macchine utensili
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Macchine utensili
Corso di Tecnologia Meccanica 2 – M. Sortino, G.Totis
Corso di Tecnologia Meccanica 2
M. Sortino
Macchine utensili tradizionali• Funzionamento delle macchine e risultati
ottenuti dipendono fortemente
dall’operatore• Tempi passivi molto elevati: montaggio e
smontaggio del pezzo, impostazione dei
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parametri di taglio, cambio degli utensili,…
• Scarsa versatilità: devo cambiarepostazione di lavoro per fare lavorazionecomplessa
• Costo relativamente basso dellamacchina.
Componenti di una macchina utensile• Banchi e montanti: sono la parte strutturale di
una macchina utensile e sono destinati aassorbire le sollecitazioni generate durante iltaglio e a contenere i meccanismi
• Guide: devono permettere gli spostamenti degliorgani della macchina
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lavorazione
• Organi di accoppiamento (frizioni), trasmissione(catene, cinghie) e trasformazione (variatori,glifi, vite-madrevite, …) del moto
• Circuiti oleodinamico
• Circuito elettrico/elettronico
Banchi e montanti• Devono avere elevata rigidità per garantire
precisione dei pezzi prodotti→ costituiti inmateriali ad elevato modulo elastico ed elevatastabilità nel tempo per evitare fenomeni diinvecchiamento
• Possono essere realizzati in ghisa (piccoledimensioni), acciaio o cemento armato (grandi
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dimensioni);
• Basamenti in ghisa, calcestruzzi polimerici o
pietre (graniti naturali o artificiali) hanno unaintrinseca capacità di smorzamento dellevibrazioni maggiore rispetto all’acciaio, anche serichiedono strutture più massicce
• Necessitano di periodo di stagionatura perevitare deformazioni
Banchi e montanti
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Basamento tornio Mazak
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GuideSono gli elementi di una macchina utensile
destinati a garantire agli organi mobili la
possibilità di effettuare il movimentorichiesto
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evono avere una e eva a res s enza
all’usura = utilizzo materiali con durezza
molto elevata (> 500 HB)
Finitura superfic iale eccellente per ridurre
attriti e tolleranze di rettilineità molto strette
GuideRealizzate in ghisa grigia se realizzate nel
basamento e poi temprate in loco mediante
induzione o alta frequenzaPosso essere realizzate anche in acciaio
uide ri ortate e ven ono fissate sulla
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macchina mediante viti o saldatura. Acciai alcarbonio cementati e temprati o nitrurati (>800 HB)
In tempi recenti utilizzate anche guide inacciaio rivestito da materie plastiche (bassoattrito) o da materiali ceramici (bassa usura)
Guide• Guide prismatiche: attrito di tipo radente;
lubrificate con oli(macchine piccole) ograssi (macchine grandi); richiedonosistemi regolazione dei giochi.
• Guide a rotolamento: attrito volvente
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basate su sfere o rulli; sopportano carichi
bassi in quanto inferiore superficie dicontatto;
• Guide a sostentamento idraulico: stratofluido lubrificante; bassa precisione inquanto spessore del fluido non constante.
Guide prismatiche ad attrito radente
a) Guida piana
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c) Guida prismatica interna
d) Guida a coda di rondine
Guide del tornio
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Guide ad attrito volvente – a sfere
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Guide ad attrito volvente - a rulli
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Organi di trasmissione del moto
• Trasmissioni ad ingranaggi
• Trasmissioni a cinghie-pulegge
• Trasmissioni a vite-madrevite:
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• ad attrito radente
• ad attrito radente con recupero dei giochi
• a ricircolo di sfere.
Assi lineari: esempio a cinghia
MOMENTI AMMISSIBILIEASY-
LINE
MX Max (Nm)
MY Max (Nm)
Mz Max (Nm)
60.5
47
90
CARICHI APPLICABILIEASY-
LINE
FZ Max (N)
- FZ Max (N)
FX Max (N)
FY Max (N)
15501550
1800
2500
CARATTERISTICHE GENERALIEASY-
LINE
Velocità massima m/s
Precisione di posizionamento (mm)
Accellerazione max (m/s^2)
Sviluppo corsa ogni giro (mm)
Forza di trazione max cinghia (N)
Nota: cinghia tipo H100
10
+-0.1
16
177.8
2800
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Accoppiamento vite-madrevite
Trasforma un moto rotatorio in un moto rettilineo
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Buona precisione
Notevole attrito: elevata usura e basso
rendimento(0,2), idoneo per potenze basseViti sono in acciaio, madreviti in bronzo (preferisco
usurare la madrevite: + semplice da sostituire)
Molto utilizzate in vecchie macchine utensili
Accoppiamento vite-madrevite
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pnv =
n
Madrevite con recupero dei giochi
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Accoppiamento vite-madrevite a
ricircolo di sfere
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Accoppiamento vite-madrevite a
ricircolo di sfere
• Attrito molto basso→ rendimento alto
(0.9)• Elevata precisione e stabilità
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• nore usura e e super c con a o
Accoppiamento vite-madrevite a ricircolo di sfere
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Motori di azionamento degli assi
• Motori asincroni trifase
• Motori passo passo o “stepper”
• Motori a magneti permanenti “brushless”
• o or near
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Motori passo passo o “stepper”
• Sono motori c.c. comandati da impulsi di
corrente
• Precisione di
posizionamento lineare
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dell’asse proporzionale
al passo della vite a
ricircolo di sfere ed è
inversamente
proporzionale al numero
di passi al giro del motore
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Motori c.c. a magneti permanenti
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• Avvolgimenti di spire in serie montati sul rotore opportunamentesfasati sono alimentati a turno da tensione di eccitazione attraverso
contatti tra collettore e spazzole, fornendo una coppia pressoché
costante
• Caratteristiche principali: coppia e velocità nominali e massime
Motori a magneti permanenti
“brushless”
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• Magneti sul rotore
• Avvolgimenti trifase nello statore alimentati in c.c.o a.c.
