Tornitura Automatica CNC: Precisione e Efficienza nella Lavorazione Meccanica

La torneria, a prescindere dal livello di tecnologia applicata ai singoli utensili, si basa su di un concetto estrematemene semplice: una punta metallica rimuove il truciolo in eccesso dal componente meccanico, rifinendo il pezzo fino ad ottenere la dimensione, la tolleranza e la rugosità richiesta dal cliente. Negli ultimi anni la lavorazione CNC ha rapidamente dominato il settore manifatturiero grazie alla sua elevata precisione e ripetibilità. Una di queste tecnologie innovative è la Tornitura CNC.

La torneria automatica a controllo numerico (CNC) permette la riproduzione dei processi di rifinitura anche su medie e grandi forniture, riducendo al minimo il margine di errore per ogni singolo pezzo ed i tempi di produzione. La torneria automatica permette la riproduzione dei processi di rimozione del truciolo per ogni componente lavorato.

La tornitura CNC è un processo di lavorazione sottrattiva altamente preciso ed efficiente che funziona secondo il principio del tornio. Consiste nella rimozione di materiale da un pezzo rigido rotante utilizzando un utensile da taglio non rotante di un centro di tornitura o di un tornio. Si tratta di posizionare l'utensile da taglio contro un pezzo rotante per rimuovere i materiali e dare la forma desiderata. Il centro di tornitura o il tornio rimane bloccato mentre la materia prima ruota ad alta velocità. Mentre il pezzo ruota lungo il movimento dell'asse del doppio tornio CNC, un utensile da taglio a punto singolo aiuta a modellare il materiale.

Cos'è e Come Funziona un Tornio CNC?

I torni a controllo numerico (CNC) sono tra le tecnologie più utilizzate nell’industria meccanica moderna. Ma cosa sono i torni a controllo numerico, come funzionano e che differenza c’è tra un sistema CNC e PLC?

Un tornio CNC (Computer Numerical Control) è una macchina utensile capace di eseguire operazioni di tornitura automatizzata, seguendo un programma digitale. Il pezzo da lavorare viene montato sul mandrino e ruota ad alta velocità. Nei torni CNC, il taglio si riferisce all'asportazione di truciolo dal pezzo in rotazione. I programmi per computer aiutano a controllare il centro di tornitura o il tornio, garantendo la produzione di componenti meticolosamente precisi.

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Tornitura Tradizionale vs. Tornitura CNC

La differenza tra un tornio parallelo tradizionale e un tornio a controllo numerico (CNC) riguarda il modo in cui viene eseguita la lavorazione (manuale vs. automatica). Prima dell’introduzione dei sistemi a controllo numerico, l’esportazione del truciolo avveniva tramite torni paralleli. Queste macchine utensili applicavano il moto di lavoro al particolare, mentre la punta veniva fatta muovere parallelamente all’asse di rotazione.

• Tornio parallelo: viene azionato manualmente dall’operatore, che controlla il movimento degli utensili e del pezzo tramite leve e volantini. Richiede molta esperienza, soprattutto quando si lavora su geometrie complesse.
• Tornio CNC: è gestito tramite un software che guida automaticamente tutti i movimenti, seguendo un programma preimpostato.

La torneria automatica ha sostituito quella parallela in virtù della sua flessibilità ed un minor costo dei processi produttivi.

CNC vs. PLC: Una Chiara Distinzione

Le persone confondono la tornitura CNC con la fresatura, ma si tratta di processi diversi. La fresatura CNC e la maggior parte degli altri processi CNC sottrattivi spesso fissano il pezzo in lavorazione a un bancale mentre un utensile rotante taglia il materiale. Al contrario, la tornitura CNC utilizza un processo inverso che ruota il pezzo in lavorazione mentre la punta da taglio rimane statica.

È importante anche distinguere tra CNC e PLC:

• CNC (Computer Numerical Control): è un sistema che controlla il movimento di una macchina utensile, in base a coordinate e percorsi predefiniti.
• PLC (Programmable Logic Controller): è un dispositivo usato per automatizzare sequenze logiche, come accendere/spegnere motori, sensori, attuatori.

Materiali e Forme Lavorabili con la Tornitura CNC

La torneria è un processo di produzione applicabile ai componenti in acciaio, in alluminio e in ottone. Si tratta di una lavorazione che va a generare una superficie della rugosità richiesta, rimuovendo dal particolare il truciolo in eccesso tramite contatto con un utensile cuneiforme. Durante la lavorazione, al pezzo viene applicato un movimento rotatorio al fine di dare continuità al processo di rimozione e generare superfici perfettamente omogenee. Il nostro staff è in grado di lavorare sia i materiali metallici che i componenti in plastica, sempre mantenendo gli stessi standard di precisione e flessibilità.

