Tecnologia lavorazione alle macchine utensili

Lavorazione alle macchine utensili
Si definiscono macchine utensili quelle macchine, fornite di motore elettrico, in grado di effettuare lavorazioni su pezzi grezzi, asportando materiale sotto forma di truciolo mediante l’impiego di utensili. L’utensile è un attrezzo di materiale più duro del materiale in lavorazione e perciò capace di penetrarlo e tagliarlo senza scalfirsi o rompersi. Perché si possa effettuare una lavorazione occorre che tra il pezzo e l’utensile si verifichino una serie di moti relativi detti moti di lavoro. I due moti più importanti sono:

• Moto di taglio: assicura l’azione di penetrazione dell’utensile nel pezzo con la conseguente asportazione di truciolo, il suo valore dipende dal materiale da lavorare e dal materiale dell’utensile, il moto di taglio viene definito con la velocità di taglio vt espressa normalmente in m/min;
• Moto di avanzamento o di alimentazione: assicura la continuità  della lavorazione, portando sotto l’azione dell’utensile sempre nuovo materiale da asportare, il moto di avanzamento viene definito con  la relativa  velocità di avanzamento va espressa in mm/min (fresatrice) e mm/giro (tornitura)

Le macchine utensili si differenziano a seconda che questi due moti siano affidati al pezzo o all’utensile oppure a seconda che questi  moti siano circolari o  rettilinei. Le macchine utensili più utilizzate nella lavorazione dei materiali sono:

• Trapano
• Tornio
• Fresatrice

Tornitura
La tornitura è una lavorazione effettuata con una macchina utensile detta tornio. Con questa lavorazione si ottengono pezzi caratterizzati da superfici cilindriche ottenute per rivoluzione intorno ad un asse. Nel tornio il moto di taglio circolare è affidato al pezzo, montato su un mandrino autocentrante, mentre il moto di avanzamento rettilineo è affidato all’utensile montato su carrelli. Il tornio più utilizzato è quello parallelo e le sue parti fondamentali sono:

• basamento. È costituito a una struttura portante in ghisa fusa a forma di bancale nel cui interno sono alloggiati il motore elettrico (lato sinistro), il serbatoio del lubrificante con la pompa di riciclo (al centro), e la centralina elettrica di controllo e comando (parte destra). Nella parte superiore sono ricavate le guide per lo scorrimento del carrello e della testa mobile.
• gruppo testa motrice fissa. Si trova sopra il bancale sulla parte sinistra e comprende l’albero mandrino, le cinghie di trasmissione del moto dal motore, i rotismi per il cambio delle velocità del mandrino e degli avanzamenti dell’utensile comandati dall’esterno mediante maniglie o pomelli.
• mandrino autocentrante. Risulta montato sull’albero mandrino e serve per il bloccaggio, sempre centrato, dal pezzo da lavorare a opera di tre morsetti a chiusura contemporanea.
• gruppo carrelli. È costituito dai seguenti carrelli sovrapposti:
• carro longitudinale: scorre sulle guide del basamento ed è dotato di movimentazione automatica e manuale, viene utilizzato per lavorazioni lungo l’asse (cilindratura, filettature)
• carrello trasversale: scorre su guide ortogonali all’asse del pezzo ed è dotato di avanzamento automatico e manuale, viene utilizzato per lavorazioni ortogonali all’asse( stacciature, gole).
• Carrellino superiore: ruota s una piattaforma girevole ed è dotato di solo avanzamento manuale, viene utilizzato per torniture di superfici coniche.

• torretta portautensili. È a base quadrata e viene posta sopra il carrellino superiore. Ruota intorno a un perno verticale e sui quattro lati può montare, bloccandoli rapidamente mediante leva, gli attrezzi portautensili.
• testa mobile o controtesta. Viene posizionata sulla parte destra del bancale dove scorre su due guide longitudinali. Può essere avvicinata al pezzo per sostenere, mediante contropunta pezzi lunghi durante le lavorazioni.
• gruppo barre. Sono normalmente tre disposte nella parte anteriore del bancale con le seguenti funzioni.
• Madrevite: è la barra superiore, viene utilizzata nell’esecuzione della filettatura per collegare la rotazione del pezzo montato sul mandrino con la traslazione assiale dell’utensile montato sul gruppo carrelli.
• Barra scanalata: è la barra intermedia, serve per la tornitura ottenuta con avanzamento automatico del carro longitudinale o del carrello trasversale.
• Barra rotazione mandrino: è la barra inferiore, consente l’avvio e l’arresto del mandrino autocentrante, da qualsiasi, da qualsiasi posizione mediante una leva scorrevole con il carro longitudinale. Le principali lavorazioni eseguibili al tornio sono:
• Tornitura cilindrica e conica, esterna e interna.
• Sfaccettatura  
• Troncatura
• Foratura e alesatura
• Filettatura esterna e interna

Utensili per la tornitura
Gli utensili utilizzati per la tornitura sono numerosi e con caratteristiche diverse in funzione delle varie lavorazioni a cui sono destinati. L’utensile da tornio è costituito da due parti fondamentali:

• Stelo o gambo, con il quale viene fissato al portautensili
• Testa o nasello, sulla quale vengono ricavati i taglienti che costituiscono la zona attiva.

