Centro di tornitura e lavorazione CNC
Le macchine utensili a controllo numerico (CNC) per la tornitura sono tra le attrezzature più comunemente utilizzate nelle imprese industriali. Si caratterizzano per l'ampia applicabilità, la struttura semplice, la facilità d'uso e la manutenzione agevole. Queste macchine vengono utilizzate per operazioni di tornitura su parti rotanti come alberi, dischi e altri componenti, tra cui la tornitura del diametro esterno, delle superfici terminali, dei fori centrali e delle filettature. In termini di configurazione strutturale, le macchine utensili a controllo numerico per la tornitura più comunemente utilizzate nelle imprese industriali sono i torni CNC orizzontali e i torni CNC verticali, con i torni CNC orizzontali che risultano i più diffusi.
Torni CNC di tipo comune
In Cina, i torni CNC di tipo diffuso sono prodotti CNC semplificati, evoluzione dei torni convenzionali. I componenti principali, la struttura, l'aspetto e i parametri tecnici chiave di questi torni sono simili a quelli dei torni convenzionali. La Figura 1 mostra torni CNC orizzontali di tipo diffuso di piccole e medie dimensioni. Questo tipo di macchina utensile rappresenta solo un miglioramento parziale rispetto al tornio convenzionale per soddisfare i requisiti CNC, con il basamento, la testa, la contropunta, il carro e i sistemi ausiliari come l'idraulica, il raffreddamento, l'illuminazione e la lubrificazione che sono piuttosto simili a quelli di un tornio convenzionale.
I torni CNC di tipo comune utilizzano generalmente motori a controllo di frequenza. Poiché la coppia di uscita a bassa frequenza del convertitore di frequenza è ridotta, sono comunque necessari ingranaggi meccanici per migliorare la coppia a bassa velocità del mandrino. Tuttavia, il numero di gamme di velocità può essere inferiore rispetto ai torni convenzionali. La struttura della testa è relativamente semplice. La macchina utensile è generalmente dotata di una torretta elettrica anziché manuale, come sui torni convenzionali, migliorando l'automazione e la facilità di cambio utensile. Questi torni sono semplici nella struttura, economici e di facile manutenzione. Sono adatti alla lavorazione automatica di pezzi semplici. Tuttavia, poiché la maggior parte dei sistemi CNC utilizzati sono di produzione nazionale e dotati di funzioni di base, queste macchine non dispongono di un controllo di posizione a circuito chiuso, con conseguente minore precisione ed efficienza di lavorazione rispetto ai torni CNC completi. Queste macchine non sono adatte per lavorazioni ad alta velocità o di alta precisione.
Torni CNC a funzionalità complete
Un tornio CNC a piena funzionalità è un vero tornio CNC che richiede un sistema CNC importato completamente funzionale e dispone di un controllo di posizione a circuito chiuso. È in grado di eseguire lavorazioni di contorno ad alta precisione. Nella Figura 2 sono illustrati torni CNC orizzontali a piena funzionalità di piccole e medie dimensioni. La struttura e la disposizione dei torni CNC a piena funzionalità sono generalmente progettate in base ai requisiti delle macchine utensili CNC. Queste macchine adottano tipicamente una configurazione a bancale inclinato con la torretta automatica posizionata nella parte posteriore del bancale e la testa fissa sul bancale stesso.
Il sistema di azionamento del mandrino dei torni CNC completi utilizza un sistema di azionamento a corrente alternata fornito dal produttore del CNC, che offre un'ampia gamma di velocità, un'elevata coppia a basse velocità e un'elevata velocità massima. Inoltre, il mandrino svolge funzioni come l'orientamento e il posizionamento. I torni CNC ad alta velocità e alta precisione spesso utilizzano componenti avanzati come unità mandrino ad alta velocità e mandrini elettrici, raggiungendo velocità e precisione del mandrino significativamente superiori rispetto ai torni CNC di tipo comune.
I torni CNC a funzionalità completa utilizzano generalmente torrette idrauliche per il cambio utensile automatico. La rigidità, la capacità di carico, la precisione di indicizzazione e la velocità di cambio utensile della torretta sono di gran lunga superiori a quelle delle torrette elettriche. I torni CNC a funzionalità completa possiedono le caratteristiche tecniche fondamentali delle macchine utensili CNC ad alta velocità, alta efficienza e alta precisione. I loro sistemi ausiliari sono più avanzati e completi rispetto a quelli dei torni CNC di tipo comune. Il mandrino, la contropunta e altri componenti utilizzano spesso un controllo automatico idraulico. Inoltre, la macchina utensile è dotata di un sistema di raffreddamento automatico ad alta pressione e grande capacità, lubrificazione automatica e sistemi di rimozione dei trucioli. Di conseguenza, questi torni richiedono in genere una protezione di sicurezza completamente chiusa.
Introduzione ai centri di tornitura CNC
Un centro di tornitura è sviluppato a partire da un tornio CNC completo e viene utilizzato per tornitura, fresatura e lavorazione di fori su pezzi rotanti. Il centro di tornitura è uno dei primi tipi di macchine CNC a combinare le funzioni di tornitura e fresatura, con la versione orizzontale che è la più comune. Un tipico centro di tornitura, come mostrato in Figura 3, ha un aspetto simile a un tornio CNC completo, ma differisce significativamente nella sua struttura interna e nelle sue prestazioni. Il mandrino è controllato dall'asse C e la torretta può essere equipaggiata con utensili motorizzati per operazioni di foratura, alesatura e fresatura. La capacità degli utensili di muoversi lungo l'asse verticale Y è la principale differenza tra un centro di tornitura e un tornio CNC completo.
Controllo dell'asse C
Il controllo dell'asse C, noto anche come interpolazione del mandrino o interpolazione dell'asse C, è una funzione in cui il mandrino ruota attorno all'asse Z. Questo asse di movimento è definito come asse C. Pertanto, questa funzione viene chiamata controllo di contornatura dell'asse C.
Nelle operazioni di tornitura, il mandrino aziona la rotazione del pezzo, mentre l'utensile si muove lungo la direzione di avanzamento (assi X e Z). Nelle operazioni di foratura, alesatura e fresatura, invece, il mandrino aziona la rotazione dell'utensile, mentre lungo la direzione di avanzamento si muove o il pezzo o l'utensile. I due processi presentano caratteristiche di lavorazione completamente diverse. