La Tornitura Esterna: Definizione Tecnica e Applicazioni Industriali

La tornitura rappresenta una delle lavorazioni meccaniche più antiche e fondamentali nel settore manifatturiero, pur avendo subito nel tempo svariate evoluzioni. Semplificando al massimo, la tornitura è una lavorazione meccanica utilizzata per produrre pezzi con superfici assialsimmetriche. Questa lavorazione si ottiene per asportazione di truciolo, un processo che modella un pezzo asportando materiale.

Cos'è la Tornitura: Principi Fondamentali

Alla base del funzionamento della tornitura è sempre la combinazione di due moti relativi fondamentali, tra utensile e pezzo:

• Il moto di taglio (o di lavoro) rotatorio uniforme, impresso al pezzo in lavorazione. Il pezzo da lavorare viene reso solidale ad un mandrino e fatto ruotare.
• Il moto di avanzamento (o di alimentazione) rettilineo o curvilineo, impresso all’utensile. L’utensile da taglio si muove lungo il pezzo secondo un moto per lo più rettilineo, seguendo la direzione radiale o assiale oppure, per le superfici sagomate, spostando in entrambe le direzioni contemporaneamente.

Inoltre, la regolazione della posizione dell’utensile rispetto al pezzo è consentita dal moto di registrazione, che determina la profondità di passata. Ne consegue per la superficie lavorata del pezzo una forma di rivoluzione.

La tornitura è una lavorazione meccanica che sfrutta l’azione di un utensile da taglio per asportare materiale da un pezzo in rotazione, con l’obiettivo di ottenere superfici cilindriche, coniche o sagomate adatte alla realizzazione di profili di ingranaggi.

La Tornitura Esterna: Un Processo Essenziale

Tra le diverse tipologie di tornitura, la tornitura esterna riveste un ruolo di primaria importanza. In essa si lavora il diametro esterno del pezzo. È impiegata per la realizzazione dei diametri di base, delle gole e delle superfici cilindriche o coniche esterne del corpo dell’ingranaggio.

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La tornitura cilindrica esterna si realizza con moto di avanzamento dell’utensile parallelo all’asse del tornio. Poiché la tornitura esterna è uno dei processi più conosciuti e diffusi, i requisiti in termini di controllo truciolo, sicurezza di processo e qualità dei componenti sono elevati.

Un tipo specifico di tornitura esterna è la tornitura longitudinale. Nella tornitura longitudinale, il movimento di avanzamento dell'utensile avviene lungo l'asse del pezzo, il che significa che il diametro del pezzo viene ridotto tramite la tornitura. La tornitura è quell’asportazione che consente di dare la forma (conica, cilindrica, eccetera) al componente.

Le Principali Operazioni di Tornitura

Le lavorazioni che si possono ottenere con la tornitura sono tantissime. Oltre alla tornitura cilindrica esterna e longitudinale, le principali operazioni includono:

• Sfacciatura: per l’ottenimento di superfici piane perpendicolari all’asse di tornitura con moto di avanzamento dell’utensile perpendicolare a tale asse. Nella sfacciatura, l'utensile avanza radialmente verso il centro, all'estremità del pezzo. Con la sfacciatura l’utensile da taglio si muove in maniera superficiale consentendo di ottenere una superficie piana e liscia.
• Tornitura interna: con utensile speciale, partendo da fori ottenuti mediante foratura, permette di ottenere fori, sedi e diametri interni ad alta precisione, fondamentali per l'alloggiamento su alberi o per il montaggio di cuscinetti.
• Realizzazione di gole interne ed esterne (gole di scarico): con moto di avanzamento dell’utensile radiale o talvolta inclinato, fino alla profondità richiesta. La scanalatura è quella tornitura capace di incidere dei solchi sul pezzo, in modo da ottenere scanalature della stessa dimensione o di diversa profondità.
• Filettatura esterna e interna: con moto di avanzamento dell’utensile parallelo all’asse di tornitura in relazione al passo della filettatura. Utile per realizzare scanalature elicoidali o profili particolari.
• Smussatura: con moto di avanzamento dell’utensile radiale.
• Taglio del pezzo (Troncatura): con utensile di limitato spessore e moto di avanzamento radiale. La troncatura è quella lavorazione che, agendo più in profondità rispetto alla scanalatura, consente di separare una sezione del pezzo.
• Zigrinatura (o godronatura): pur non comportando un’asportazione di truciolo, è un’operazione di deformazione plastica a freddo di una superficie cilindrica, per ottenere una serie di rilievi regolari atti a facilitare l’afferraggio manuale.

