Nel mondo dell'industria del legno e della lavorazione dei materiali, le macchine a controllo numerico (CNC) hanno un ruolo fondamentale e rappresentano la migliore soluzione per la precisione ed efficienza. Tuttavia, uno degli aspetti più critici nell'utilizzo di queste macchine è la gestione della velocità di avanzamento e numero di giri (RPM) delle frese, che può influenzare notevolmente il risultato finale del lavoro. La velocità di avanzamento, o feed rate, rappresenta la velocità con cui la fresa si sposta attraverso il materiale durante l'operazione di fresatura. Questo parametro è cruciale perché influisce direttamente sulla qualità del lavoro e sulla durata della fresa stessa.
La differenza tra un prodotto mediocre e un capolavoro di precisione non risiede solo nella qualità della macchina, ma nella profonda comprensione dei materiali e nella scelta accurata dei parametri di lavorazione. La fresatura CNC è un processo sottrattivo che trasforma blocchi grezzi in componenti finiti attraverso la rimozione controllata di materiale. Questo processo richiede un delicato equilibrio tra velocità, precisione e qualità della finitura. Prima di immergerci nei dettagli specifici, è fondamentale comprendere i parametri chiave che governano qualsiasi lavorazione CNC.
Ci sono alcuni punti essenziali che è necessario seguire ed alcune “regole” da rispettare. Questi preziosi consigli vengono direttamente da esperti del settore che hanno lavorato per anni in questo campo. Come avrete capito è essenziale determinare la velocità di avanzamento considerando sempre un numero di giri (RPM) adeguato alla fresa, macchina CNC e tipo di lavorazione.
I Fondamentali della Fresatura CNC
Cosa sono i Parametri di Taglio?
- Velocità di rotazione (RPM): Rappresenta il numero di giri al minuto compiuti dall’utensile. Questo parametro influenza direttamente la qualità del taglio e la temperatura generata durante la lavorazione.
- Avanzamento (Feed Rate): Indica la velocità con cui l’utensile si muove attraverso il materiale, misurata generalmente in mm/min.
- Profondità di passata (Depth of Cut): Quantifica quanto profondamente l’utensile penetra nel materiale in un singolo passaggio.
- Passo laterale (Step-over): Definisce la distanza laterale tra percorsi adiacenti dell’utensile, espressa spesso come percentuale del diametro dell’utensile.
- Velocità di taglio (Cutting Speed): Rappresenta la velocità relativa tra il bordo tagliente e il pezzo, misurata in metri al minuto.
- Avanzamento per dente (Chip Load): Misura la quantità di materiale che ogni tagliente dell’utensile rimuove per rotazione, espressa in mm/dente.
L'Importanza di Parametri Corretti
Una velocità di avanzamento troppo elevata può causare la rottura dell’utensile oppure un numero di giri superiore a quelli massimi può surriscaldare e rovinare l’utensile dato l’enorme attrito che viene prodotto durante la lavorazione. Questi errori possono rovinare velocemente la fresa che dovrà essere sostituita. Se la velocità di avanzamento non è calcolata adeguatamente tra: materiale da lavorare, macchinario e fresa utilizzata, il risultato finale del lavoro sarà inevitabilmente compromesso. Un’impostazione errata di velocità, avanzamenti o profondità di passata può tradursi rapidamente in usura catastrofica dell’utensile, incrudimento superficiale del pezzo o finiture inaccettabili.
Fattori Chiave per l'Impostazione dei Parametri
Valutare il Tipo di Materiale
La velocità di avanzamento deve essere adattata al tipo di materiale che si intende lavorare. Materiali diversi richiedono velocità di avanzamento diverse. Tendenzialmente più duro e resistente è il materiale, minore sarà la velocità di avanzamento.
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Il Diametro e la Condizione della Fresa
Considerare il Diametro della Fresa: Il diametro della fresa influisce sulla velocità di avanzamento ottimale. In oltre il valore massimo della velocità di rotazione dipende dal diametro della fresa: maggiore sarà il diametro e minore sarà la velocità massima consentita. Quando acquisti una fresa chiedi sempre al tuo fornitore o esperto di fiducia qual è il valore massimo della velocità di rotazione e se lui non è in grado di risponderti….
