Macchine Utensili

8/20/2019 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


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


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


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


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


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


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


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


c) Guida prismatica interna

d) Guida a coda di rondine

Guide del tornio


Guide ad attrito volvente – a sfere



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Guide ad attrito volvente - a rulli


Organi di trasmissione del moto

• Trasmissioni ad ingranaggi

• Trasmissioni a cinghie-pulegge

• Trasmissioni a vite-madrevite:


• 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


Accoppiamento vite-madrevite

Trasforma un moto rotatorio in un moto rettilineo


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


pnv =

n

Madrevite con recupero dei giochi



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Accoppiamento vite-madrevite a

ricircolo di sfere


Accoppiamento vite-madrevite a

ricircolo di sfere

• Attrito molto basso→ rendimento alto

(0.9)• Elevata precisione e stabilità


• nore usura e e super c con a o

Accoppiamento vite-madrevite a ricircolo di sfere


Motori di azionamento degli assi

• Motori asincroni trifase

• Motori passo passo o “stepper”

• Motori a magneti permanenti “brushless”

• o or near


Motori passo passo o “stepper”

• Sono motori c.c. comandati da impulsi di

corrente

• Precisione di

posizionamento lineare


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


• 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”


• Magneti sul rotore

• Avvolgimenti trifase nello statore alimentati in c.c.o a.c.

• Coppia circa costante proporzionale alla corrente

Motori lineari


Esempi di assi lineari


Assi tornio Mazak


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


• La alesatrice

• Limatrice, piallatrice e stozzatrice• La rettificatrice

Il tornio parallelo


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


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

’


.

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;


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


,

alesatura. Avanzamento dell’utensile è

manuale mediante volantino.

Il tornio


Il carro longitudinale


Montaggio del pezzo

• A sbalzo (pezzi tozzi):

– Piattaforma autocentrante

– Piattaforma a morsetti indipendenti


• 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


e) f) g)

Montaggio tra le punte


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


Piattaforma a morsetti indipendenti


La lunetta

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Tornitura conica


Tornitura conica

)2

tan(α

p Ls =


Filettatura


Filettatura


Il trapano

MOTO DI TAGLIO: trasmesso dal motoreelettrico al mandrino mediante un cambiodi numero di giri

MOTO DI ALIMENTAZIONE: osseduto


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).


MOTO DI APPOSTAMENTO:

compiuto dal pezzo

mediante volantini su tavola

portapezzo.


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Il trapano


La fresatrice

• Macchina molto diffusa e di applicazione

molto flessibile

• Presenta diversi motori elettrici: uno che

aziona il mandrino e uno che aziona gli


avanzamenti. Si può selezionare,

alternativamente, l’avanzamento di

ciascuno degli assi della tavola porta-

pezzo

La fresatrice


La fresatrice


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


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.


Limatrice


Limatura


Limatura



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Limatrice


Limatrice


Piallatrice


Piallatrice ad un montante


Piallatrice a due montanti


Stozzatrice



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Stozzatrice


Stozzatrice


La rettificatrice

• Sono macchine di elevatissima precisione

anche se hanno una cinematica molto

semplice


• 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


• Operazioni eseguibili:

– Rettifica in tondo per esterni

– Rettifica in tondo per interni


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


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


, ,

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


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


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


→

trasportatori, robot manipolatori, AGV, …

Prevedere le operazioni di controllodimensionale

• Eseguire le operazioni di controllo

dimensionale del pezzo (in ingresso o

prodotto) direttamente nella macchine


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


→

produzione DFM (Design For

Manufacturing)

Vantaggi delle macchine moderne

• Riduzione dei tempi di lavorazione

• Riduzione dei costi della manodopera

• Miglioramento della qualità del prodotto


• 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


più onerosa: meccanico→ meccanico +

elettrico/elettronico• Manodopera di maggiore professionalità epreparazione di base: operaio→ programmatore

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