I materiali con cui si costruiscono gli utensili hanno subito una  grande evoluzione permettendo capacità di taglio sempre più elevate. I materiali più impiegati sono gli acciai superrapidi e i carburi sinterizzati. Gli utensili da tornio vengono definiti destri o sinistri a seconda che il tagliente principale risulti rispettivamente quello verso destra o quello verso sinistra rispetto a chi guarda l’utensile dalla parte della punta. Sempre più utilizzati sono gli utensili da tornio con placchette di carburi fissate meccanicamente allo stelo di acciaio e perciò intercambiabili e utilizzabili su tutti gli spigoli taglienti. Le diverse forme di questi utensili sono previste dalla tabella UNI ISO 1832. La punta dell’utensile deve essere posizionata all’altezza dell’asse del pezzo intervenendo su una vite di regolazione del portautensili. Questa operazione si rende necessaria altrimenti gli angoli di spoglia superiore e inferiore risultano cambiati e l’utensile lavora male.
Parametri di taglio
I parametri di taglio che caratterizzano le lavorazioni al tornio sono la velocità di taglio del pezzo e la velocità di avanzamento dell’utensile.
Velocità di taglio (Vt)
La velocità di taglio (Vt) espressa in m/min, rappresenta la velocità periferica posseduta dalla superficie del pezzo a contatto con l’utensile. Essa viene scelta principalmente in funzione del materiale dell’utensile e di quello da lavorare, ma può essere influenzata da altri fattori come la sezione del truciolo, la forma del pezzo, la lubrificazione e la finitura superficiale. Il valore della velocità di taglio si assume consultando le tabelle. Una volta scelte le velocità di taglio dalle tabelle in m/min, occorre calcolare il numero di giri al minuto (n) da impostare sul tornio in funzione del diametro di tornitura (d), espresso in mm, mediante la formula:
n = 1000. Vt/ 3,14.d                       (giri/min)
Velocità di avanzamento
La velocità di avanzamento (Va), espressa in mm/giro, rappresenta lo spazio percorso dall’utensile a ogni giro del pezzo. Il suo valore dipende principalmente dalla profondità di passata. 
Fresatura
La fresatura è una lavorazione ad asportazione di truciolo effettuata con una macchina (fresatrice) che lavora attraverso un utensile detto fresa. Le operazioni di fresatura consentono di ottenere superfici diverse in funzione del tipo di macchina e di utensile. La fresa è un utensile circolare a tagliente multiplo costruito disponendo su una circonferenza diversi taglienti, che nella rotazione non risultano contemporaneamente impegnati nell’asportazione di truciolo e, pertanto, dopo un periodo di lavoro possono raffreddarsi. Per questo motivo la fresa ha una produttività più alta di quella dell’utensile monotagliente del tornio, cioè asporta più truciolo a parità di tempo. Nella fresatrice il moto di lavoro circolare è affidato all’utensile montato sull’albero portafresa, mentre il moto di avanzamento rettilineo è affidato al pezzo fissato sulla tavola mediante staffe o morsa.

• basamento. È costruito in ghisa fusa a forma di montante. Nel suo interno vengono alloggiati il motore elettrico, la centralina di comando e l’impianto di refrigerazione. Sulla parte anteriore sono ricavate le guide per il movimento verticale del gruppo slitte portapezzo  e nella parte superiore sono ricavati gli ancoraggi delle teste motrici verticale e orizzontale.
• gruppo slitte  e tavola portapezzo. È costituito dalle seguenti slitte sovrapposte, tutte dotate di avanzamento automatico e manuale:
• mensola o slitta inferiore: scorre verticalmente sulle guide del montante ed è azionata da una vite verticale che la sostiene rispetto al basamento,
• slitta trasversale: scorre orizzontalmente su guide ricavate sulla parte superiore della mensola,
• slitta superiore o tavola portapezzo: anche essa scorre orizzontalmente e gira su un perno  centrale con un angolo limitato
• testa motrice verticale. Viene utilizzata per il montaggio delle frese a gambo con asse verticale. Tutta la testa con mandrino girevole può ruotare su una piattaforma graduata rendendo possibile fresare superfici inclinate.

Utensili per la fresatura
Le frese sono gli utensili più complessi tra quelli utilizzati dalle macchine ad asportazione di truciolo. Esse possono essere classificate in funzione del tipo di taglio oppure dalla forma. Le frese vengono costruite in acciaio superrapido in un sol pezzo o con inserti riportati. In quest’ ultimo caso le lame possono essere ancora di acciaio superrapido o di carburi metallici.
Parametri di taglio
I parametri di taglio da assumere per le lavorazioni di fresatura sono la velocità di taglio e la velocità di avanzamento.
Velocità di taglio (Vt)
La velocità di taglio, espressa in m/min, viene scelta dalle tabelle in funzione dei materiali del pezzo da lavorare e dell’utensile. Essa determina la velocità della fresa (n) espressa in giri/min, calcolata in funzione del diametro della fresa (d), espresso in mm, mediante la formula:
n= 1000.Vt/ 3,14.d
Velocità di avanzamento (Va)
La velocità di avanzamento (Va) per le lavorazioni di fresatura viene espressa in mm/min ed è uguale a
n. z. az  (mm/min). Dove n è il numero di giri/min della fresa; z numero di denti della fresa; az valori dell’avanzamento fornito dalle tabelle.