Funzionamento e Descrizione del Movimento Longitudinale nelle Fresatrici

La fresatura meccanica è una lavorazione per asportazione di truciolo con cui si ottiene una vasta gamma di superfici. Viene effettuata mediante utensili, detti frese, montate su macchine utensili chiamate fresatrici. Il meccanismo di lavorazione richiede una contemporanea rotazione dell’utensile e traslazione del pezzo: i taglienti della fresa, ruotando, asportano metallo dal pezzo quando questo viene a trovarsi in interferenza con la fresa a causa della traslazione del banco su cui il pezzo è ancorato.

La fresatura può essere utilizzata per svariate operazioni, tra le quali la fresatura di estremità, la fresatura a smusso e la spianatura di superfici. Quindi è impiegata per la creazione di forme non simmetriche e/o molto complesse, come fori, fessure, tasche, scanalature o profili tridimensionali. È ideale per la produzione di lotti di quantità limitata e prototipi progettati su misura. Questo processo è reso possibile da macchine complesse e precise.

La Fresatrice: Componenti Fondamentali e Classificazione

La fresatrice è la macchina utensile adibita alla fresatura meccanica; è costituita da un basamento, cioè la tavola dove viene fissato il pezzo da fresare, e un montante, sul quale è alloggiato il mandrino che viene azionato da un motore elettrico. Il mandrino imprime all’utensile di fresatura, la fresa, il moto rotatorio che le consente di asportare il truciolo. 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. Le fresatrici sono macchine strutturalmente molto solide, perché devono assorbire le notevoli vibrazioni generate dalla testa motorizzata senza permettere a questa di oscillare o scuotersi. La maggior parte delle fresatrici è dotata di un solo mandrino, ma ne esistono anche del tipo plurimandrino.

Classificazione delle Fresatrici

La distinzione tradizionale delle fresatrici vede una classificazione tra fresatrici orizzontali, fresatrici verticali, fresatrici speciali, fresatrici automatiche e fresatrici universali. Analizziamo le principali categorie e come queste influenzano il movimento longitudinale.

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Fresatrici Orizzontali

• Sono così 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.
• La fresatrice orizzontale ha sempre un pianale X-Y, ma il gruppo di taglio è montato su una guida laterale; per struttura somigliano vagamente a delle seghe circolari di grosse dimensioni.
• Sono usate principalmente per spianare blocchi di materiale o per realizzare fessure, incavi e tasche continue.
• Possono essere installate in catena per realizzare sistemi di produzione complessi.

Fresatrici Verticali

• Queste frese dispongono di un mandrino posizionato verticalmente.
• La tavola porta pezzo è dotata di moto di avanzamento e scorre su due slitte perpendicolari.
• In questo tipo di macchine, il mandrino è orientato perpendicolare al tavolo, ideale per facilitare la lavorazione a gradini o sfalsata per creare pezzi diversi in modo meccanizzato, realizzando scanalature diritte, scanalature sagomate o cavità.
• La fresatrice verticale è utilizzata per la lavorazione di superfici piane, per realizzare scanalature, filetti, ruote dentate, mortase o decorazioni.
• La fresatrice verticale a banco fisso è composta da un unico pezzo, il banco, cui sopporta il tavolo di lavoro si muove in perpendicolare in relazione al mandrino, che si muove parallelo alla propria asse.
• Per quanto riguarda la fresatrice verticale a torretta, la sua caratteristica più interessante è che il mandrino non si muove durante il taglio o la lavorazione del pezzo.
• La fresatrice verticale è eccellente per raggiungere una buona precisione, uniformità e qualità nei prodotti prodotti.
• La sua semplicità permette di cambiare i progetti o modelli in maniera flessibile in un periodo di tempo molto breve, consentendo di soddisfare velocemente gli ordini urgenti.
• La fresatrice verticale è uno degli strumenti più affascinanti e adatti per coloro che sono appassionati di manifattura, lavorazione e trasformazione dei metalli e delle loro caratteristiche.

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.
• La fresatrice universale è una macchina utensile molto diffusa e ha sostituito quasi completamente le fresatrici orizzontali.
• Le fresatrici universali sono la naturale evoluzione delle fresatrici orizzontali, che, invece, risultano oggi meno diffuse rispetto a un tempo.
• Permettono maggiore libertà nella lavorazione grazie a un numero maggiore di assi controllabili a disposizione: in particolare, la tavola portapezzo può ruotare secondo un asse verticale grazie a una piastra tra tavola portapezzo e carrello.