La fresa è in buone condizioni? Consigliamo di sostituire l’utensile con uno nuovo dopo diverse affilature. Una fresa usurata o che è stata affilata tante volte non può lavorare al meglio. La pinza ed il mandrino sono puliti? Sono stati montati correttamente? Un' eccessiva eccenticità (o in inglese Run-out) porta ad avere un carico di taglio (spessore di truciolo) non uniforme: un dente asporterà più materiale degli altri.
Profondità di Taglio e Avanzamento
La Profondità di Taglio: Questo parametro influisce sulla velocità di avanzamento. Maggiore sarà il suo valore e maggiore sarà lo sforzo sulla fresa, con il rischio maggiore di rottura. La regola pratica che devi ricordarti è di non superare la metà dell’altezza del tagliente oppure 2 volte il diametro della fresa.
Maggiore è il numero di taglienti ed eliche della fresa e maggiore sarà la capacità di finitura e di scarico del truciolo, quindi anche l’avanzamento. Consiglio: se aumenti la velocità di rotazione, aumenterai anche la velocità di avanzamento.
Altri Aspetti Cruciali
Considerare il corretto serraggio dell’utensile sulla macchina: Ci sono delle normative europee da rispettare sulla corretta stretta della fresa sulla pinza, la EN847-1 per esempio delinea i requisiti di sicurezza degli utensili da fresatura e delle lame circolari per la lavorazione del legno. Questa normativa definisce qual è la lunghezza minima di serraggio dell’utensile sotto il quale non si può lavorare. Tutte le frese Klein hanno un apposito segno per il corretto serraggio - vedi immagine.
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Presetting degli utensili: Vuoi aumentare l’efficienza della macchina CNC? Il settaggio della fresa prima di montarla è la via giusta da seguire. La nostra azienda Sistemi collabora con la m. conti, produttore di strumenti di misura con un’esperienza decennale nel settore. Non sottovalutate l’importanza di settare adeguatamente le frese prima del montaggio e controllarle dopo diverso per avere dei dati precisi sulla loro integrità.
Consultare le Raccomandazioni del Produttore: Il manuale del produttore è la prima “guida” da valutare in caso di dubbi. Possono esserci consigli preziosi per determinare la velocità di avanzamento. Tutti i nostri Coni portautensili sono marcati indicando i "Giri Max", se si superano i giri massimi, non possiamo garantire le stesse performance della velocità ottimale. Nel nostro catalogo consigliamo la velocità di avanzamento ottimale, vedi per esempio pag.
Sperimentare e Testare: Ricordiamo che non esiste una formula precisa ed universale per trovare la velocità di avanzamento perfetta, quindi sperimentare e fare dei test è utile per capire come lavorare al meglio. Monitorare la Temperatura: Sappiamo che non è di uso comune anche se dovrebbe essere uno standard. Di nuovo vi consigliamo: Sperimentate, sì, ma con tutte le precauzioni e adeguamenti e poi monitorate attentamente il lavoro che ottenete, i dati ed in base a quelli trovate il giusto risultato per la vostra CNC e il vostro lavoro. La capacità di adattare la velocità di avanzamento alle esigenze di uno specifico progetto è quello che distingue i professionisti, un buon lavoro di CNC è preciso, pulito ed efficiente.
Come si scelgono giri e avanzamento? Tornitura e fresatura
Ascoltare il Suono: Il macchinario CNC non deve vibrare o muoversi in maniera anomala. Un suono irregolare è un campanello di allarme che indica qualche tipo di malfunzionamento o anomalia.
La Fresatura del Legno: Comprendere il Materiale e i Parametri Specifici
La lavorazione CNC del legno è un’arte che combina precisione meccanica e conoscenza della materia prima. I prodotti in legno sono alla base delle lavorazioni con fresatrici CNC. Le tabelle dei parametri riportate di seguito coprono l'intera gamma di materiali a base di legno lavorati nella produzione di mobili, armadi, insegne e elementi architettonici. Tutti i valori si basano sull'utilizzo di utensili in metallo duro con taglienti affilati, una macchina a portale rigida e un efficace sistema di aspirazione delle polveri. Una fresatrice CNC che taglia il compensato a 15 metri al minuto non può tagliare l'acrilico alla stessa velocità senza fonderne il bordo. Una velocità di avanzamento che produce una finitura pulita nel legno massello di acero strapperà la venatura superficiale della quercia rossa.
