La fresatura meccanica è una procedura di rimozione del truciolo utilizzata per produrre una vasta gamma di superfici mediante il movimento rotatorio di uno strumento a più taglienti, utilizzato per creare parti precise e complesse. 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.
La fresatrice è la macchina utensile usata per la fresatura meccanica; nella sua forma base, è composta dai seguenti elementi: una base, il tavolo dove viene fissato il pezzo da lavorare, una colonna che alloggia il mandrino azionato da un motore elettrico. Il mandrino conferisce al dispositivo di fresatura, il tagliente, il movimento rotatorio che gli permette di rimuovere i trucioli. Le fresatrici possono essere classificate in due grandi gruppi a seconda dell'orientamento dello strumento; pertanto, esistono fresatrici orizzontali e fresatrici verticali. 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.
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. La fresatura può essere utilizzata in molteplici circostanze per numerose operazioni tra cui la fresatura di estremità, la fresatura a smusso e la pianificazione delle superfici. Può essere utilizzata anche in alternativa alla foratura, alesatura, svasatura e filettatura per realizzare fori ciechi, fori passanti, filettature, cavità e una varietà di superfici.
Lubrificazione e Manutenzione della Testa della Fresatrice
Una corretta lubrificazione è fondamentale per il funzionamento ottimale e la longevità della testa della fresatrice. Durante la fase di restauro, si è notato che il grasso rimanente era attaccato alle pareti della testa, lasciando di fatto il cuscinetto conico e gli ingranaggi a secco e mai sarebbe arrivato inoltre a lubrificare i cuscinetti superiori che infatti erano massacrati. Alcuni preferiscono utilizzare grasso specifico, specialmente se si rimette il feltro. In alternativa, si può optare per un olio, come il Mobil DTE M. 68, riempiendo fino al livello della spia presente sulla testa.
L'utilizzo di un o-ring di adeguata sezione e misura in sostituzione del feltro può prevenire perdite. È dal 2008 che si va avanti così e mai ci sono state perdite, qualche leggera sporadica goccia solo in caso di uso prolungato della fresatrice ovvero 4/5 ore consecutive a volte anche per giornate intere. Comunque montare un o-ring al posto del feltro non è complicato ma richiede il calcolo esatto delle sue dimensioni e in particolare della sezione. In caso di testa inclinata, l'olio uscirà dalla testa se non adeguatamente sigillata. La testa deve essere a tenuta e fuoriesce solo l'albero e relativo ingranaggio che va a ingranarsi con l'altro proveniente dal cambio. La testa potrebbe essere aperta dietro, dove si ingrana sull'albero orizzontale, con botole ovali per la lubrificazione.
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La macchina non so se tiene pompa per lubrificare oppure si lubrifica per rotazione ingranaggi che fanno schizzare olio dappertutto. Si sa solo che ci sono 2 spioncini trasparenti, uno sulla parte più bassa con affianco il livello segnato che deve avere l'olio e il secondo circa 30 cm più alto, che quando l'asse mandrino gira, si vede che l'olio viene proiettato su di esso. Un olio cambio 75w90 è un'alternativa considerata da alcuni.
Frequenza di Sostituzione dei Lubrificanti
La raccomandazione di sostituire il grasso nella testa dopo circa 10000 ore di utilizzo è spesso discussa. Riguardo poi alle 10.000 ore, corrispondono a 1250 giorni lavorativi ad 8 ore al giorno, il che significa un tempo di circa 3 anni e mezzo. Se si considera l'uso che ne può fare un hobbista, anche se evoluto, stiamo parlando di una vita o quasi. Per i professionisti, 10000 ore corrispondevano a circa a 5-6 anni di utilizzo della macchina. Alcuni preferiscono seguire una scuola di pensiero che consiglia la totale sostituzione del grasso durante il periodo di manutenzione, non la sola aggiunta di quello eventualmente mancante, prima per via dell'invecchiamento.
Il metallo che si stacca dagli ingranaggi della coppia conica può finire nei cuscinetti. È consigliabile un grasso dello stesso tipo sia per i cuscinetti che per la coppia conica. Ad esempio, Aciera F3 è lubrificato con ISOFLEX NBU 15 della Klüber. Alcuni optano per un grasso più economico, ma è importante considerare la qualità. Altri suggeriscono di "lavorare" almeno una decina d'anni fra una sostituzione del grasso dei cuscinetti e l'altra.
