A Machinazione di Precisione hè un prucessu per caccià materiale da una pezza durante u mantenimentu di finiture à tolleranza stretta. A macchina di precisione hà parechji tippi, cumprese a fresatura, a tornitura è a machinazione per scarica elettrica. Una macchina di precisione oghje hè generalmente cuntrullata cù un Cuntrollu Numericu Computerizatu (CNC).
Quasi tutti i prudutti metallichi utilizanu a machinazione di precisione, cum'è parechji altri materiali cum'è a plastica è u legnu. Queste macchine sò operate da machinisti specializati è furmati. Per chì l'utensile di taglio faci u so travagliu, deve esse spustatu in direzzioni specificate per fà u tagliu currettu. Stu muvimentu primariu hè chjamatu "velocità di taglio". A pezza pò ancu esse spustata, cunnisciutu cum'è u muvimentu secundariu di "alimentazione". Inseme, questi muvimenti è l'affilatura di l'utensile di taglio permettenu à a macchina di precisione di funziunà.
A machinazione di precisione di qualità richiede a capacità di seguità piani estremamente specifici fatti da prugrammi CAD (cuncepimentu assistitu da computer) o CAM (fabbricazione assistita da computer) cum'è AutoCAD è TurboCAD. U software pò aiutà à pruduce diagrammi o schemi cumplessi tridimensionali necessarii per fabricà un strumentu, una macchina o un ughjettu. Questi piani devenu esse rispettati cun grande dettagliu per assicurà chì un pruduttu mantenga a so integrità. Mentre a maiò parte di e cumpagnie di machinazione di precisione travaglianu cù qualchì forma di prugrammi CAD/CAM, travaglianu sempre spessu cù schizzi disegnati à manu in e fasi iniziali di un cuncepimentu.
A machinazione di precisione hè aduprata annantu à parechji materiali, cumpresi l'acciaiu, u bronzu, a grafite, u vetru è i plastichi, frà altri. Sicondu a dimensione di u prugettu è i materiali da aduprà, seranu aduprati diversi strumenti di machinazione di precisione. Pò esse aduprata qualsiasi cumminazione di torni, fresatrici, trapani, seghe è smerigliatrici, è ancu a robotica à alta velocità. L'industria aerospaziale pò aduprà a machinazione à alta velocità, mentre chì una industria di fabricazione di strumenti per a lavorazione di u legnu pò aduprà prucessi di incisione è fresatura fotochimica. A pruduzzione di una tiratura, o di una quantità specifica di qualsiasi articulu particulare, pò esse migliaia, o solu uni pochi. A machinazione di precisione richiede spessu a prugrammazione di dispositivi CNC, ciò chì significa chì sò cuntrullati numericamente da computer. U dispusitivu CNC permette di seguità dimensioni esatte in tutta a tiratura di un pruduttu.
A fresatura hè u prucessu di machinazione chì consiste à aduprà frese rotative per caccià materiale da una pezza avanzendu (o alimentendu) a fresa in a pezza in una certa direzzione. A fresa pò ancu esse tenuta à un angulu relativu à l'asse di l'utensile. A fresatura copre una larga varietà di operazioni è macchine diverse, à scale da piccule parti individuali à grandi operazioni di fresatura in serie per impieghi gravosi. Hè unu di i prucessi più cumunimenti usati per a machinazione di parti persunalizate cù tolleranze precise.
A fresatura pò esse fatta cù una larga gamma di macchine utensili. A classa uriginale di macchine utensili per a fresatura era a fresatrice (spessu chjamata mulinu). Dopu à l'avventu di u cuntrollu numericu urdinatore (CNC), e fresatrici si sò evolute in centri di machinazione: fresatrici aumentate da cambiatori automatichi di utensili, magazzini di utensili o caroselli, capacità CNC, sistemi di refrigerazione è involucri. I centri di fresatura sò generalmente classificati cum'è centri di machinazione verticali (VMC) o centri di machinazione orizzontali (HMC).