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Per capire perché un parametro funziona, l'operatore deve capire come si rompe il materiale. Legno, plastica, schiuma e pietra si rompono ciascuno con un meccanismo diverso, e tale meccanismo determina il carico di truciolo ammissibile, la geometria ottimale dell'utensile e la finitura superficiale risultante.
Meccanismo di Frattura del Legno
Il legno è un materiale composito naturale costituito da fibre di cellulosa legate dalla lignina. Quando il tagliente rotante impatta sulla parete cellulare di una cellula del legno, la parete si frattura lungo la direzione delle fibre, non lungo la traiettoria del tagliente. Questa anisotropia spiega perché il taglio in concordanza (in cui la direzione di rotazione del tagliente corrisponde alla direzione di avanzamento) produce un bordo più pulito sul legno rispetto al taglio convenzionale: nel taglio in concordanza, lo spessore del truciolo parte da un valore massimo e diminuisce, comprimendo le fibre del legno prima di tranciarle. Nel taglio convenzionale, il truciolo parte da uno spessore nullo, sfrega, poi si incastra sotto la fibra, sollevandola e lacerandola.
Secondo la ricerca fondamentale sulla lavorazione del legno pubblicata in Scienza e tecnologia del legno lo spessore critico del truciolo per un taglio netto del legno duro è di circa 0.05 mm. Al di sotto di questa soglia, l'utensile sfrega anziché tagliare, generando calore da attrito che brucia la superficie del legno. Le tabelle dei parametri in questa guida mantengono il carico del truciolo al di cui sopra questo minimo per ogni tipo di legno.
Fisica della Fresatura del Legno: Meccanismi di Rottura e Requisiti
| Classe Materiale | Meccanismo di Fallimento | Vincolo del Parametro Critico | Modalità di Usura dell'Utensile Dominante | Requisiti del Refrigerante |
|---|---|---|---|---|
| Legno (legno duro, legno tenero, compensato, MDF) | Frattura delle fibre lungo la venatura; formazione di schegge per compressione-taglio | Il carico di trucioli deve superare 0.05 mm per evitare bruciature da sfregamento. | Opacizzazione dei bordi dovuta a silice ed estrattivi; usura abrasiva | Nessuno (solo aspirazione della polvere) |
Parametri per Legno Massello
Il legno massello di latifoglie ha una densità che varia da circa 400 kg/m³ (tiglio) a oltre 1,000 kg/m³ (legno di guaiaco), con conseguenti variazioni nella forza di taglio e nella velocità di avanzamento ottimale. Secondo gli standard ISO 3129 per il campionamento del legno, le proprietà meccaniche, tra cui densità, modulo di rottura e durezza Janka, determinano direttamente il carico di truciolo e la velocità di taglio ammissibili. La tabella seguente fornisce le impostazioni per i legni duri più comunemente lavorati con fresatrici CNC.