Verifica dell'Allineamento e Staffaggio dei Pezzi
La precisione della lavorazione su una fresatrice è strettamente legata all'allineamento della testa e alla corretta staffatura del pezzo. Per allineare la testa e controllare la precisione, si può montare un comparatore. Sull'asse X, un errore di 2 centesimi può essere corretto aggiustando l'inclinazione della testa. Tuttavia, l'asse Z (la mensola) potrebbe non essere inclinabile, rendendo più complessa la correzione di problemi in quella direzione.
Un problema di allineamento può dipendere da vari fattori. È fondamentale controllare che il pezzo sia staffato in squadro, per escludere flessioni nel piazzamento del pezzo. Questo può sembrare scontato, ma molte volte errori grossolani dipendono da questo punto. Se si legge un errore elevato di allineamento tra la linea mandrino e la sua ortogonalità rispetto all'asse Y, ci si chiede se sia la testa non allineata. Potrebbe essere che la tavola non sia ortogonale all'asse Z per mille altri motivi. Per escludere questo, si può piazzare un comparatore verticalmente sulla tavola e correre avanti e indietro con la Y; dovrebbe rimanere fermo. Se si muove, si ha un problema sull'asse X (una delle due guide un poco più consumata, il lardone che solleva un poco da un lato oppure, banalmente, una leggera ammaccatura su una guida che solleva leggermente la tavola da una parte).
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Controllo e Preparazione del Pezzo
I pezzi fresati devono essere controllati attentamente. È importante verificare che la ganascia fissa della morsa sia perfettamente ortogonale e che rimanga ortogonale anche quando si serra il pezzo, o se si generano flessioni. Dopo aver piazzato la morsa in macchina e averla staffata, si controlla l'ortogonalità della ganascia fissa. Se tutto va bene, si appoggia un comparatore posteriormente alla ganascia fissa, dopodiché si serra il pezzo fra le ganasce e si osserva se il comparatore rileva flessioni. Le morse, quando stringono, sviluppano forze notevoli che possono creare flessioni. Smontare la testa e controllare che tutti i piani di accoppiamento siano perfetti e privi di qualsiasi bozzo è un altro passo importante.
La ganascia fissa dovrebbe essere in linea con le guide della Z della fresatrice. Il cannotto, se fisso, potrebbe indicare un asse mandrino non allineato come causa più probabile, mentre il piano di lavoro è ortogonale con le guide verticali. Non serve un tondino rettificato nella ganascia mobile, ma basta un banalissimo tondo, che serve per far toccare solo su una linea e non su tutto un piano. Se le facce che si vanno a stringere in morsa non sono piane e parallele, ogni discorso di allineamento va a cadere. Questo è stato un problema riscontrato con un pezzo in K100, dove le facce sembravano piane ma non lo erano, presentando una gobba al centro che causava un piazzamento errato.
Precisione nelle Lavorazioni Meccaniche: Errori Comuni e Loro Correzioni
Molte delle sfide relative alla precisione riscontrate nella rettifica, come il lobing o il chattering, trovano analogie nei problemi di finitura e tolleranza nella fresatura. Comprendere queste problematiche e le loro soluzioni è fondamentale per qualsiasi operazione di asportazione di truciolo.
Lobing e Cause Correlate
Quando i pezzi rettificati non sono perfettamente rotondi, sembra che abbiano "lobi" (spesso dispari, come i lobi 3, 5 e 7). Questo deriva da una geometria errata nell'impostazione della rettifica. L'altezza centrale non corretta è il principale responsabile; il rapporto tra l'asse del pezzo e le linee centrali delle mole di rettifica e di regolazione determina l'azione di arrotondamento. Se il centro del pezzo è troppo alto, può portare alla generazione di lobi. Al contrario, mentre abbassare l'altezza del centro spesso aiuta, impostarlo troppo basso può causare problemi.
