I vantaggi derivanti dall’uso delle macchine a controllo numerico possono essere così sintetizzati:
• Riduzione dei costi diretti di manodopera
• Riduzione dei costi delle attrezzature
• Aumento delle attrezzature
• Aumento della produzione
• Miglioramento della qualità del prodotto
• Riduzione degli scarti
• Aumento della flessibilità della struttura produttiva
• Riduzione di aree occupate in officina (una macchina a CNC può sostituire più macchine tradizionali)
• Certezza di realizzare comunque i tempi di lavorazione preventivati
• Possibilità di affidare ad un solo operatore più macchine.
Oltre a questi vantaggi il CNC ha dato adito ad un ulteriore evoluzione nel campo delle macchine utensili, permettendo di passare dalle tradizionali macchine monoscopo (atte ad un unico tipo di lavorazione) a macchine multiscopo dette anche centri di lavorazione, capaci di fresare, alesare forare e maschiare in un solo ciclo di lavoro, con un solo posizionamento del pezzo. Oltre a queste sono stati successivamente sviluppati centri di lavorazione della lamiera e centri di tornitura. Attualmente i centri di lavoro costituiscono l’elemento meccanico principale dei nuovi sistemi di produzione e rendono possibili quelle flessibilità ed elasticità produttive che si dimostrano indispensabili per la moderna industria manifatturiera.
Le macchine a C.N.C. (controllo numerico computerizzato) sono caratterizzate sinteticamente dalle seguenti peculiarità:
- Realizzazione di particolari meccanici svincolati dalla abilità dell’operatore, quindi riduzione dei tempi di ciclo e rendimenti e precisioni delle lavorazioni costanti.
- Flessibilità nelle lavorazioni in quanto consentono di passare in breve tempo dalla lavorazione automatica di un pezzo o di un lotto ad un altro pezzo o lotto cambiando semplicemente il programma.
- Stabilità (fondazioni e basamento) per resistere a sollecitazioni esterne che possono modificare la precisione delle lavorazioni.
- Rigidità per mantenere elevata precisione nelle lavorazioni anche per elevate forze che vengono trasmesse all’interno della macchina (forze di taglio, forze di inerzia etc.)
- Precisione e rapidità negli spostamenti dovute alle viti a ricircolazione di sfere che hanno consentito di sostituire l’attrito di strisciamento delle classiche guide, all’attrito di rotolamento, mediante l’interposizione di sferette fra vite e chiocciola. Esse consentono peraltro la ripresa degli eventuali giochi causati dal logoramento. L’elevato rendimento e la durezza delle superfici accoppiate permettono di ottenere velocità di posizionamento fino a 30 m/1’, ma soprattutto essendoci assenza di gioco permettono di eseguire asportazioni di truciolo sia in concorde che in discorde.
- Controllo continuo delle velocità grazie all’impiego di motori in c.c., oppure con c.a. a frequenza variabile (inverter), in particolare sui mandrini; sono impiegati anche motori passo-passo specie per il movimento delle slitte. Le velocità di rotazione dei mandrini hanno raggiunto in certe macchine valori di 30000 g/min, ma ormai è abbastanza usuale avere a disposizione velocità di 15000 g/min.
- I trasduttori rilevano istante per istante la posizione reale dell’utensile e la inviano al comparatore che la mette a confronto con la misura da raggiungere a fine corsa. Dal confronto dei due valori emerge una differenza e il comparatore attiva la traslazione mediante il servomotore. Quando la differenza si avvicina allo zero, il servomeccanismo è in grado di regolare il numero dei giri del motore in modo da decelerare gradualmente il moto dell’utensile fino a ridurlo a zero esattamente nelle posizione voluta.
- Dispositivi automatici di cambio utensile, prelevato da un magazzino utensili. Tale cambio avviene in tempi brevissimi; vi sono macchine che lo effettuano in meno di 2 sec. Gli utensili sono contenuti in un magazzino macchina, che può essere a catena, a giostra ecc. e può contenere anche 100 utensili. La maggior parte delle macchine possiede un magazzino utensili ad accesso casuale, in cui ogni utensile, non occupa sempre la stessa posizione da cui è stato prelevato, ma il primo che si rende disponibile in magazzino. E’ ovvio che nella macchina esiste una tabella utensili TS (Tool Simulation) dove per ogni posto si legge l’utensile che vi è contenuto e che viene costantemente aggiornata tramite un opportuno programma. I magazzini a posto fisso hanno un cambio utensili più lento quindi più alti tempi passivi.
- In questo corso saranno trattate macchine con solo tre assi controllati, praticamente il moto delle slitte; in sostanza oggi sono sempre più frequenti macchine che hanno 4,5 e anche 6 assi controllati, esempio una fresa che possiede la tavola girevole (4 asse), la testa della fresa che può ruotare (5 asse), e l’utensile che può uscire dalla testa (6 asse). In tal caso gli assi vengono contraddistinti con le lettere X,Y,Z,U,V,W.
- In quasi tutti i sistemi controllati, si impiegano le cosiddette manopole di “override” che permettono all’operatore macchina di correggere in tempo reale i valori programmati dell’avanzamento e del numero di giri in frazione percentuale. 100% significa che i valori programmati vanno bene, 50% significa che devono essere dimezzati, 150% che devono essere aumentati del 50%. E’ ovvio che dovendo eseguire una filettatura la posizione della manopola deve trovarsi sul 100%. 8Quando si va in macchina ad eseguire il prototipo del pezzo è utile tenere sotto controllo la manopola di “override” per intervenire tempestivamente se qualcosa non va come programmato.
- Ultimato il programma ed inserito questo nella memoria di macchina, questa possiede in genere un software più o meno evoluto che ci permette di simulare graficamente la lavorazione per poter controllare se questa realizza il progetto previsto. La simulazione può essere piana e si vede solo lo spostamento dell’asse della fresa, o lo spostamento della punta dell’utensile nel tornio, ma può essere anche tridimensionale e si vede veramente la lavorazione e la forma assunta dal materiale lavorato.
- E’ evidente che l’impiego di macchine sempre più veloci va di pari passo con l’evoluzione degli inserti in metallo duro per utensili. Le tecniche del rivestimento superficiale (PVD e CVD) vanno sempre più sviluppandosi consentendo prestazioni più elevate. Sono allo studio nuove ceramiche che dovrebbero elevare di molto le velocità già adesso alte, senza contare l’impiego di materiali quali il CBN (nitruro cubico di boro) particolarmente impiegato nella lavorazione di metalli di notevole durezza 50 HRc (temprati) che un tempo dovevano essere lavorati solo con le mole e il PCD ( diamante policristallino ) impiegato nelle lavorazioni di materiali abrasivi non ferrosi che richiedono precisione e finitura superficiale elevate.
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