L'integrazione di a fresatura in l'ambienti di tornitura, è vice versa, hà cuminciatu cù l'utensili motorizzati per i torni è l'usu occasionale di frese per l'operazioni di tornitura. Questu hà purtatu à una nova classa di macchine utensili, macchine multitasking (MTM), chì sò custruite apposta per facilità a fresatura è a tornitura in u listessu inviluppu di travagliu.
Per l'ingegneri di cuncepimentu, e squadre di R&S è i pruduttori chì dipendenu da l'approvvigionamentu di pezzi, a machinazione CNC di precisione permette a creazione di pezzi cumplessi senza trasfurmazioni supplementari. In fatti, a machinazione CNC di precisione permette spessu di fà pezzi finiti nantu à una sola macchina.
U prucessu di machinazione elimina u materiale è usa una larga gamma di strumenti di taglio per creà u disignu finale, è spessu assai cumplessu, di una parte. U livellu di precisione hè migliuratu per via di l'usu di u cuntrollu numericu per computer (CNC), chì hè adupratu per automatizà u cuntrollu di l'arnesi di machinazione.
U rolu di "CNC" in a machinazione di precisione
Aduprendu struzzioni di prugrammazione codificate, a machinazione CNC di precisione permette di taglià è furmà una pezza secondu e specifiche senza intervenzione manuale da parte di un operatore di macchina.
Pigliendu un mudellu di cuncepimentu assistitu da urdinatore (CAD) furnitu da un cliente, un machinista espertu usa un software di fabricazione assistita da urdinatore (CAM) per creà l'istruzzioni per a machinazione di a parte. Basatu annantu à u mudellu CAD, u software determina quali percorsi di l'utensili sò necessarii è genera u codice di prugrammazione chì dice à a macchina:
■ Chì sò i RPM è e velocità di alimentazione curretti
■ Quandu è induve spustà l'utensile è/o a pezza di travagliu
■ Quantu prufondu taglià
■ Quandu applicà u refrigerante
■ Ogni altru fattore ligatu à a velocità, a velocità di avanzamentu è a coordinazione
Un controller CNC usa tandu u codice di prugrammazione per cuntrullà, automatizà è monitorà i movimenti di a macchina.
Oghje, a CNC hè una funzione integrata di una vasta gamma di apparecchiature, da torni, frese è router à EDM à filu (machinazione per scarica elettrica), laser è macchine di taglio al plasma. Oltre à automatizà u prucessu di machinazione è migliurà a precisione, a CNC elimina i compiti manuali è libera i machinisti per supervisà parechje macchine chì funzionanu à u listessu tempu.
Inoltre, una volta chì un percorsu di l'utensile hè statu cuncipitu è una macchina hè prugrammata, pò eseguisce una parte un numeru illimitatu di volte. Questu furnisce un altu livellu di precisione è ripetibilità, chì à u so tornu rende u prucessu assai economicu è scalabile.
Materiali chì sò machinati
Alcuni metalli chì sò cumunemente machinati includenu l'aluminiu, l'ottone, u bronzu, u rame, l'acciaiu, u titaniu è u zincu. Inoltre, u legnu, a schiuma, a fibra di vetru è i plastichi cum'è u polipropilene ponu ancu esse machinati.
In fatti, guasi ogni materiale pò esse adupratu cù a machinazione CNC di precisione - benintesa, secondu l'applicazione è i so requisiti.
Alcuni vantaghji di a machinazione CNC di precisione
Per parechje di e piccule parti è cumpunenti chì sò aduprati in una larga gamma di prudutti fabbricati, a machinazione CNC di precisione hè spessu u metudu di fabricazione di scelta.
Cum'è hè veru per guasi tutti i metudi di tagliu è di machinazione, i diversi materiali si cumportanu in modu diversu, è a dimensione è a forma di un cumpunente anu ancu un grande impattu nantu à u prucessu. Tuttavia, in generale, u prucessu di machinazione CNC di precisione offre vantaghji rispetto à altri metudi di machinazione.