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A causa della sua modalità operativa, la tornitura CNC viene generalmente utilizzata per la produzione di componenti cilindrici o di forma oblunga. Tuttavia, può anche creare diverse forme con simmetrie assiali. Queste forme includono coni, dischi o una combinazione di forme. Alcuni centri di tornitura possono eseguire anche operazioni di tornitura poligonale con speciali utensili rotanti. In questo modo è possibile creare componenti di forma esagonale o quadrata.

I Vantaggi della Tornitura Automatica CNC

La tornitura CNC presenta numerosi vantaggi, che l'hanno resa dominante nel settore manifatturiero. La macchina a Controllo Numerico Computerizzato trasforma la tradizionale lavorazione meccanica in lavorazioni di tornitura estremamente rapide e precise.

• Precisione: Il tornio CNC può eseguire misurazioni esatte ed eliminare gli errori umani utilizzando file CAD o CAM. Gli esperti possono garantire una precisione incredibilmente elevata utilizzando macchinari all'avanguardia, sia per la produzione di prototipi che per il completamento dell'intero ciclo produttivo. Ogni taglio è preciso poiché la macchina utilizzata è programmata. In altre parole, il pezzo finale del ciclo di produzione è identico al primo pezzo.
• Flessibilità: I centri di tornitura sono disponibili in varie dimensioni per adattarsi alla flessibilità delle vostre applicazioni. La regolazione è piuttosto semplice perché le operazioni di questa macchina sono preprogrammate. L'operatore può completare il componente apportando le necessarie modifiche di programmazione al programma CAM o persino costruire qualcosa di completamente diverso.
• Sicurezza: Le aziende manifatturiere aderiscono a rigide norme e regolamenti di sicurezza per garantire la completa sicurezza. Poiché il tornio è automatico, è necessaria meno manodopera perché l'operatore è lì solo per monitorare la macchina. Allo stesso modo, il corpo del tornio impiega dispositivi di protezione completamente chiusi o semichiusi per evitare particelle volanti dall'oggetto lavorato e ridurre i danni all'equipaggio.
• Risultati più rapidi: La possibilità di errore è inferiore quando le attività specificate dalla programmazione vengono eseguite su torni CNC o centri di tornitura. Di conseguenza, questa macchina può terminare la produzione più rapidamente senza sacrificare la qualità del risultato finale. Infine potrete ricevere i componenti necessari più velocemente che con altre opzioni. Grazie ai macchinari CNC, inoltre, è possibile fornire prototipi e stime tempi estremamente precise per ottimizzare l'intero processo produttivo. Il processo produttivo viene svolto da centri di lavoro a 3 e 4 assi totalmente automatizzati, per una fornitura di componenti metallici anche medio piccola in tempi estremamente rapidi e con costi contenuti.

Applicazioni della Tornitura CNC nei Settori Industriali

La tornitura CNC è utilizzata in molteplici settori che richiedono parti cilindriche precise. Ecco alcuni esempi specifici:

• Settore automobilistico: Produzione di componenti quali alberi, pistoni e ingranaggi, tutti soggetti a specifiche precise per il corretto funzionamento e la durata del veicolo.
• Aerospaziale: I componenti degli aeromobili, come parti del motore e carrello di atterraggio, richiedono un'elevata precisione e sono spesso realizzati con materiali specializzati. La tornitura CNC garantisce che queste parti soddisfino le strette tolleranze richieste per la sicurezza e l'affidabilità in volo.
• Medico: Nel settore medico, gli impianti, gli strumenti chirurgici e i dispositivi richiedono estrema precisione. Le parti devono anche essere realizzate con materiali biocompatibili per un uso sicuro nelle procedure mediche.
• Olio e gas: Valvole, tubi e attrezzature di perforazione devono resistere ad ambienti difficili e pressioni elevate. Questi componenti sono realizzati con materiali progettati per resistere a condizioni estreme, garantendo resistenza e affidabilità a lungo termine.

