Questo articolo è il seguito del primo articolo sulle innovazioni tecnologiche nel campo della Tornitura CNC, consultabile qui

La tecnologia a 5 assi

Le prestazioni di lavorazione a 5 assi consentono la produzione di varie parti complesse in modo più  conveniente. Il movimento coordinato consente la produzione di più elementi complessi in modo più efficiente poiché le loro configurazioni vengono drasticamente ridotte, vengono raggiunte velocità di taglio più elevate, vengono generati percorsi utensile più efficienti e sono possibili migliori finiture superficiali.

Utilizzando la tecnologia a 5 assi anziché  quella convenzionale a 3 assi, è necessario un numero inferiore di configurazioni per creare una parte con geometria complessa.

Mentre si utilizza una macchina a 5 assi, la macchina e la parte in movimento consentono allo strumento di taglio di rimanere tangente alla superficie di taglio. La riduzione di costi e tempi di ciclo sono raggiunti perché è possibile rimuovere più materiale con ciascun punto utensile; inoltre l’utilizzo delle prestazioni a 5 assi sulla geometria sagomata consente di ottenere finiture superficiali migliori.

Controller con CPU ultraveloce

Tra le innovazioni, in ambito CNC, vale la pena sottolineare i controller con CPU ultraveloce. Il nuovo tipo di CPU garantisce ai controller velocità  operative superiori rispetto agli standard, migliorando l’output del sistema. La rapida elaborazione del programma CNC garantisce tempi di ciclo molto bassi mentre la maggiore potenza del PLC supporta l’elaborazione ad alta velocità di programmi a scala articolata. L’utilizzo della fibra ottica per la trasmissione dei dati massimizza la comunicazione ottica tra CNC e azionamenti e consente di perfezionare la reattività del sistema e la precisione della lavorazione. La nuova CPU diminuisce anche la quantità di componenti aggiuntivi da adottare per l’implementazione dell’applicazione. Ciò si traduce in un minor numero di possibili fonti di errore e in un miglioramento della qualità del prodotto, oltre a una riduzione dei costi. Grazie alle nuove funzioni, il CNC consente di gestire in modo efficiente sia le operazioni di tornitura che quelle di fresatura.

Il controllo multiasse / multicanale migliorato, consente di ottenere un’ulteriore riduzione dei tempi di ciclo e una sincronizzazione ottimizzata tra i canali. In una nuova serie di questo modello, viene offerto un controllo di 4a generazione per lavorazioni ad alta velocità, precisione e qualità. La nuova regolazione comprende funzioni volte a ridurre i tempi di ciclo in caso di accelerazione / decelerazione simultanea e raggiunge una sensibile riduzione delle vibrazioni della macchina durante la lavorazione ad alta velocità. La nuova regolazione offre maggiore precisione con gli stessi tempi di lavorazione o la stessa precisione con tempi di lavorazione più brevi. Gli innovativi centri di tornitura stanno iniziando a essere dotati di servomotori anziché motori mandrino per utensili rotanti. Utilizzando ciascuno dei servo-assi che equipaggiano unità multi-ibride come dei veri e propri utensili rotanti si sta contribuendo alla riconfigurazione delle macchine utensili, con indubbi vantaggi in termini di costi.

La gestione del programma è semplificata da un display touchscreen capacitivo. Le icone visualizzate nel display consentono di richiamare rapidamente funzioni e menu operativi, le icone degli strumenti mostrano la geometria dell’utensile, il suo stato e la direzione del puntamento mentre la funzione di controllo grafico in 3D supporta un’avanzata simulazione grafica tridimensionale per verificare programmi di lavorazione più complessi. Tra i top gamma, un nuovo modello si avvale di un display verticale da 19 pollici con schermo suddiviso in due finestre di visualizzazione indipendenti, ognuna delle quali può mostrare una tastiera software, un visualizzatore di documenti o altre applicazioni. Inoltre, sono disponibili modelli CNC che gestiscono diversi livelli di accesso impostati per singoli operatori, per migliorare la sicurezza di dati e macchine e per evitare errori operativi.

Cresce il mercato delle macchine CNC: su scala globale raggiungerà il valore di 81 miliardi di Euro entro il 2024, passando dai 45 miliardi di valore del 2015. Le innovazioni in questo settore puntano a ridurre i costi di installazione e manutenzione, e porteranno ad un’ulteriore evoluzione del settore.