Què hè perchè a machinazione CNC hè capace di furnisce:
■ Un altu gradu di cumplessità di e parte
■ Tolleranze strette, tipicamente da ±0,0002" (±0,00508 mm) à ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Finiture superficiali eccezziunalmente lisce, cumprese finiture persunalizate
■ Ripetibilità, ancu à volumi elevati
Mentre un machinista qualificatu pò aduprà un tornu manuale per fà una parte di qualità in quantità di 10 o 100, chì succede quandu avete bisognu di 1.000 pezzi? 10.000 pezzi? 100.000 o un milione di pezzi?
Cù a machinazione CNC di precisione, pudete ottene a scalabilità è a velocità necessarie per questu tipu di pruduzzione di grande vulume. Inoltre, l'alta ripetibilità di a machinazione CNC di precisione vi dà pezzi chì sò tutti listessi da u principiu à a fine, ùn importa quanti pezzi producete.
Ci sò parechji metudi assai spezializati di machinazione CNC, cumprese l'elettroerosione à filu (machinazione per scarica elettrica), a machinazione additiva è a stampa laser 3D. Per esempiu, l'elettroerosione à filu usa materiali conduttivi - tipicamente metalli - è scariche elettriche per erodere una pezza in forme intricate.
Tuttavia, quì ci cuncentreremu nantu à i prucessi di fresatura è di tornitura - dui metudi sottrattivi chì sò largamente dispunibili è spessu usati per a machinazione CNC di precisione.
Fresatura vs. tornitura
A fresatura hè un prucessu di machinazione chì usa un strumentu di taglio cilindricu rotante per rimuovere u materiale è creà forme. L'attrezzatura di fresatura, cunnisciuta cum'è mulinu o centru di machinazione, realizza un universu di geometrie di pezzi cumplessi nantu à alcuni di i più grandi oggetti di metallu machinati.
Una caratteristica impurtante di a fresatura hè chì a pezza ferma ferma mentre l'utensile di taglio gira. In altre parole, nantu à una fresa, l'utensile di taglio rotante si move intornu à a pezza, chì ferma fissa in u locu nantu à un lettu.
A tornitura hè u prucessu di taglià o di furmà una pezza nantu à un equipagiu chjamatu tornu. Tipicamente, u tornu face girà a pezza nantu à un asse verticale o urizzuntale mentre un strumentu di taglio fissu (chì pò o ùn pò micca esse in giru) si move longu l'asse prugrammatu.
L'arnese ùn pò micca girà fisicamente intornu à a parte. U materiale gira, permettendu à l'arnese di fà l'operazioni prugrammate. (Ci hè un sottoinsieme di torni in i quali l'arnesi giranu intornu à un filu alimentatu da bobina, ma questu ùn hè micca trattatu quì.)
In a tornitura, à u cuntrariu di a fresatura, a pezza gira. U pezzu gira nantu à u mandrinu di u tornu è l'utensile di taglio hè messu in cuntattu cù a pezza.
Machinazione manuale vs. CNC
Mentre chì i mulini è i torni sò dispunibili in mudelli manuali, e macchine CNC sò più adatte per a fabricazione di piccule parti - offrendu scalabilità è ripetibilità per applicazioni chì richiedenu una pruduzzione di grande vulume di parti à tolleranza stretta.
In più di offre macchine simplici à 2 assi in quale l'utensile si move in l'assi X è Z, l'attrezzature CNC di precisione includenu mudelli multiassi in quale a pezza pò ancu muoversi. Questu hè in cuntrastu cù un tornu induve a pezza hè limitata à a rotazione è l'utensili si movenu per creà a geometria desiderata.
Queste cunfigurazioni multiassiali permettenu a pruduzzione di geometrie più cumplesse in una sola operazione, senza richiede un travagliu supplementu da parte di l'operatore di a macchina. Questu ùn solu facilita a pruduzzione di pezzi cumplessi, ma riduce o elimina ancu a pussibilità d'errore di l'operatore.