Come Funziona la Tornitura CNC: Il Processo Operativo

Il processo di tornitura CNC può essere piuttosto complesso. Tuttavia, ti forniremo una suddivisione semplificata e graduale del processo, dalla progettazione alla produzione. Oltre alla torneria automatica, il controllo numerico può essere applicato a qualunque processo di lavorazione del componente metallico, inclusi processi di fresatura e stozzatura, così da ottenere una produzione rapida, con margine di errore inferiore al decimo di millimetro. Con un parco macchine totalmente interconnesso, poi, il potenziale della tornitura automatica CNC raggiunge la sua piena realizzazione. Le fasi generali della tornitura CNC sono:

Passaggio n. 1: Convertire il file di progettazione CAD in un programma CNC

Il primo passo prevede la preparazione di un file CAD per la traduzione nel linguaggio dei torni CNC. Ciò non comporta una programmazione avanzata. Devi già avere alcuni disegni 2D del tuo progetto. In tal caso, è necessario acquisire questi progetti elettronicamente utilizzando software come AutoCAD o SolidWorks. Una volta che il progetto elettronico è disponibile nel formato file CAD, è possibile convertirlo in un programma CAM. Puoi anche utilizzare gli stessi strumenti software sopra menzionati per esportare il disegno in formato CAM. L'ingegnere di produzione può quindi utilizzare il software per testare la producibilità del componente. La lavorazione con macchine CNC consiste in primo luogo nella programmazione di un software CNC capace di controllare tutte le operazioni dei macchinari collegati. Il programma realizzato viene dunque applicato ai torni che leggono i parametri impostati e guidano il movimento della macchina utensile su assi specifici. I risultati perseguibili tramite la tornitura CNC diventano così sempre più vari e precisi.

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Passaggio n. 2: Preparare il tornio CNC

Il passo successivo è la configurazione della macchina. Sebbene la maggior parte dei processi siano automatizzati, esiste ancora la necessità di un operatore. Per preparare efficacemente il tornio CNC, è necessario seguire questi passaggi:

1. Assicurati di spegnere l'alimentazione. Il processo di lavorazione CNC può diventare piuttosto pericoloso. Quindi, dovresti prestare particolare attenzione e controllare gli interruttori di alimentazione.
2. Fissare la parte sul pezzo. Il mandrino è responsabile di mantenere la parte in posizione durante il processo di tornitura. Non caricarlo correttamente può essere pericoloso e potrebbe generare componenti con dimensioni errate.
3. Caricare la torretta degli strumenti. Nell'operazione di tornitura sono coinvolti diversi strumenti, quindi devi assicurarti di scegliere lo strumento giusto per la tua finitura specifica. La torretta ti aiuterà a contenere il maggior numero possibile di strumenti contemporaneamente per offrirti un'operazione senza interruzioni.
4. Garantire la corretta calibrazione. È necessario impostare l'utensile e il pezzo nel modo giusto per garantire che il risultato soddisfi le esigenze.
5. Carica il programma CNC. L'ultimo passaggio prima di iniziare l'operazione è caricare il codice CNC nella macchina.

In questa fase è necessario tenere a mente due variabili. Il primo è la velocità di rotazione (la velocità con cui ruota il pezzo). La seconda variabile è la velocità di avanzamento (la velocità dell'utensile da taglio mentre si muove lungo un pezzo rotante). Un macchinista professionista deve determinare questi valori perché stime errate influenzeranno i risultati finali. Inoltre, stime errate in alcuni materiali potrebbero portare a finiture non uniformi o danni irreparabili al pezzo. Detto questo, è possibile mantenere una velocità di rotazione bassa e una velocità di avanzamento elevata per “sgrossare” la forma. D'altro canto, un'elevata velocità di rotazione abbinata ad una velocità di avanzamento inferiore è ideale per finiture lisce e parti con requisiti di tolleranza precisi.

Passaggio n. 3: Produzione delle parti tornite CNC

Il passaggio finale è produrre la parte desiderata. Sono diverse le operazioni di tornitura che è possibile scegliere, a seconda del risultato che si desidera ottenere. Inoltre, la complessità della parte determinerà il numero di cicli che avrai. Il calcolo del tempo di ciclo ti aiuterà a conoscere il tempo finale impiegato sul componente, che è fondamentale per il calcolo dei costi.

Tipicamente, il tempo del ciclo di tornitura comprenderà:

• Tempo di caricamento: Anche se questo fa parte dell'impostazione, un ciclo può richiedere un altro mezzo per caricare il pezzo sul macchinario.
• Tempo di taglio: Questo è il tempo necessario per tagliare il pezzo. La velocità di avanzamento e la profondità di taglio sono fattori che influiscono sul tempo di taglio.
• Tempo di inattività: Qualsiasi operazione che non comporta il taglio è un'operazione a vuoto. Ad esempio, modificando le impostazioni del centro di tornitura, il movimento dell'utensile, ecc.