Il fattore principale che guida la crescente adozione nell’intero settore manifatturiero delle macchine CNC è la loro capacità di contribuire a ridurre gli errori umani e a produrre elementi in modo efficiente. Le funzioni di controllo e programmazione di macchine avanzate, abilitate all’uso di macchine a controllo numerico, incoraggiano sempre più l’adozione di questi sistemi in numerosi settori.

I protagonisti del mercato

Secondo il rapporto di Transparency Market Research, il mercato globale di CNC offre una realtà ben definita: le cinque società “Top” (Fanuc Corporation, Haas Automation, Heidenhain, Siemens AG e Mitsubishi Electric) hanno rappresentato quasi il 60% del mercato complessivo nel 2015.

Questa condizione determina una forte competitività tra i protagonisti. Tali aziende manifatturiere sono impegnate nello sviluppo di prodotti all’avanguardia e innovativi, per mantenere il loro ruolo significativo sul mercato. Anche l’attenzione dei clienti sullo sviluppo di sistemi interconnessi è cresciuta.

Una delle cinque società, che deteneva quasi il 25% del mercato nel 2015, si è concentrata sullo sviluppo di prodotti innovativi seguendo la strategia aziendale chiave. Nel 2016, ad esempio, l’azienda ha presentato una linea di prodotti integrata con CNC per consentire alle aziende di fare affidamento su migliori strutture di automazione industriale e consentire ai produttori di macchine utensili di creare funzioni uniche. Una seconda azienda ha rilasciato una nuova generazione di CNC con un’interfaccia utente migliorata per consentire una migliore esperienza di navigazione.

Strumenti sempre più intelligenti

Le piattaforme software user-friendly stanno rivoluzionando l’industria manifatturiera, fornendo implementazioni in termini di tolleranze e finiture, e consentendo l’aggiunta di caratteristiche su iniziativa dei progettisti o dei clienti.

Nell’ambito della fresatura, la dimensione del componente è limitata dalle prestazioni della macchina e dalla profondità di taglio richiesta da una funzione.

Le funzioni di tornitura consentono di eseguire con successo componenti fino a un diametro di 18 “(457,2 mm), ma è possibile eseguire pezzi più grandi in casi speciali.

La scelta dei materiali è fondamentale per determinare la funzione e il costo del pezzo. L’ingegnere deve definire le caratteristiche importanti per il design del materiale, la durezza, la rigidità, la resistenza chimica, la termo-resistenza e la stabilità termica, solo per citarne alcuni.

Oggi è consentito considerare un’ampia varietà di materiali plastici e materiali metallici personalizzati su richiesta.

È possibile creare disegni semplici o con forme più complesse con fessure e spazi utilizzando il processo di lavorazione CNC. Se il componente è più complesso, ovvero geometrie sagomate o più facce da tagliare, è anche più costoso, a causa dell’ulteriore installazione o del tempo di taglio del pezzo sulla macchina.

Questo articolo è il seguito del primo articolo sulle operazioni di fresatura, consultabile qui
Di seguito descriviamo le operazioni di fresatura, nello specifico spiegheremo come la scelta degli utensili e dei parametri di taglio vanno ad influenzare il calore nel processo di taglio.

Spessore del truciolo e problemi termici

La profondità di taglio radiale, l’angolo del tagliente, la velocità di avanzamento e lo spessore del truciolo oltre alla velocità di taglio influiscono sui carichi termici della fresatura. Lo spessore del truciolo influisce sulle condizioni termiche generali: se i trucioli sono troppo spessi, i carichi risultanti possono generare calore e trucioli in eccesso o rompere i bordi taglienti. Quando invece i trucioli sono troppo sottili, il taglio avviene su una porzione più piccola del tagliente e un maggiore attrito e calore si traducono in una rapida usura degli utensili.

I trucioli prodotti dal processo di fresatura cambiano continuamente di spessore quando il tagliente entra ed esce dal pezzo. Di conseguenza, i fornitori di utensili utilizzano il concetto di “spessore medio del truciolo” per calcolare le velocità di avanzamento della fresa. La determinazione della velocità di avanzamento corretta comprende fattori che dipendono dall’arco di innesto della fresa o la profondità di taglio radiale e l’angolo del tagliente sui lavorati. Maggiore è l’arco di innesto, minore è la velocità di avanzamento richiesta per generare lo spessore medio del truciolo desiderato. Allo stesso modo, con un minor ingaggio della fresa, la velocità di avanzamento deve essere maggiore per ottenere lo stesso spessore del truciolo.