Matrice di processo: densità delle specie di legno duro e controlli dinamici del percorso utensile
| Specie Di Legno | Densità (kg / m³) | Tipo di Strumento | Diametro Utensile (mm) | Giri Mandrino | Velocità di Avanzamento (mm/min) | Profondità per Passaggio (mm) | Passo Sopra (%) | Note |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tiglio | 415 | Carburo a 2 taglienti | 6.35 | 18,000 | 4,000-5,500 | 6-8 | 40-50 | Leggera forza di taglio; lavorazione rapida; eccellente per la scultura 3D |
| Acero morbido | 550 | Carburo a 2 taglienti | 6.35 | 16,000 | 3,500-4,500 | 5-6 | 40 | Densità uniforme; mobili di pregio, componenti per strumenti musicali |
| Acero duro | 705 | Carburo a 2 taglienti | 6.35 | 14,000 | 2,500-3,500 | 3-4 | 35-40 | Denso; richiede un utensile affilato; tende a bruciarsi con punte smussate. |
| Ciliegia | 560 | Carburo a 2 taglienti | 6.35 | 16,000 | 3,000-4,000 | 5-6 | 40 | Lavorazione impeccabile; dettagli nitidi; basso contenuto di estrattivi |
| Noce | 610 | Carburo a 2 taglienti | 6.35 | 15,000 | 3,000-3,800 | 4-5 | 40 | Densità media; gli oli naturali lubrificano leggermente tagliati |
| Red Oak | 700 | Carburo a 2 taglienti | 6.35 | 14,000 | 2,200-3,000 | 3-4 | 35-40 | Grana aperta; il contenuto di silice provoca usura degli utensili; aspettati una durata degli utensili più breve |
| Quercia bianca | 750 | Carburo a 2 taglienti | 6.35 | 13,000 | 2,000-2,800 | 3-4 | 35 | Alto contenuto di tannini; reagisce con il ferro; utilizzare utensili in acciaio inossidabile o rivestiti se si teme la formazione di macchie. |
| Mogano (autentico) | 550-650 | Carburo a 2 taglienti | 6.35 | 15,000 | 3,000-4,000 | 5-6 | 40 | Lavorazione eccellente; uniforme; minima scheggiatura |
| Teak | 650 | Carburo a 2 taglienti | 6.35 | 13,000 | 2,000-2,800 | 3-4 | 35 | Elevato contenuto di silice; rapida usura degli utensili; gli oli naturali possono influire sulla finitura |
Per la lavorazione 3D con utensili a punta sferica, la percentuale di sovrapposizione (step-over) controlla direttamente la finitura superficiale. Una sovrapposizione del 10% con un utensile a punta sferica da 6.35 mm produce una finitura che richiede una levigatura minima; una sovrapposizione del 5% può eliminare completamente la levigatura a costo di tempi di lavorazione significativamente più lunghi. La relazione tra sovrapposizione e altezza della cuspide è geometrica: altezza della cuspide = sovrapposizione² / (8 × raggio dell'utensile).
Parametri per Legno Tenero
Il legno tenero presenta due sfide: l'ampia variazione di densità tra gli strati di legno primaverile e tardivo e il contenuto di resina che intasa i taglienti. Gli utensili devono rimanere affilati; un utensile smussato comprime il legno tenero primaverile anziché tagliarlo, producendo una superficie ruvida.
Matrice di processo: densità delle specie di legno tenero e velocità di avanzamento della fresatura del percorso utensile
| Specie Di Legno | Densità (kg / m³) | Tipo di Strumento | Diametro Utensile (mm) | Giri Mandrino | Velocità di Avanzamento (mm/min) | Profondità per Passaggio (mm) | Note |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Pino (bianco) | 400-450 | Carburo a 2 taglienti | 6.35 | 18,000 | 4,000-5,000 | 6-8 | Strumento per gomme resinose; pulire regolarmente le punte con un solvente |
| Pino (giallo) | 520 | Carburo a 2 taglienti | 6.35 | 16,000 | 3,000-4,000 | 5-6 | Contiene una quantità di resina maggiore rispetto al pino bianco; è più duro per gli utensili. |
| Cedro (rosso occidentale) | 370 | Carburo a 2 taglienti | 6.35 | 18,000 | 4,500-6,000 | 8-10 | Molto morbidi; bassa forza di taglio; oli aromatici |
| Douglas | 510 | Carburo a 2 taglienti | 6.35 | 16,000 | 3,000-4,000 | 5-6 | Contrasto di venature pronunciato; il legno di conifera si strappa facilmente se l'utensile è smussato. |
| Abete | 420 | Carburo a 2 taglienti | 6.35 | 18,000 | 4,000-5,000 | 6-8 | Uniforme; ideale per le tavole armoniche degli strumenti musicali |
Prodotti in Legno Ingegnerizzato
I pannelli ingegnerizzati presentano sfide diverse rispetto al legno massello. OSB: Consigliato l’uso di sistemi di aspirazione potenziati (min. Particolarmente indicate per operazioni di sgrossatura aggressiva. La geometria a elica 35° (HSS-Co 8%) permette un’evacuazione efficiente dei trucioli in lavorazioni profonde (>15 mm). Indispensabili per lavorazioni bilaterali su materiali stratificati. Per legni con resina >2% (es.
