Le macchine utensili sono macchinari di lavorazione fondamentali per l’industria moderna: ovvero, sistemi di produzione progettati appositamente per modellare, tagliare e lavorare materiali diversi, come metalli, legno, plastica e ceramica. Essenziali nella produzione industriale, le macchine utensili permettono di creare oggetti con un livello di precisione e ripetibilità senza eguali.
Si definiscono macchine utensili quei dispositivi meccanici progettati per eseguire specifiche operazioni su materiali, quali ad esempio: il taglio, la foratura, la tornitura e la fresatura. Le prime forme di macchine utensili risalgono addirittura all’antichità: il tornio, per esempio, è una delle prime macchine utensili mai sviluppate, utilizzato fin dall’epoca romana.
Le macchine utensili possono essere distinte in base al tipo di lavorazione che eseguono e al tipo di movimento che impiegano. Le macchine per asportazione di materiale rimuovono il materiale in eccesso dal pezzo, dandogli la forma desiderata attraverso il taglio. Le macchine per la deformazione invece deformano il pezzo, attraverso l’applicazione di forze meccaniche.
In questa sede approfondiremo il tema della lavorazione CNC, nello specifico andremo a delineare le differenze tra la fresatura CNC e la tornitura CNC.
Tornitura CNC: Cos'è e Come Funziona
Il tornio CNC, o tornitrice CNC, viene utilizzato per la lavorazione di un pezzo assialsimmetrico posto in rotazione. In un tornio, la materia prima ruota su un mandrino e l'utensile, che è fermo, taglia il materiale e rimuove il truciolo.
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La tornitura è un processo di lavorazione industriale utilizzato per creare rondelle, distanziali, guarnizioni industriali e altri articoli tecnici, principalmente da metalli. Nel processo di tornitura, il pezzo di metallo viene fissato su un tornio che lo fa ruotare ad alta velocità. Mentre il pezzo ruota, un utensile tagliente si muove in modo controllato, incidendo e modellando il metallo per ottenere la forma e le dimensioni desiderate.
Ancora, altre macchine utensili largamente utilizzate sono il trapano, la rettificatrice, la piegatrice.
È la lavorazione tipica eseguita sul tornio e consiste nell’asportare materiale da un pezzo rotante per ottenere una forma cilindrica o conica.
Il macchinario utilizzato per questa lavorazione è il tornio, che può essere tradizionale o CNC e che permette di far girare su se stesso il pezzo di metallo, mentre l’utensile si muove e lo modella.
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.
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Fresatura CNC: Cos'è e Come Funziona
La fresatura, invece, è un processo in cui l’utensile rotante, chiamato fresa, si muove rispetto al pezzo di lavoro che rimane statico. La fresa rimuove materiale dal pezzo per creare la forma desiderata. Abbiamo compreso che, proprio come un trapano, una testa tagliente e in rotazione, asporta trucioli di materiale fino ad ottenere la forma desiderata.
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 fresatura è un processo versatile che trova impiego in una vasta gamma di situazioni e per numerose operazioni. Queste caratteristiche rendono il processo particolarmente adatto per la produzione di lotti limitati, prototipi e componenti progettati su misura. Grazie alla sua precisione, la fresatura può essere impiegata come lavorazione secondaria su semilavorati ottenuti tramite altri processi.
La fresa stessa è l’utensile chiave installato sulla fresatrice per rimuovere il materiale in eccesso. Si tratta di un cilindro con denti taglienti lungo la sua circonferenza esterna, con lo spazio tra i denti, chiamato passo, che influenza la velocità e l’efficienza della fresatura.
Nel contesto delle lavorazioni di meccanica di precisione, la fresatrice è indispensabile per la sua capacità di eseguire una vasta gamma di operazioni con un’unica configurazione di lavoro. Le fresatrici professionali devono garantire due caratteristiche fondamentali: la capacità di muoversi su tutta la superficie del pezzo con precisione e la robustezza necessaria per assorbire le vibrazioni generate durante il processo senza compromettere la qualità del lavoro.
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Nella fresatura CNC, l’operatore inserisce le istruzioni nel computer che gestisce la macchina. Il sistema CNC interpreta queste istruzioni e guida l’utensile lungo il percorso definito. Durante il processo, l’operatore supervisiona la macchina, garantendo che funzioni correttamente e intervenendo solo in caso di problemi.