L’angolo del tagliente della fresa influisce sullo spessore del truciolo. Lo spessore massimo del truciolo si verifica con un angolo del tagliente di 90 gradi, quindi angoli di taglio minori richiedono una velocità di avanzamento maggiore per ottenere lo stesso spessore medio del truciolo.

Per mantenere lo spessore del truciolo omogeneo e le temperature nella zona di taglio al giusto livello, i progettisti di frese hanno sviluppato fattori di compensazione che richiedono un aumento delle velocità di taglio quando la percentuale di impegno della frizione si riduce.
Dal punto di vista del carico termico, se l’arco di innesto è piccolo, il tempo di taglio potrebbe non essere sufficiente a generare la temperatura minima necessaria per massimizzare la durata dell’utensile. Poiché l’aumento della velocità di taglio genera molto calore, combinando un arco di impegno basso con una velocità di taglio maggiore si può contribuire ad aumentare la temperatura di taglio al livello preferito. Nel complesso, velocità più elevate riducono anche i tempi di lavorazione e aumentano la produttività. D’altra parte, velocità di taglio inferiori riducono le temperature di lavorazione. Se il calore generato in un’operazione è troppo alto, ridurre la velocità di taglio può abbassare le temperature ad un livello accettabile.

In questo articolo descriviamo le operazioni di fresatura, nello specifico spiegheremo come la scelta degli utensili e dei parametri di taglio vanno ad influenzare il calore nel processo di taglio.

Fattori termici nelle operazioni di fresatura

Le temperature generate durante le fasi di fresatura possono incidere sulla qualità del risultato della fresatura stessa. Nella zona in cui il tagliente opera sul materiale del pezzo da lavorare e lo ritaglia si arriva a generare temperature comprese tra 800 e 900 gradi Celsius, se nelle operazioni di tornitura continua, il riscaldamento avviene in modo lineare costante. Al contrario, nella fresatura, i denti di una fresa entrano ed escono in modo intermittente dal materiale del pezzo e la temperatura dei taglienti si alza e si abbassa di conseguenza. Gli elementi del sistema di lavorazione assorbono il calore creato nel taglio dei metalli. Nel dettaglio, il calore si diffonde all’ottanta percento nei trucioli tagliati,  al dieci percento scorre nel pezzo e il restante dieci per cento va nello strumento.

È preferibile che i trucioli incamerino e portino via la maggior parte del calore, poiché le alte temperature riducono la durata dell’utensile e nei casi peggiori, possono arrivare a danneggiare il pezzo in lavorazione.

La diversa conduttività termica dei materiali, così come altri fattori operativi, ha un’influenza significativa sulla distribuzione del calore. Ad esempio:

• la conduttività termica delle superleghe è scarsa;
• quando si lavorano pezzi con scarsa conduttività, una maggiore quantità di calore si trasferisce nello strumento;
• i materiali più duri producono più calore rispetto ai materiali più morbidi;
• velocità di taglio più elevate aumentano la produzione di calore;
• velocità di avanzamento più elevate allargano l’area del tagliente soggetta a temperature più elevate.

A causa della natura intermittente del processo di fresatura, i denti da taglio generano calore solo per una parte del tempo totale di lavorazione.

I vari processi di fresatura hanno diversi archi di impegno. Ad esempio, nella fresatura Slot, con la presenza di un foro, i taglienti trascorrono metà del tempo di lavorazione nel taglio e il calore si accumula rapidamente. Tale situazione è distinta dalla fresatura laterale, in cui una percentuale relativamente piccola della fresa è impegnata nel pezzo e i taglienti hanno una maggiore possibilità di dissipare calore nell’aria.

L’eccessivo accumulo di calore nell’utensile ne riduce la durata, causando un’usura o una deformazione. Di contro, molti materiali da taglio devono essere lavorati a temperature superiori ad un livello minimo critico per raggiungere la piena efficienza.

Gli utensili da taglio in metallo duro, sono composti da metalli in polvere resistente, ma allo stesso tempo fragile. Temperature superiori a un certo livello minimo aumentano la resistenza dei materiali in polvere e riducono la loro tendenza alla frattura. Al contrario, quando le temperature di taglio sono troppo basse, lo strumento rimane fragile e si rischia la rottura o la scheggiatura. L’obiettivo è mantenere la lavorazione in una zona ideale di temperatura di taglio.