Le fresatrici universali includono componenti aggiuntivi che ne amplificano le capacità di movimento:

• Divisore: Un organo essenziale che fornisce al pezzo anche il moto di rotazione.
• Testa motrice verticale orientabile: La rende simile a una fresatrice verticale, permettendo l'orientamento secondo diversi assi per eseguire molteplici fresature su angoli generici.
• Testa stozzatrice: Per eseguire delle scanalature e cave per linguette in mozzi.
• Tavola rotante: Permette di portare in lenta rotazione continua il pezzo a 360°.
• Testa di lavorazione per cremagliere: Presenta un asse orizzontale allineato alla tavola e che avanza longitudinalmente con moto intermittente.
• Piattaforma girevole: Una fondamentale caratteristica che permette alla tavola di cambiare angolazione sul piano.
• Testa motrice: Offre la possibilità di intercambiare, a propria scelta, l’albero portafresa orizzontale anche con una testa orientabile verticale su cui si possono collegare utensili a sbalzo.

Di seguito una tabella riassuntiva delle principali tipologie di fresatrici:

Tipo di Fresatrice	Orientamento Mandrino	Moto Tavola / Pezzo	Utilizzi Principali
Orizzontale	Orizzontale	Moto di alimentazione trasversale e verticale (su pianale X-Y)	Spianatura blocchi, fessure, incavi, tasche continue
Verticale	Verticale	Moto di avanzamento su due slitte perpendicolari (banco fisso)	Lavorazione a gradini, scanalature, filetti, ruote dentate, superfici piane
Universale	Orizzontale e/o Verticale orientabile	Combinato: traslazione su più assi, rotazione del pezzo (con divisore/tavola rotante)	Profili o superfici molto complesse, lavorazioni elicoidali

Il Movimento Longitudinale e i Parametri di Lavorazione

Il movimento longitudinale è un aspetto fondamentale per la precisione e l'efficacia della fresatura. Si riferisce al moto di traslazione del pezzo lungo un asse principale, tipicamente l'asse X, permettendo all'utensile di tagliare una linea o una superficie estesa. Ad esempio, nelle fresatrici universali, il movimento longitudinale della slitta può essere sincronizzato correttamente con lo spostamento angolare del divisore per eseguire fresature elicoidali. Questo moto è strettamente legato ai parametri di lavorazione.

Nodo cruciale nel processo di fresatura è stabilire i parametri di lavorazione:

• Avanzamento: È la distanza di avanzamento della fresa (o del pezzo) durante ogni singola rotazione dell’utensile.
• Velocità di avanzamento: È la velocità del movimento della fresa rispetto al pezzo in lavorazione.
• Profondità di taglio assiale: È la profondità di lavoro della fresa nel pezzo di lavorazione secondo il proprio asse.
• Profondità di taglio radiale: È la profondità dell’utensile, misurata lungo il suo raggio, nella superficie in lavorazione mentre esegue il taglio.

In generale, maggiore è la profondità di taglio minore dovrà essere la velocità di avanzamento. Il rapporto tra il movimento dell'utensile e quello del pezzo definisce anche la modalità di fresatura.

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Tipi di Fresatura in base al Moto di Avanzamento

• La fresatura concorde è quella in cui il moto di rotazione della fresa procede nella stessa direzione del moto di avanzamento lineare del pezzo.
• Nella fresatura discorde, invece, avviene il contrario: pezzo e fresa procedono in direzione opposta.

Utensili di Fresatura: Le Frese

La fresa è l’utensile che permette l’asportazione del truciolo; ha una forma cilindrica a sezione circolare con denti taglienti disposti lungo la circonferenza esterna. Lo spazio tra i denti taglienti è il passo della fresa. A seconda del numero e della disposizione dei taglienti si caratterizzano varie tipologie di fresa da impiegarsi in diversi tipi di lavorazione. In linea di massima, maggiore è il numero di denti migliore è il grado di finitura apportato al pezzo in lavorazione. Durante l’operazione di sgrossatura, i taglienti subiscono variazioni di temperatura considerevoli e ciò, a lungo andare, provoca microfessure e una riduzione della loro durata.

Le fresatrici possono montare frese e punte che comprendono il gambo d'attacco al mandrino e i taglienti su un monoblocco (integrale) o di tipo "a inserti", che prevedono l'inserimento di blocchetti taglienti in materiale tecnoceramico o widia o acciaio super rapido (HSS).