• Coppia circa costante proporzionale alla corrente
Motori lineari
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Esempi di assi lineari
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Assi tornio Mazak
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Assi Okuma Multus B300
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Motori dei mandrini• Inizialmente si applicavano motori in c.c. a valle
di raddrizzatori che trasformavano la c.a. della
rete aziendale in una tensione continua variabile
adatta a regolare la velocità del motore in c.c.
• Recentemente motori in c.a. (asincroni trifase) la
cu ve oc rego a a ram e ens one corren e
a frequenza variabile.
• Funzionamento a coppia costante / potenza
constante con gamme di velocità dipendenti da
rapporti di trasmissione
• Potenza in kW del mandrino caratteristica
importante della MU-CNCCorso di Tecnologia Meccanica 2 – M. Sortino, G.Totis Corso di Tecnologia Meccanica 2 – M. Sortino, G.Totis
Macchine utensili
• Il tornio
• Il trapano
• La fresa
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• La alesatrice
• Limatrice, piallatrice e stozzatrice• La rettificatrice
Il tornio parallelo
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Il tornio parallelo
Figura 8.44 Vista generale di un tornio parallelo. Fonte: Heidenreich &Harbeck.
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Il tornio parallelo
BASAMENTO: di adeguata rigidezza, su diesso sono presenti le guide per loscorrimento del carro e della controtesta
TESTA MOTRICE: allo ia il mandrino che
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è collegato ad un motore elettricomediante un cambio di velocità. Tale motorotatorio viene inviato mediante un cambiovelocità degli avanzamenti a due organirotanti detti VITE MADRE e BARRA
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Il tornio parallelo
CARRO LONGITUDINALE: può muoversi
lungo l’asse del mandrino; su di esso vi èuna slitta trasversale che può muoversi
’
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.
di esso vi è una slitta orientabile con
movimento manuale per eseguire tagli
inclinati. Al di sopra di tutto il resto vi è
l’utensile montato su di una TORRETTA
PORTA UTENSILE
Il tornio parallelo
BARRA: trasferisce il moto rotatorio al carro
longitudinale o a quello trasversale perl’esecuzione di operazioni di tornituralongitudinale o trasversale rispettivamente;
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NON POSSO AVERE I DUE MOTICONTEMPORANEAMENTE
VITE MADRE: comunica il moto al carrolongitudinale per l’esecuzione diFILETTATURE
Il tornio parallelo
CONTROTESTA: alloggia la contropunta
che serve per l’appoggio di pezzi in
rotazione oppure per il montaggio di
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,
alesatura. Avanzamento dell’utensile è
manuale mediante volantino.
Il tornio
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Il carro longitudinale
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Montaggio del pezzo
• A sbalzo (pezzi tozzi):
– Piattaforma autocentrante
– Piattaforma a morsetti indipendenti
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• ra e pun e pezz sne
– Senza lunetta
– Con lunetta (lunghezza > 12*diametro):
lunetta fissa (fissata al basamento) o lunetta
mobile (fissata sul carro longitudinale)
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Montaggio del pezzo
a)
b) c) d)
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a) Punta e contropunta con trascinatore frontale; b) con autocentrante dall’esterno; con
autocentrante dall’interno; con autocentrante con griffe tornibili; con piattaforma a 4 griffe
indipendenti; f) su plateau e squadra; g) su spina trapuntae contropunta
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e) f) g)
Montaggio tra le punte
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a) Torn itu ra d i un pezzo montato tra le punte ; b) dettag lio del la brida ; c ) d isco e perno
menabrida; d) contropunta semplice; e) contropunta con dispositivo a vite per la sua
estrazione dalla sede; f) contropunta rotante su cuscinetti a sfere ed a rullini.
Piattaforma autocentrante
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Piattaforma a morsetti indipendenti
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La lunetta
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Tornitura conica
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Tornitura conica
)2
tan(α
p Ls =
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Filettatura
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Filettatura
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Il trapano
MOTO DI TAGLIO: trasmesso dal motoreelettrico al mandrino mediante un cambiodi numero di giri
MOTO DI ALIMENTAZIONE: osseduto
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dall’utensile; può essere manuale(manovella = forza avanzamento costante)o automatico (trasmesso attraversocambio avanzamenti = velocitàavanzamento costante)
Il trapano
MONTAGGIO DEL PEZZO:
molto comune la morsa con
attrezzature a corredo
(blocchetti a V e staffe).