Inoltre, l'usu di refrigerante à alta pressione cù una machinazione CNC di precisione assicura chì i trucioli ùn entrenu micca in l'opere, ancu quandu si utilizza una macchina cù un mandrinu orientatu verticalmente.
Frese CNC
Diverse fresatrici varianu in e so dimensioni, cunfigurazioni di l'assi, velocità di avanzamentu, velocità di taglio, direzzione di avanzamentu di fresatura è altre caratteristiche.
Tuttavia, in generale, e frese CNC utilizanu tutte un mandrinu rotante per taglià u materiale indesideratu. Sò aduprate per taglià metalli duri cum'è l'acciaiu è u titaniu, ma ponu ancu esse aduprate cù materiali cum'è a plastica è l'aluminiu.
I fresatrici CNC sò custruiti per a ripetibilità è ponu esse aduprati per tuttu, da a prototipazione à a pruduzzione di grande vulume. I fresatrici CNC di precisione di alta gamma sò spessu aduprati per travaglii di tolleranza stretta cum'è a fresatura di stampi è matrici fini.
Mentre a fresatura CNC pò furnisce un tempu di consegna rapidu, a finitura cum'è fresata crea pezzi cù marchi di strumenti visibili. Pò ancu pruduce pezzi cù qualchi bordi affilati è bave, dunque ponu esse necessarii prucessi supplementari se i bordi è e bave ùn sò micca accettabili per quelle caratteristiche.
Benintesa, l'arnesi di sbavatura prugrammati in a sequenza sbavaranu, ancu s'elli righjunghjenu di solitu u 90% di u requisitu finitu à u massimu, lascendu alcune caratteristiche per a finitura manuale finale.
In quantu à a finitura superficiale, ci sò strumenti chì producenu micca solu una finitura superficiale accettabile, ma ancu una finitura speculare nantu à e parte di u pruduttu di travagliu.
Tipi di fresatrici CNC
I dui tipi basi di fresatrici sò cunnisciuti cum'è centri di machinazione verticali è centri di machinazione urizzuntali, induve a differenza primaria hè in l'orientazione di u mandrinu di a macchina.
Un centru di machinazione verticale hè una fresa in a quale l'asse di u mandrinu hè allinatu in una direzzione di l'asse Z. Queste macchine verticali ponu esse divise in dui tipi:
■ Frese à lettu, in quale u mandrinu si move parallelamente à u so propiu asse mentre a tavola si move perpendicolarmente à l'asse di u mandrinu
■ Frese à torretta, in quale u mandrinu hè fissu è a tavola hè mossa in modu chì sia sempre perpendiculare è parallela à l'asse di u mandrinu durante l'operazione di taglio
In un centru di machinazione orizzontale, l'asse di u mandrinu di a fresa hè allinatu in una direzzione di l'asse Y. A struttura orizzontale significa chì queste frese tendenu à occupà più spaziu in u pianu di l'officina meccanica; sò ancu generalmente più pesanti è più putenti di e macchine verticali.
Una fresa horizontale hè spessu aduprata quandu hè necessaria una finitura superficiale megliu; questu hè perchè l'orientazione di u mandrinu significa chì i trucioli di taglio cascanu naturalmente è sò facilmente rimossi. (Cum'è un benefiziu supplementu, una rimozione efficiente di i trucioli aiuta à aumentà a durata di vita di l'utensile.)
In generale, i centri di machinazione verticali sò più diffusi perchè ponu esse putenti cum'è i centri di machinazione urizzuntali è ponu trattà pezzi assai chjuchi. Inoltre, i centri verticali anu un ingombru più chjucu cà i centri di machinazione urizzuntali.
Frese CNC multiassiali
I centri di fresatura CNC di precisione sò dispunibili cù parechji assi. Una fresa à 3 assi utilizza l'assi X, Y è Z per una larga varietà di travagli. Cù una fresa à 4 assi, a macchina pò rotà nantu à un asse verticale è orizzontale è spustà u pezzu per permette una machinazione più cuntinua.
Una fresa à 5 assi hà trè assi tradiziunali è dui assi rotativi supplementari, chì permettenu di rotà a pezza mentre a testa di u mandrinu si move intornu à ella. Questu permette di machinà cinque lati di una pezza senza caccià a pezza è resettà a macchina.
Torni CNC
Un tornu - chjamatu ancu centru di tornitura - hà unu o più mandrini, è assi X è Z. A macchina hè aduprata per rotà una pezza nantu à u so asse per eseguisce diverse operazioni di taglio è di modellatura, applicendu una vasta gamma di strumenti à a pezza.
I torni CNC, chì sò ancu chjamati torni à utensili in diretta, sò ideali per creà pezzi cilindrici o sferichi simmetrici. Cum'è e frese CNC, i torni CNC ponu trattà operazioni più chjuche cum'è a prototipazione, ma ponu ancu esse cunfigurati per una alta ripetibilità, supportendu una pruduzzione di grande vulume.
I torni CNC ponu ancu esse stallati per una pruduzzione relativamente senza mani, ciò chì li rende largamente aduprati in l'industrie automobilistiche, elettroniche, aerospaziali, robotiche è di dispositivi medichi.
Cumu funziona un tornu CNC
Cù un tornu CNC, una barra bianca di materiale hè caricata in u mandrinu di u fusu di u tornu. Stu mandrinu mantene a pezza in u locu mentre u fusu gira. Quandu u fusu righjunghji a velocità necessaria, un strumentu di taglio stazionariu hè messu in cuntattu cù a pezza per rimuovere u materiale è ottene a geometria curretta.
Un tornu CNC pò fà una quantità d'operazioni, cum'è a perforazione, a filettatura, a foratura, l'alesatura, a sfaccettatura è a tornitura conica. Diverse operazioni richiedenu cambiamenti d'utensili è ponu aumentà u costu è u tempu di messa in opera.
Quandu tutte l'operazioni di machinazione necessarie sò cumpletate, a parte hè tagliata da u stock per una trasfurmazione ulteriore, se necessariu. U tornu CNC hè tandu prontu à ripete l'operazione, cù pocu o nisun tempu di preparazione supplementu generalmente necessariu trà mezu.
I torni CNC ponu ancu accoglie una varietà di alimentatori automatichi di barre, chì riducenu a quantità di manipulazione manuale di materie prime è furniscenu vantaghji cum'è i seguenti:
■ Riduce u tempu è u sforzu richiesti à l'operatore di a macchina
■ Sustene a barra di travagliu per riduce e vibrazioni chì ponu influenzà negativamente a precisione
■ Permette à a macchina utensile di funziunà à velocità ottimali di u mandrinu
■ Minimizà i tempi di cambiamentu
■ Riduce u sprecu di materiale
Tipi di torni CNC
Ci hè parechji tippi di torni, ma i più cumuni sò i torni CNC à 2 assi è i torni automatichi di stile cinese.
A maiò parte di i torni CNC cinesi utilizanu unu o dui mandrini principali più unu o dui mandrini posteriori (o secundarii), cù u trasferimentu rotativu rispunsevule di u primu. U mandrinu principale esegue l'operazione di machinazione primaria, cù l'aiutu di una boccola di guida.
Inoltre, certi torni di stile cinese sò dotati di una seconda testa di utensili chì funziona cum'è una fresa CNC.
Cù un tornu automaticu CNC di tipu China, u materiale di basa hè alimentatu attraversu un mandrinu à testa scorrevole in una boccola di guida. Questu permette à l'utensile di taglià u materiale più vicinu à u puntu induve u materiale hè supportatu, rendendu a macchina China particularmente benefica per pezzi torniti longhi è snelli è per a microlavorazione.
I centri di tornitura CNC multiassiali è i torni di stile cinese ponu realizà parechje operazioni di machinazione cù una sola macchina. Questu li rende una opzione economica per geometrie cumplesse chì altrimenti richiederebbenu parechje macchine o cambiamenti di utensili cù apparecchiature cum'è una fresa CNC tradiziunale.