Internamente la tornitura può avvenire anche per alesatura, foratura o maschiatura. L’alesatura è quella lavorazione che permette di perfezionare il diametro dei fori. La foratura, invece, come indica il nome stesso, serve a ottenere dei fori, imprimendo la forma desiderata al pezzo in lavorazione.

Il Tornio: La Macchina Utensile per la Tornitura

Il tornio è la macchina utensile più antica, derivante dal latino tŏrnus e dal greco τόρνος. È una macchina operatrice fondamentale per lavorazioni di pezzi di metallo, di legno, di materie plastiche, ecc., di regola mediante asportazione di truciolo.

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Componenti di un Tornio Parallelo

Pur nella molteplicità di soluzioni costruttive, i 4 componenti strutturali di un tornio parallelo sono:

• Il bancale: di solito in ghisa e di idonea rigidezza, statica e dinamica. È dotato, nella parte superiore, di guide orizzontali (di solito piane, prismatiche o a coda di rondine). Quelle esterne assolvono la funzione di guida del carrello portautensili, che può così traslare nella direzione dell’asse del mandrino; le guide interne dirigono lo scorrimento della controtesta, il cui asse risulta in questo modo sempre coincidente con quello del mandrino.
• La testa motrice (o fantina o toppo fisso): comprendente l’albero principale del moto di taglio (il mandrino) e i meccanismi per la variazione e l’inversione di velocità per i moti di taglio e di avanzamento. Nella testa motrice sono contenuti i meccanismi preposti al moto di taglio, la cui catena cinematica comprende, di regola, in sequenza, un motore elettrico, un gruppo innesto-freno, un giunto elastico, un cambio di velocità e il mandrino. Il mandrino, in acciaio speciale, bonificato e rettificato, è inoltre forato per rendere possibile la lavorazione di pezzi di piccolo diametro.
• Il carrello portautensili (o carro): scorrevole lungo le guide del bancale con il compito di fissare l’utensile e di trasmettergli i moti di avanzamento e di registrazione. Il carrello, che deve conferire all’utensile il moto di avanzamento (longitudinale, trasversale, oppure inclinato rispetto all’asse di rotazione del mandrino), è costituito in genere di tre slitte sovrapposte: la slitta inferiore accoppiata con il banco, la slitta trasversale e la slitta superiore solidale con la torretta portautensile. In questo modo viene consentita la registrazione dell’utensile all’inizio della lavorazione e il suo spostamento in qualsiasi direzione del piano orizzontale.
• La controtesta (o toppo mobile): situata in posizione opposta rispetto alla testa motrice, e anch’essa mobile sulle guide interne del bancale, che viene utilizzata per il sostegno del pezzo in rotazione, oppure per il montaggio di utensili per operazioni di foratura o alesatura.

La denominazione di tornio parallelo deriva proprio dalla direzione del moto principale dell’utensile, coincidente con quello del carrello, cioè una traslazione orizzontale parallela alle guide del bancale. Questo tipo di tornio è la macchina utensile più diffusa soprattutto nelle aziende che lavorano pezzi singoli o in piccola serie. Non è adatto invece alla produzione di grande serie per i tempi relativamente elevati di impostazione, registrazione, sostituzione e avvicendamento degli utensili.

Tipologie di Torni Moderni

La classificazione dei diversi tipi di torni può essere effettuata in base a criteri diversi:

Classificazione per Asse del Mandrino

• Torni paralleli: (ad asse orizzontale), il tipo più diffuso e antico, impiegato per la tornitura esterna di superfici cilindriche e coniche, nonché per la tornitura interna, la spianatura frontale, la filettatura, ecc.
• Torni verticali (o a giostra): ad asse verticale, atti alla lavorazione di pezzi di grande diametro, appoggiati su una tavola girevole intorno a un asse verticale per meglio sorreggerne il peso. Le diverse forme costruttive si riconducono a due schemi fondamentali: con incastellatura a un montante (per diametri tra 400 e 3000 mm) o con incastellatura a due montanti (denominato anche tornio a portale, per diametri molto elevati).
• Torni frontali: in cui l’asse di rotazione è orizzontale mentre la dimensione prevalente è trasversale, impiegato per la lavorazione di pezzi rotondi diametralmente estesi e assialmente corti (ruote dentate, tamburi, giranti, ecc.).

