Macchina utensile

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Una macchina utènsile è una macchina atta a trasformare forma e dimensione di oggetti di qualsiasi materiale, mediante asportazione selettiva di sovramateriale in varie forme, tramite utensili. Il termine macchina utensile è solitamente usato per definire macchine che utilizzano una fonte di moto e quindi di energia diversa dal movimento umano, sebbene a volte necessitino di un operatore che le faccia funzionare. Molti storici della tecnologia sostengono che le prime vere e proprie macchine utensili si ebbero quando i processi di produzione dei pezzi meccanici (nel caso di utensili, stampaggio e affilatura) non coinvolgevano più in modo diretto l'azione umana. In pratica nel momento in cui fu possibile usare le macchine per svolgere queste operazioni. Secondo questa definizione, si considera che l'invenzione del tornio sia ad attribuire a Jacques de Vaucanson (all'incirca risalente al 1751) perché fu il primo a montare l'utensile di taglio su un supporto regolabile meccanicamente.

Le macchine utensili hanno il loro campo di applicazione primario nell'industria manifatturiera e meccanica, soprattutto nella lavorazione dei metalli.

[modifica] Moti

La macchina utensile ha tre moti, alimentati da uno o più motori elettrici.

• moto di lavoro: il moto con cui si muove l'utensile lavorando il pezzo. Nel tornio parallelo il sistema di riferimento è basato sul pezzo mentre nella fresalesatrice universale o nei trapani-fresa è riferito alla fresa o alla punta elicoidale.
• moto di alimentazione: moto che permette alla macchina di lavorare di volta in volta parti diverse del pezzo, è solitamente trasmesso tramite cinghie trapezoidali dal motore elettrico agli alberi della macchina utensile alimentando il cambio e la testa motrice.
• moto di appostamento: viene così definito il moto che determina la profondità di passata ovvero la quantità di sovrametallo asportata durante un passaggio dell'utensile sul pezzo.

[modifica] Classificazione

Vi sono vari sistemi di classificazione. Il primo si basa sul tipo di moto di lavoro:

• macchine utensili a moto circolare uniforme (trapano, fresalesatrice, tornio)
• macchine utensili a moto rettilineo alternato (rettifica per piani, limatrice, stozzatrice)
• macchine utensili a moto speciale (mola)
• macchine utensili a moto circolare variabile (ultimi modelli macchine utensili)

Una classificazione un po' più grossolana ma assai comune distingue :

• macchine utensili a pezzo mobile in cui il pezzo da lavorare è in movimento più o meno uniforme e l'utensile compie solo moto di traslazione longitudinale o trasversale (tornio, piallatrice);
• macchine utensili a utensile mobile in cui il pezzo è fermo o compie un moto limitato, è l'utensile trasla o ruota nella lavorazione (Fresatrice, trapano).

Un altra importante e più generale classificazione riguarda la produzione che si può ottenere coi vari tipi di macchine:

• Macchina universale : a comando manuale o a cnc è usata per le lavorazioni più varie
• Macchina per grandi produzioni : macchina che permette di produrre grandi quantità di pezzi a basso costo, utilizzando diversi utensili contemporaneamente
• Macchina speciale : macchina costruita apposta per eseguire una determinata lavorazione
• Macchina combinata : la macchina combinata è un insieme di più macchine speciali che lavorano un pezzo bloccato su una piattaforma
• Macchina transfer : è composta da varie stazioni, e il pezzo passa da una all'altra a seconda della lavorazione da eseguire

[modifica] Componenti

I componenti di una macchina utensile sono vari, in genere sono costituite da un'incastellatura (detta bancale) uno o più motori elettrici, la testa motrice (il componente più complesso e importante) e gli alberi tramite i quali viene trasmesso il moto.

[modifica] Bancale

Il bancale è la struttura portante della macchina utensile e necessita di un peso elevato per conferire stabilità alla stessa, nonché di buona resistenza a vari tipi di sollecitazione (soprattutto flessione) e capacità di assorbimento delle vibrazioni che si generano durante la lavorazione del pezzo. Per questi motivi il materiale spesso utilizzato è la ghisa, tuttavia nelle macchine più moderne è diffusa la struttura in acciaio saldato.