Un'eccessiva spinta assiale (alimentazione) può portare a una rotazione non uniforme del pezzo contro la mola di regolazione, causando una rettifica irregolare e una lobatura. Riducendo l'angolo di inclinazione della mola di regolazione (ad esempio, a 0,5° o addirittura a 0,25°) si può ridurre questa spinta. Lo sbilanciamento della mola crea vibrazioni in tutta la macchina, interrompendo il contatto regolare necessario per un arrotondamento perfetto e potenzialmente inducendo modelli di lobatura. La soluzione è regolare con cura l'altezza del centro del pezzo (spesso leggermente al di sopra delle linee centrali delle ruote, ma attenersi alle linee guida della macchina). Per l'alimentazione, ridurre l'inclinazione della mola se si sospetta una spinta assiale e controllare l'allineamento del supporto della lama.
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Chattering (Vibrazioni) e Rimedi
Le brutte increspature o onde uniformemente distanziate sulla superficie dei pezzi rettificati sono sintomi di chattering, essenzialmente una firma di vibrazione impressa sul pezzo da lavorare. Individuare la fonte di tale vibrazione è fondamentale. Lo sbilanciamento della mola è una delle principali fonti di vibrazioni del sistema, che si traducono direttamente in segni di vibrazione sulla superficie del pezzo. Anche un'altezza centrale del pezzo non corretta può creare instabilità, facendo sì che il pezzo rimbalzi o salti durante la rettifica, e questo contatto incoerente crea il chattering.
Una mola opaca o smaltata smette di tagliare in modo efficiente e inizia a sfregare o a saltare, generando vibrazioni. Una corretta ravvivatura è necessaria per esporre i grani affilati e rompere lo smalto. Se il pezzo ruota troppo velocemente, la mola potrebbe non avere il tempo sufficiente per tagliare efficacemente il materiale senza problemi, causando potenzialmente instabilità e vibrazioni.
Common mechanical causes of CNC failure | CNC machine mechanical maintenance
Conicità e Sagomatura a Barile
Se i pezzi sono sempre più piccoli da un lato rispetto all'altro, si ha conicità. Per ottenere una perfetta cilindricità è necessario un allineamento preciso in tutta la zona di rettifica. L'allineamento della piastra di guida è cruciale, specialmente nella rettifica a passaggio. Se il percorso della mola diamantata non è perfettamente parallelo all'asse della mola di regolazione durante la ravvivatura, si crea una conicità sulla mola stessa, che viene trasferita direttamente al pezzo. Anche un'usura significativa o irregolare della superficie della mola o della mola di regolazione può indurre la conicità nel tempo.
La sagomatura del barile (parti convesse), dove i pezzi sono più spessi al centro e più sottili alle estremità, è tipicamente causata dall'inclinazione delle piastre di guida anteriori e posteriori. Se entrambe le piastre di guida anteriori e posteriori sono leggermente inclinate verso la mola (stringendo la traiettoria al centro rispetto alle estremità), le estremità del pezzo riceveranno una quantità di materiale leggermente superiore o tempo, causando un rimpicciolimento delle guide rispetto al centro. Se l'operazione di ravvivatura crea accidentalmente una forma concava ("tamburo a vita" o cavo) sulla faccia della mola, questa forma verrà impressa al pezzo, con i punti alti della mola concava che macineranno le estremità del pezzo più del centro, dando luogo a un pezzo convesso.
Soluzioni e Prodotti per la Manutenzione
Un prodotto come il METALUBE HS HW di Zep Italia può mitigare le problematiche legate all'usura e alla corrosione. Questo è additivato con agenti anticorrosivi che garantiscono una buona protezione dei pezzi nei confronti della ruggine ed è stabilizzato con biocidi non donatori di formaldeide. La formazione di schiuma molto contenuta lo rende utilizzabile anche in sistemi ad alta pressione. È utilizzabile su ghisa e acciai anche legati, ed è ideale per tutte le operazioni di taglio con asportazione di truciolo di media gravosità.
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. Prodotti formulati con esteri biodegradabili, esenti da oli minerali, che non contengono composti clorurati, ammine secondarie, cessori di formaldeide e composti del boro, sono preferibili. Un'ottima resistenza alla formazione di schiuma è un vantaggio. Possono essere utilizzabili sia con acqua dura e dolce, e sono adatti a lavorazioni con pompe ad alta pressione in cui il fluido refrigerante è soggetto a forti sbattimenti ed insufflazioni di aria.
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