetria termica.
Configurazioni della Testa e Accessori
Per soddisfare al meglio le esigenze del cliente, la macchina può essere configurata scegliendo tra teste diverse:
- testa-ram W provvista di barra d’alesatura, a trasmissione meccanica;
- testa-ram WD provvista di barra d’alesatura, a trasmissione Direct Drive;
- testa-ram MD provvista di trascinatore, a trasmissione Direct Drive.
La barra d’alesatura (testa W e WD) è dotata di un sistema di retroazione per compensare eventuali allungamenti causati da variazioni di temperatura, un brevetto PAMA. Le tavole di fresatura, come da tradizione PAMA, sono equipaggiate di asse rotante idrostatico per garantire la massima rigidità e il massimo smorzamento in lavoro. Per soddisfare la crescente richiesta di lavorazioni multitasking, PAMA ha sviluppato una serie di tavole denominate TRT, che sfruttano l’esclusivo sistema idrostatico PAMA. La soluzione idrostatica assicura prestazioni di livello in tornitura e l’impareggiabile rigidezza delle tradizionali tavole PAMA in fresatura.
La versatilità della macchina PAMA Speedmat RAM può essere aumentata attraverso una vasta gamma di teste accessorie, possibilità di pallettizzare la tavola, nonché attraverso i sistemi automatici di cambio utensile e accessorio. Dal punto di vista del software, le macchine possono essere configurate scegliendo tra i CNC Siemens, Heidenhain e Fanuc.
Tipi di Operazioni di Fresatura
Quando si dice che la fresatura è un processo di lavorazione versatile, si intende che la stessa macchina utensile può eseguire molte operazioni di fresatura cambiando la fresa, il percorso utensile e l'impostazione. La scelta dell'operazione di fresatura appropriata è cruciale per ottenere i migliori risultati in modo efficiente.
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Operazioni Principali
- Fresatura frontale: L'asse del mandrino è perpendicolare alla superficie di lavoro e la fresa frontale esegue la maggior parte del taglio con i suoi denti finali. È il modo più veloce per rendere piatta e pulita una superficie.
- Periferica o fresatura di lastre: L'asse della fresa è parallelo alla superficie. La lavorazione avviene alla periferia di una fresa per lastre larghe.
- Fresatura finale: Utilizza una fresa a candela e può tagliare sia con l'estremità che con il lato dell'utensile. È la soluzione quotidiana per scanalature, tasche, profili 2D e superfici 3D.
- Fresatura di scanalature e cave per chiavette: Si trovano su alberi, mozzi, dispositivi e tavole di macchine. Su una fresa orizzontale, le frese laterali gestiscono scanalature profonde e strette con una guida solida su un perno. Su una VMC, le frese a candela possono fresare cave per chiavette e scanalature a T con un minor numero di impostazioni.
- Fresatura di profili, contorni e forme (2D/3D): La fresatura di profili o contorni segue un percorso 2D attorno a una forma. Con il CNC è possibile seguire anche curve 3D per stampi, matrici, pelli aerospaziali e parti medicali. La fresatura di forme utilizza frese con rilievi di forma per generare una forma in un solo passaggio.
Strategie Speciali
- Fresatura angolare: Utilizza frese a uno o due angoli per lavorare smussi e facce angolate.
- Fresatura elicoidale: Segue un'elica per ottenere scanalature filiformi o canali speciali.
- Fresatura di ingranaggi: Utilizza utensili di forma o metodi di indicizzazione per tagliare forme di denti su una fresa.
- HSM/HEM (fresatura ad alta velocità o ad alta efficienza): Utilizza un'elevata velocità superficiale, un basso impegno radiale e tagli assiali profondi. I vantaggi sono una temperatura costante, una maggiore durata dell'utensile da taglio e un forte MRR con meno stalli.