[modifica] Motori elettrici

I motori elettrici trasformano l'energia elettrica in energia meccanica, e possono essere a corrente continua o alternata. I motori elettrici, che possono essere in numero variabile (generalmente uno o due), forniscono l'energia per tutti i moti della macchina ed hanno potenza diversa, a seconda del moto che devono alimentare. Il motore con il carico più gravoso è quello che alimenta il moto di lavoro, la potenza complessiva si aggira nell'ordine di grandezza dei kW.

[modifica] Testa motrice e cambio

Contengono i comandi meccanici e gli organi di trasmissione atti a trasformare il moto dei motori elettrici, aumentandone o diminuendone il numero di giri e di conseguenza la coppia torcente.
La testa motrice consente il bilanciamento e la rotazione del mandrino, mentre le apposite leve variano il numero di giri che sono espressi in (giri/min). Le impostazioni di velocità sono ricavabili dalla formula:

inversamente:

Dove V_p è velocità periferica (o velocità di taglio) in metri al minuto e D è il diametro in millimetri della punta sul trapano o del pezzo da tornire. I valori di V_p sono ricavabili dalle schede utensile e dai manuali tecnici in base al materiale da lavorare ed al tipo di utensile, dal suo materiale e dalle sue dimensioni. Ad esempio, punte in acciao superrapido hanno valori intorno ai 20~30 m/min, utensili in Carburo metallico sono sugli 80~100 m/min. In genere la velocità di taglio adoperabile dipende da:

• materiale dell'utensile
• materiale del pezzo da lavorare
• grado di usura dell'utensile
• profondità di passata
• finitura superficiale che si vuole ottenere
• lubrificazione e refrigerazione del contatto utensile-pezzo

Se è presente il dispositivo del ritardo, opportune leve permettono la selezione delle velocità principali "V" di volata e "R" di ritardo espresse in millimetri per giro e l'inversione dell'avanzamento del carro porta utensile A. Il cambio consente la variazione degli avanzamenti A e con maschi da filettatura (filiere) consente variare il passo nell'esecuzione di filettature M (Metriche) o W (Whitworth).

[modifica] Alberi

Gli alberi sono gli elementi che convogliano il moto, girando ad un determinato numero di giri, su di essi possono essere calettati degli organi di trasmissione. In genere gli alberi si distinguono in albero motore (mosso direttamente dal rotore del motore elettrico) e alberi condotti (collegati all'albero motore o ad altri alberi condotti tramite organi di trasmissione). L'ultimo albero motore viene definito mandrino.

[modifica] Fissaggio dell'utensile

Gli organi per il fissaggio di utensile o pezzo sono generalmente due tipi: mandrino (da non confondere con l'omonimo albero) e contropunta. Quanto segue interessa per lo più macchine utensili come i torni.

I mandrini più diffusi sono quelli di tipo autocentrante, con tre morse radiali poste a 120° di inclinazione tra loro, che scorrono tramite un sistema a cremagliera fino a prendere in morsa il pezzo. Questo sistema consente il montaggio e lo smontaggio del pezzo con estrema velocità, anche in modo completamente automatico su macchine dotate di portautensili. Nel mandrino "plateau" a 4 morsetti per pezzi non cilidrici ma squadrati, è necessario l'uso durante il montaggio di un comparatore centesimale per riscontrare l'efficacia del centraggio pezzo.

La contropunta serve a effettuare la centratura sulla faccia del pezzo opposta al mandrino, per il montaggio in asse. Per pezzi lunghi montati a sbalzo serve anche a ridurre le vibrazioni durante l'asportazione del truciolo, permette con il montaggio di mandrino autocentrante l'esecuzione della centratura dei pezzi, la foratura, l'alesatura, la maschiatura, nell'esecuzione di piccole conicità. È in posizione fissa, e per il suo spostamento è necessario agire sugli appositi grani a brugola mentre il montaggio del pezzo va fatto tra le punte con l'uso del disco menabrida. È registrabile con utilizzo di un comparatore centesimale montato su supporto magnetico piazzato sulle guide di scorrimento carro o sul carro stesso.