Il risultato del processo di produzione dipenderà dalla materia prima utilizzata. Un componente ottenuto dalla plastica differirà per funzionalità e rugosità superficiale da un componente metallico.

Parametri Chiave della Tornitura CNC per un Risultato Ottimale

Il successo di un'operazione di tornitura CNC dipende da vari fattori critici. I macchinisti devono controllare con precisione questi parametri per ottenere la qualità desiderata della parte, la finitura superficiale e l'efficienza di lavorazione.

• Velocità: Ciò determina la velocità di rotazione del mandrino, misurata in giri al minuto (RPM). Il materiale lavorato e l'utensile da taglio utilizzato determinano la velocità corretta. Ad esempio, la tornitura CNC dell'alluminio in genere richiede velocità più elevate rispetto alla tornitura dell'acciaio.
• Tasso di avanzamento: La velocità di avanzamento regola la velocità a cui l'utensile da taglio si sposta sul pezzo in lavorazione, misurata in pollici al minuto (IPM) o millimetri al minuto (mm/min). Le proprietà del materiale, le caratteristiche dell'utensile e la finitura superficiale desiderata contribuiscono tutte a determinare la velocità di avanzamento ideale.
• Profondità di taglio: Questo parametro determina la quantità di materiale che una singola passata rimuove. I tagli più profondi rimuovono più materiale più velocemente, ma possono anche aumentare l'usura dell'utensile e generare calore eccessivo.
• Utensile da taglio: Il tipo di utensile da taglio utilizzato ha un impatto significativo sul processo di lavorazione. Diverse geometrie, materiali e rivestimenti degli utensili si adattano a vari materiali e operazioni. Un utensile appropriato assicura prestazioni ottimali, prolunga la durata dell'utensile e produce una finitura superiore.

Tipi di Operazioni di Tornitura CNC

Ci sono vari tipi di utensili da tornio per tornitura CNC. Di conseguenza, è possibile eseguire diverse operazioni su un pezzo. Queste operazioni sono classificate come operazioni esterne e interne. Le operazioni esterne aiutano a modificare il diametro esterno del componente. D'altra parte, le operazioni interne modificano il diametro interno. La singola operazione è definita dall'utensile da taglio utilizzato e dal percorso necessario per rimuovere i materiali. Diamo un'occhiata.

Operazioni di Tornitura Esterne

• Tornitura: In questo processo, un utensile di tornitura a punto singolo si sposta lungo il lato del pezzo per rimuovere materiali e formare caratteristiche diverse. Le caratteristiche che può creare includono rastremazioni, smussi, gradini e contorni. La lavorazione di queste caratteristiche avviene tipicamente a piccole profondità di taglio radiali, con passaggi multipli effettuati per raggiungere il diametro finale. La tornitura conica prevede la produzione di superfici coniche riducendo o aumentando gradualmente il diametro di un pezzo cilindrico.
• Tornitura Dura: Questo tipo di tornitura viene eseguita su materiali con durezza Rockwell C superiore a 45. Il trattamento termico sul materiale è fondamentale prima di eseguire questo processo. La tornitura dura mira a limitare o sostituire le tradizionali operazioni di rettifica. Compete favorevolmente con la sgrossatura quando viene utilizzato per asportazione di materiale. Tuttavia, potrebbe non essere adatto per operazioni in cui dimensioni e forma sono fondamentali.
• Fronteggiatura: Durante questo processo, l'utensile di tornitura a punto singolo si irradia lungo l'estremità del materiale. In questo modo rimuove sottili strati di materiale, fornendo superfici lisce e piane. Le profondità di una faccia sono generalmente molto piccole e la lavorazione può avvenire in un'unica passata.
• Scanalatura: Questa operazione comporta anche un movimento radiale di un utensile di tornitura a punto singolo verso il lato del pezzo. Pertanto, taglia una scanalatura che ha la stessa larghezza dell'utensile da taglio. È anche possibile eseguire tagli multipli per formare scanalature più grandi della larghezza dell'utensile. Allo stesso modo, alcuni produttori utilizzano strumenti speciali per creare scanalature con geometrie diverse.
• Troncatura: Come nella scanalatura, l'utensile da taglio si muove radialmente sul lato del pezzo. L'utensile a punto singolo continua fino a raggiungere il diametro interno o il centro del pezzo. Pertanto, divide o taglia una sezione della materia prima.

Operazioni di Tornitura Interne

• Alesatura: Gli utensili per alesatura entrano nel pezzo effettivamente per tagliare lungo la superficie interna e formare caratteristiche come rastremazioni, smussi, ecc.

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