Le fresatrici CNC a 3 assi sono tradizionalmente utilizzate per ottenere lavorazioni con alta precisione. Tuttavia, i centri di lavoro CNC possono avere più assi di movimento, permettendo lavorazioni ancora più complesse. Queste macchine possono inclinare il mandrino su uno o più assi rotativi, o combinare un asse di rotazione del mandrino con un asse di inclinazione della tavola.
La fresatura è una lavorazione meccanica eseguita su fresatrici per rimuovere materiale da una superficie.
Fasi della Fresatura
Ogni fase del processo di fresatura richiede una pianificazione accurata e l’utilizzo di strumenti e frese specificamente progettati per ottenere risultati ottimali:
- Sgrossatura: Questa è la fase iniziale dove si rimuove rapidamente il materiale in eccesso dal pezzo grezzo. Utilizzando frese robuste e potenti, si mira a ridurre volumi significativi di materiale in modo efficiente ed economico.
- Semifinitura: in questa fase intermedia, si procede con una rimozione più controllata del materiale per avvicinarsi alle dimensioni finali del pezzo.
- Finitura: Dopo la sgrossatura, segue la fase di finitura che mira a raggiungere le dimensioni finali e a ottenere una superficie liscia e precisa. Qui si utilizzano frese più precise e controllate per rimuovere una quantità minore di materiale, rispettando le tolleranze dimensionali e il grado di rugosità specificato nel disegno tecnico.
La fresatura si realizza mediante un utensile a più taglienti laterali chiamato per l’appunto fresa, che è costruito in acciaio temperato ad elevata resistenza (tipicamente HSS) eventualmente dotato di riporti in widia (una lega di carbonio e tungsteno a elevatissima durezza) e che può avere sagoma cilindrica, conica, sferica o semisferica, ma anche a sezione trapezoidale isoscele (cono troncato).
Lo strumento con cui si effettua la fresatura è, come il nome stesso suggerisce, la fresatrice.
Tipi di Fresatura
- Contornatura o fresatura a spallamento: consiste nella creazione simultanea di due facce ad angolo retto tra loro.
- Copiatura o Profilatura: questa operazione è utilizzata per fresare forme complesse concave o convesse su più assi.
- Fresatura di smussi: Utilizzata per creare smussi e per eliminare spigoli vivi e bave dalle superfici lavorate.
- Fresatura a candela: preferita per lavorare cave corte e poco profonde, come scanalature e tasche chiuse, e per fresare sedi per chiavetta.
La fresatura è una lavorazione sottrattiva, che avviene quindi per asportazione di truciolo, permettendo di ottenere a partire da un pezzo grezzo di maggiori dimensioni, una vasta gamma di particolari o di semilavorati.
Se è cilindrica, invece, mentre scende si sposta orizzontalmente su un solo asse.
Parametri di Fresatura
- Velocità di taglio (vc): è la velocità relativa tra la superficie da lavorare e l’utensile durante il taglio, espressa in metri al minuto (m/min).
- Velocità di rotazione della fresa (n): è il numero di giri che la fresa compie al minuto.
- Avanzamento (vf): è la distanza che la fresa (o il pezzo) percorre durante ogni singola rotazione dell’utensile.
- Profondità di taglio assiale: indica la profondità di lavoro della fresa nel pezzo lungo il proprio asse.
- Profondità di taglio radiale: misura la profondità dell’utensile nella superficie in lavorazione lungo il raggio.
La scelta corretta di ulteriori componenti meccaniche può ottimizzare la produttività e ridurre al minimo gli errori.
Componenti Meccaniche Ottimali
- Materiale della fresa: l’efficienza del taglio è influenzata dal materiale della fresa e dalla presenza di rivestimenti che ne migliorano le prestazioni.
- Densità dei taglienti: la densità dei taglienti dipende dal materiale da lavorare.
- Tipo di truciolo: il tipo di truciolo prodotto influisce sulla scelta dei parametri di lavoro.
- Tipologia: gli inserti possono essere monolaterali o bilaterali.
- Numero di denti della fresa (densità): rappresenta il numero di inserti per millimetro o pollice.