Classificazione per Grado di Automazione

• Torni a comando manuale: nei quali l’operatore esegue tutte le manovre.
• Torni semiautomatici: nei quali restano affidate all’operatore tutte le manovre di posizionamento degli utensili.
• Torni automatici: nei quali resta affidato all’operatore il solo compito di predisposizione iniziale dei comandi di alimentazione e di controllo funzionale. In questi torni il serraggio del pezzo, i movimenti di accostamento e di avanzamento degli utensili, l’avvio e l’arresto delle corse di lavoro, l’avanzamento della barra per iniziare la lavorazione di un nuovo pezzo, avvengono automaticamente. Si classificano in automatici monomandrino (per grande serie di pezzi piccoli) e a fantina mobile (per pezzi di piccolo diametro e elevata lunghezza).
• Torni a controllo numerico (CNC): in grado di eseguire complesse lavorazioni sulla base di istruzioni codificate. Nei torni a controllo numerico la sequenza operativa di lavoro si svolge in modo completamente automatico in tutte le sue fasi, sia in quelle di effettiva produzione sia in quelle ausiliarie. L’impiego del tornio a controllo numerico risulta economico soprattutto nella lavorazione in serie limitata di pezzi complessi, che si ripetano di frequente. Esistono varianti come i torni a controllo numerico monomandrino e i centri di lavorazione, macchine multiscopo che consentono anche operazioni di fresatura e rettifica.

Torni Speciali

A seconda di una particolare modalità di esecuzione di una o più operazioni, si hanno i torni speciali, come, per es., i torni a torretta (o a revolver), caratterizzati dalla mancanza della controtesta, sostituita da una torretta portautensili che ha un utensile diverso per ogni faccia, o i torni plurimandrino.

Utensili e Parametri della Tornitura

Nel passato la tornitura era eseguita con utensili da taglio in acciaio HSS e inserti saldobrasati. Oggi invece si ricorre a inserti in metallo duro a fissaggio meccanico che permettono tagli di elevata precisione. La scelta quindi di un inserto o di un porta-inserto adeguati è fondamentale per la buona riuscita dell’operazione.

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Nella scelta di un utensile per la tornitura longitudinale è consigliabile prima scegliere il sistema di bloccaggio dell'inserto nel portautensile. La scelta è influenzata dal tipo di operazione e, in una certa misura, dalla dimensione del pezzo. L'angolo di registrazione dell'utensile incide sulla formazione dei trucioli. Con un angolo di registrazione di 90° (angolo di attacco 0º), lo spessore del truciolo è uguale all'avanzamento (fn). Se il componente presenta uno spallamento da lavorare, utilizzare un utensile con un angolo di registrazione di 91-95° (angolo di attacco -1 ... -5°). Tra il pezzo e l'inserto, va mantenuto un angolo di taglio libero di almeno 2°.

Tutti i parametri della tornitura sono correlati tra loro e vanno scelti accuratamente in base al tipo di lavorazione, alle caratteristiche della specifica operazione ed in funzione all’applicazione. L’incremento di uno a svantaggio degli altri può garantire prestazioni più elevate piuttosto che finiture più spinte come anche durate degli utensili più consistenti.

Tornitura vs. Fresatura: Differenze Chiave

La tornitura e la fresatura rappresentano due delle lavorazioni meccaniche più importanti e diffuse nell’ambito dell’industria manifatturiera. Entrambi permettono di modellare un pezzo asportando materiale, ma vengono eseguiti con metodologie e macchinari diversi.

Movimento Principale

• Tornitura: il pezzo ruota su se stesso mentre l’utensile compie movimenti lineari di avanzamento.
• Fresatura: è l’utensile a ruotare ad alta velocità mentre il pezzo rimane fermo o compie movimenti di avanzamento controllati.

Geometria del Pezzo Lavorato

• Tornitura: ideale per pezzi di forma cilindrica o conica (alberi, boccole, corpi di ingranaggi).
• Fresatura: più adatta a superfici piane, scanalature, dentature e profili complessi. È indispensabile nella realizzazione dei denti degli ingranaggi.

Flessibilità della Lavorazione

• Tornitura: meno versatile ma garantisce grande precisione nelle tolleranze dimensionali e concentricità.
• Fresatura: offre una maggiore versatilità geometrica, consentendo di realizzare forme complesse, fori, cave e dentature in un unico ciclo.

Campi di Applicazione

• Tornitura: trova impiego soprattutto nella preparazione dei grezzi, nella realizzazione di diametri e sedi di centraggio, oppure nella finitura di superfici cilindriche.
• Fresatura: indispensabile per la lavorazione diretta dei denti degli ingranaggi, ma anche per componenti che richiedono superfici piane, forature e dettagli strutturali.

Qualità Superficiale e Produttività

• Tornitura: consente di ottenere superfici lisce e regolari grazie al taglio continuo, ed è quindi ideale per pezzi di precisione.
• Fresatura: grazie alla molteplicità dei taglienti, è più veloce e produttiva, soprattutto quando si tratta di rimuovere grandi volumi di materiale o di realizzare geometrie complesse.

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