Tipi Specifici di Frese

• Le frese diritte sono solitamente piuttosto lunghe, con le lame che corrono lungo tutta la lunghezza dello stelo fino all'attacco al mandrino. Portano lame spiraliformi o elementi taglienti con sagome apposite, eventualmente anche questi montati a spirale ma leggermente sormontati.
• La fresa sferica è usata per lavori di finitura, serve ad eliminare i "gradini" dei passaggi delle frese di grosse dimensioni usate nella sgrossatura. Se si effettuano passate molto ravvicinate la superficie risultante è uniforme, altrimenti possono essere visibili delle piccole "onde".
• Esistono frese con diverse forme particolari, utilizzate per lavorazioni specifiche. Le più usate sono quelle per fare il raggio, smusso, giunzione a coda di rondine o qualche profilo in particolare (bordo di porte, cornici quadri, corrimano ecc.).
• Per specifiche applicazioni, si usa una fresa chiamata Lamello (simile ad una lama circolare, di solito ha diametro 100 e non tanti denti, 6-8), o frese che si possono chiamare anche punte foratrici per spinatrici; di solito sono da diametro 8 mm.

Alcune frese, come le diritte, presentano un rivestimento protettivo che serve per far scorrere meglio la fresa e non farci attaccare residui di colla, legno o qualche altra sostanza. La forma del truciolo dipende dal tipo di materiale lavorato e dall'utensile utilizzato.

Lavorazione del Legno con Fresatrici

Per fresare il legno, bisogna innanzitutto scegliere la fresa adatta al tipo di lavoro che si vuole fare: esistono fresatrici per tagliare, per sagomare, per incassare, per intagliare, per rifilare, per smussare, per scanalare e per decorare il legno. Ogni fresa, infatti, ha una forma specifica che determina il tipo di taglio che produce. Per usare la fresatrice, bisogna collegarla alla corrente elettrica e accenderla con l'interruttore. Poi bisogna impostare la velocità di rotazione della fresa in base al tipo di legno da lavorare e alla dimensione della fresa stessa. In generale, più il legno è duro e più la fresa è grande, più bisogna ridurre la velocità. Poi bisogna regolare la profondità di taglio della fresa in base allo spessore del legno da asportare.

• Le fresatrici verticali sono quelle più comuni e versatili, in quanto permettono di lavorare il legno in diverse posizioni e angolazioni.
• Le fresatrici orizzontali sono più adatte per lavorare il legno in piano o su superfici ampie.

Oltre alla fresatrice, ci sono alcuni accessori che possono rendere più facile e preciso il lavoro sul legno.

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L'Evoluzione: Fresatrici CNC e Centri di Lavoro

Le tecniche di fresatura si sono costantemente evolute nel tempo ed oggi risultano essere un metodo di lavorazione impiegate per una larga gamma di applicazioni. La macchina a controllo numerico (CNC) è una tecnologia elettronico/informatica che permette alla macchina di effettuare lavorazioni in quasi totale autonomia con standard di precisione e ripetibilità di processo elevatissimi.

Nella fresatura CNC (effettuata nei moderni centri di lavoro CNC) l’operatore inserisce le istruzioni nel computer che controlla la macchina. Tali istruzioni, chiamate codici G o codici NC, definiscono la geometria del pezzo e il percorso dell’utensile come una griglia di punti facilmente trattabili da un calcolatore. A questo punto la macchina lavora autonomamente e l’operatore si limita a controllare la lavorazione, intervenendo in caso di guasti. Tramite la fresatura CNC si possono ottenere lavorazioni con la precisione di un micron (un decimillesimo di millimetro).

Oggi con lo sviluppo tecnologico i centri di tornitura spesso consentono di eseguire operazioni di fresatura grazie ad utensili rotanti e motorizzati, al tempo stesso i centri di lavorazione possono essere dotati anche di funzione di tornitura. In passato, tutte le macchine potevano essere suddivise semplicemente in quattro categorie: orizzontali e verticali, per tornitura o fresatura. Oggi, con lo sviluppo dei centri di lavoro, si trovano tipi di fresatrici CNC come le fresatrici a banco fisso, le fresatrici a portale e le fresalesatrici.

I centri di lavoro con 4 o più assi sono indicati per lavorazioni di alta precisione in quanto consentono un minor numero di serraggi pezzo rispetto alle tradizionali frese a 3 assi. I centri di lavoro a 4 o più assi consentono invece, proprio in virtù del maggior numero di assi controllati simultaneamente, di completare le lavorazioni necessarie per 3 o più facce contemporaneamente.

Standardizzazione degli Attacchi Utensili

Per garantire la compatibilità e l'intercambiabilità degli utensili, sono stati sviluppati diversi sistemi di standardizzazione. A tal fine sono stati sviluppati sistemi come quello di Peoria (Illinois) per standardizzare i tipi di utensili utilizzati sulle loro macchine. Sono disponibili in una gamma di misure, nominate CAT-30, CAT-40, CAT-50, etc. Più recente è il sistema BT ToolinG, molto simile al precedente si differenzia essendo simmetrico rispetto all'asse di rotazione. In Europa il sistema principale è l'HSK.

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