- Tipo di passo: può essere costante o differenziato.
Le frese a disco offrono spesso il metodo più efficiente per la fresatura di grandi volumi di scanalature lunghe e profonde, specialmente quando si utilizzano fresatrici orizzontali.
La fresatura con frese a candela si utilizza per cave corte e poco profonde, scanalature e tasche chiuse e sedi per chiavetta.
Tipi di Fresatrici
Le fresatrici possono essere classificate in due categorie principali in base all’orientamento dell’utensile: fresatrici orizzontali e fresatrici verticali.
- 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.
- 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.
Come il nome suggerisce vengono impiegate per lavorazioni particolari, come per esempio la realizzazione di chiavi e chiavette, intagli, scanalature e cavità in genere.
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.
Differenze Chiave tra Tornitura e Fresatura CNC
La principale differenza tra tornitura CNC e fresatura CNC consiste nel principio di lavorazione della macchina utensile: ai fini pratici di questa guida, possiamo tenere a mente che con il tornio si producono pezzi di base cilindrica e assialsimmetrici, mentre con la fresatrice si possono realizzare pezzi di qualsiasi forma.
Ma di fatto che cosa distingue le due diverse metodiche di lavorazione? Come è facile intuire, a differenziare la fresatura e la tornitura CNC è prima di ogni altra cosa il tipo di macchina utensile usata. Proprio come accade con la fresatura CNC, anche la tornitura CNC dell’alluminio permette di ottenere la massima precisione, dando vita a pezzi dalle forme geometriche anche decisamente complesse. Non a caso, il funzionamento del processo di lavorazione è analogo a quello della fresatura CNC.
Tornitura: il pezzo di lavoro è mobile e ruota mentre l’utensile tagliente si muove linearmente.
Fresatura: l’utensile rotante (fresa) si muove rispetto a un pezzo di lavoro statico.
In sintesi, mentre la tornitura è utilizzata principalmente per pezzi cilindrici e per operazioni che richiedono la rotazione del materiale, la fresatura è ideale per lavorazioni su superfici piane e per creare forme complesse con un utensile in movimento.
In passato, tutte le macchine potevano essere suddivise semplicemente in quattro categorie: orizzontali e verticali, per tornitura o fresatura.
La fresa viene spesso utilizzata per creare scanalature, superfici piane, incavi e filetti.
Orientamento del pezzo di lavoro: nella fresatura, il pezzo di lavoro è generalmente fissato a un piano di lavoro e la fresa si muove lungo gli assi X, Y e Z per rimuovere il materiale.
| Caratteristica | Tornitura | Fresatura |
|---|---|---|
| Movimento del pezzo | Rotatorio | Statico |
| Movimento dell'utensile | Lineare | Rotatorio e traslatorio |
| Forme tipiche | Cilindriche, coniche | Qualsiasi forma complessa |
| Applicazioni principali | Rondelle, distanziali, guarnizioni | Scanalature, superfici piane, incavi |
Applicazioni Industriali delle Macchine Utensili
Dall’industria automobilistica all’aerospaziale, passando per il settore delle costruzioni e dell’elettronica, le macchine utensili giocano un ruolo fondamentale nella produzione di componenti e nella realizzazione di prodotti finiti. Ad esempio, nell’industria automobilistica queste macchine vengono utilizzate per la produzione di motori, trasmissioni, e componenti meccanici come alberi e ingranaggi.
Non solo: nell’industria elettronica le lavorazioni alle macchine utensili includono la realizzazione di scocche metalliche, circuiti stampati e componenti per dispositivi elettronici. Nell’industria delle costruzioni, le macchine utensili permettono di produrre attrezzature e componenti metallici per edifici ed infrastrutture, come travi, giunti e sistemi di fissaggio.
Perchè le lavorazioni con macchine utensili sono così diffuse? Perchè esse garantiscono precisione, sicurezza ed efficienza nella produzione industriale. Queste lavorazioni permettono di ottenere pezzi con tolleranze estremamente ridotte, riducendo al minimo la necessità di interventi manuali. Con l’utilizzo di macchine CNC, le aziende possono programmare e monitorare l’intero processo di produzione, garantendo elevata ripetibilità e riducendo i tempi di lavorazione.
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