Vantaggi della Fresatura CNC
Con il controllo computerizzato, una fresatrice CNC può produrre una parte o un prodotto personalizzato di alta qualità e con finitura precisa. I principali vantaggi includono:
- Alta qualità e precisione nella produzione: La natura stessa della lavorazione CNC lascia poco spazio agli errori e garantisce un alto livello di precisione e accuratezza. Ciò avviene perché funziona con un programma gestito dal computer, introducendo progetti 3D sviluppati tramite CAD.
- Alta efficienza produttiva: Grazie alla fresatrice, si ottiene un alto livello di produzione grazie ai processi automatizzati. La fresatura CNC è una soluzione collaudata quando una parte deve essere prodotta in grandi quantità e ogni parte deve soddisfare gli stessi requisiti di qualità e finitura.
- Ripetibilità della produzione: Le fresatrici CNC sono progettate e costruite per tagliare l'oggetto lavorato con la massima precisione. Tutte le operazioni vengono eseguite tramite l'interfaccia della macchina.
Specifiche e Benchmark delle Prestazioni
Gli intervalli riportati di seguito sono tipici di molte macchine di medie dimensioni. Controllate sempre la scheda tecnica esatta del vostro modello e della vostra fresa. I numeri aiutano a pianificare.
Parametri di riferimento a livello operativo (numeri tipici):
- La fresatura frontale dell'acciaio ha spesso velocità di taglio vicine ai 100-300 m/min con il metallo duro. Un avanzamento per dente di circa 0,15-0,25 mm/dente è comune in molti esempi di officina per frese frontali di dimensioni moderate.
- Sulla base di ISO 10791-1, questi intervalli rappresentano valori tipici per fresatrici verticali di medie dimensioni in condizioni standard. Con una configurazione stabile, una moderna VMC può spingere l'MRR oltre i 500 cm³/min nelle passate di sgrossatura.
- Per l'HEM nell'alluminio, la ricetta è un'elevata velocità superficiale, un'azione radiale leggera (spesso ≤20% del diametro dell'utensile) e un impegno assiale profondo. Il risultato è un grande MRR con temperature stabili e una maggiore durata dell'utensile.
- Per la levigatura 3D con un naso a sfera, uno scarto vicino a 5-10% del diametro dell'utensile bilancia finitura e tempo.
Tabella Comparativa delle Fresatrici
Utilizzare la tabella sottostante come riferimento rapido. I valori effettivi variano a seconda della classe e del costruttore.
| Tipo di macchina | Classe dell'asse | Velocità massima tipica del mandrino | Dimensioni tipiche del tavolo | Pezzo massimo tipico | Le migliori applicazioni | Pro | Contro |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ginocchio verticale/torretta | Manuale/assistito da CNC | ~4.000 giri/min | ~1000 × 500 mm | ~500 kg | Lavoro generico, formazione | Flessibile, a basso costo | Rigidità inferiore, impostazioni manuali |
| Letto verticale / colonna | 3 assi | ~3.000 giri/min | ~1400 × 700 mm | ~1.000 kg | Tagli pesanti, piastre più grandi | Rigido, semplice | Ingombro maggiore |
| CNC VMC | 3 o 4 assi | ~8.000-12.000 giri/min (comune) | ~800 × 400 mm (varia) | ~300 kg (varia) | Produzione/parti prismatiche | Pronto per l'automazione | Caduta di trucioli limitata su tasche profonde |
| Orizzontale / HMC | Da 3 a 5 assi | ~3.500 giri/min | ~1200 × 600 mm | ~800 kg | Produzione multi-face | Evacuazione trucioli, pallet | Prezzo più alto, complessità |
Teste e Tavole di Fresatura Specializzate
Aziende come RAM S.r.l. sono specializzate nella produzione di teste di fresatura di ultima generazione, quali quelle universali, a forcella, ortogonali, assi rotanti e teste speciali tecnologicamente avanzate. Inoltre, RAM S.r.l. ha consolidato un elevato know-how anche nella produzione di tavole di fresatura e tornitura altamente performanti di varie dimensioni e tipologia.
In funzione del tipo di impianto sul quale verranno installate teste e tavole, siamo in grado di progettare soluzioni diversificate, garantendo manutenzione e assistenza garantite.
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