I materiali non metallici - legno, plastica, schiuma, compositi e pietra - reagiscono all'utensile di taglio in modi fondamentalmente diversi perché le loro strutture interne differiscono a livello microscopico. Il legno è fibroso e anisotropo. I valori sono tratti dai database di taglio documentati dei principali produttori di macchine utensili e convalidati rispetto alle proprietà meccaniche di ciascun materiale, come pubblicato negli standard ISO e ASTM. Che si utilizzi una fresatrice per legno a piano fisso, una macchina per intaglio della schiuma a 5 assi o un portale per incisione su pietra, le tabelle che seguono forniscono punti di partenza pronti per la produzione. Per le officine che gestiscono inventari di materiali diversificati sul sistema integrato di YIHAICNC Piattaforme per fresatura CNC e lavorazione laser, questo riferimento di parametro consente un rapido cambio di lavoro senza scarti dovuti a tentativi ed errori.
Dinamica del Movimento e Aspetti Avanzati
- Accelerazione e suo impatto sulla velocità di avanzamento effettiva
- Fresatura in concordanza vs. fresatura convenzionale per materiali non metallici
- Efficacia del fissaggio sottovuoto in base al tipo di materiale
Considerazioni Pratiche e Risoluzione Problemi
Approcci Amatoriali e Professionali
Dovremmo eseguire delle lavorazioni (prototipali) sul legno e non essendo degli esperti ci siamo rivolti ai rappresentanti di utensili ed abbiamo cercato nella rete per sapere come impostare le macchine. Nel campo amatoriale, dove i diametri delle frese sono relativamente piccoli, è necessario attenersi ai valori sperimentali consigliati da chi produce gli utensili ed effettuare prove. In linea generale i parametri che hai esposto sono "fattibili", tuttavia per entrare nel merito bisognerebbe capire meglio le condizioni di taglio delle frese: materiale, conformazione del pezzo, struttura macchina, mandrino... PS: non ti devi vergognare di nulla. Stai facendo delle prove per imparare! Nessuno nasce imparato... Anche il sottoscritto ha fatto i suoi "pasticci" (e di tanto in tanto li fa tutt'ora) prima di arrivare a scrivere quello che ho scritto.
Chiarimenti su RPM e Avanzamento
Eppure mi sembrano enormi perché una fresa diametro 6 mm con una Vt di 30mm/s dovrebbe girare a 95'000rpm, ma chi ci arriva, più di 30'000rpm la mia fresatrice non fa. Secondo me sono valori che si riferiscono a frese con diametri oltre i 100-120 mm come ho visto su altre tabelle analoghe. Sono le velocità periferiche risultanti in base ai giri ed al diametro della fresa, riportate in un diagramma logaritmico dove il diametro minimo sarebbe 10 mm ma con una velocità massima risultante (a 24000 rpm) di circa 11 m/s, molto distante da quella da loro consigliata (da 30 a 90) in base solo al materiale ed all'utensile. Infatti la massima velocità /90 m/s) la puoi avere solo con una fresa a partire dal diametro di 80 mm. La seconda formula dell'avanzamento invece non è corretta, in quanto i costruttori forniscono l'avanzamento al dente fz (salvo diversa indicazione). Percui 0,012 mm è la quantita di materiale che OGNI dente può asportare ad ogni giro. Spero di essere stato chiaro.
Io leggo mm/tooth . In inglese "tooth" significa dente; il plurale denti diventa "teeth". Dalle pagine di catalogo non è chiarissimo ma, da quello che capisco e dalle velocità di taglio riferite ai materiali, credo si parli di frese in Metallo Duro -MD- (Hard Metal - HM in inglese). Sono frese che consentono velocità di taglio 40-50% superiori a quelle delle classiche frese in HSS-E-Co5 (8). Come avanzamento al dente non cambia tra le due tipologie di frese.
Domande Frequenti
- Perché la mia fresa brucia il legno anche con i parametri consigliati?
- Posso usare la stessa punta di compressione per il compensato e per il truciolato melaminico?
- Come posso ottenere un bordo pronto per la verniciatura su MDF senza carteggiare?