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MOTO DI APPOSTAMENTO:
compiuto dal pezzo
mediante volantini su tavola
portapezzo.
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Il trapano
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La fresatrice
• Macchina molto diffusa e di applicazione
molto flessibile
• Presenta diversi motori elettrici: uno che
aziona il mandrino e uno che aziona gli
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avanzamenti. Si può selezionare,
alternativamente, l’avanzamento di
ciascuno degli assi della tavola porta-
pezzo
La fresatrice
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La fresatrice
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La fresatrice
Corso Operatore Macchina CN - G.Totis59
La alesatrice
• Sono macchine di grande precisione e
versatilità (lavorazioni dei fori + fresatura)
• Permette di lavorare anche pezzi di
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e qualità
• I suoi meccanismi sono alla base delle
moderne macchine a controllo numerico
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La alesatrice
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a) Alesatura con avanzamento del mandrino; b) alesatura con avanzamento del pezzo; c) alesatura con barra
d’alesatura; d) alesatura con utensile su piattaforma; e) fresatura con fresa su mandrino; f) fresatura con testa
a squadra; g) foratura; h) filettatura interna; i) filettatura esterna; l) stozzatura con disposizione a stozzare; m)
sfacciatura con avanzamento utensile radiale.
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Limatrice
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Limatura
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Limatura
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Limatrice
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Limatrice
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Piallatrice
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Piallatrice ad un montante
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Piallatrice a due montanti
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Stozzatrice
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Stozzatrice
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Stozzatrice
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La rettificatrice
• Sono macchine di elevatissima precisione
anche se hanno una cinematica molto
semplice
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• Precisione di movimento: cuscinetti di
estrema precisione
La rettificatrice universale
• Moto di alimentazione rotatorio e
longitudinale posseduti dal pezzo
• Moto di appostamento è posseduto dalla
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• Operazioni eseguibili:
– Rettifica in tondo per esterni
– Rettifica in tondo per interni
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La rettificatrice per esterni
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Evoluzione delle macchine utensili
Tendenza: sostituire l’intervento umano nell’attività
produttiva.
Strategie:
1. Combinare le operazioni
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2. Eliminare l’intervento umano di controllo delle
macchine
3. Eliminare le fasi manuali di montaggio e
smontaggio del pezzo
4. Effettuare operazioni contemporaneamente
5. Altre.
Combinare le operazioni
• Eseguire più operazioni (tornitura,
fresatura, foratura) su di una stessamacchina utensile riducendo il numero di
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, ,
tempi di trasporto e montaggio e di
posizionamento del pezzo.
• Macchina utensile tradizionale→ centri di
lavorazione
Eliminare il controllo umano delle
macchine
• La selezione dei parametri di taglio
(velocità e avanzamenti) non viene fatta
per ogni pezzo indipendentemente ma ho
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automatico dalla macchina
• Operatore→ controllo numerico
Eliminare fasi di montaggio e
smontaggio del pezzo
• Anziché fermare la produzione di unamacchina per permettere all’operatore dismontare un pezzo, montarne uno nuovoe individuare il sistema di riferimento, uso
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delle attrezzature particolari sulle quali ilpezzo è montato off-line mentre un altropezzo viene lavorato ed èautomaticamente posizionatocorrettamente
• Montaggio manuale e zero pezzo→ Pallet
Integrare le operazioni
• Nel caso debba utilizzare più macchine
utensili, prevedere sistemi automatici di
movimentazione in linea o flessibili
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→
trasportatori, robot manipolatori, AGV, …
Prevedere le operazioni di controllodimensionale
• Eseguire le operazioni di controllo
dimensionale del pezzo (in ingresso o
prodotto) direttamente nella macchine
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evitare di lavorare pezzi difettosi
• Collaudo in spedizione→ utensili speciali
per effettuare la misurazione sulla
macchina utensile e CMM
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Integrare le attività di preparazione
della lavorazione
• Progettare la produzione in maniera
integrata: CAD-CAM-CAPP• Progettazione e produzione come attività
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→
produzione DFM (Design For
Manufacturing)
Vantaggi delle macchine moderne
• Riduzione dei tempi di lavorazione
• Riduzione dei costi della manodopera
• Miglioramento della qualità del prodotto
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• Miglioramento della produttività e della
efficienza del sistema
• Riduzione degli errori umani
• Aumento della sicurezza dell’operatore
Svantaggi delle macchine moderne
• Costo iniziale delle macchine moltorilevante→ velocità alte di produzione peressere competitive
• Affidabilità e manutenzione delle macchine
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più onerosa: meccanico→ meccanico +
elettrico/elettronico• Manodopera di maggiore professionalità epreparazione di base: operaio→ programmatore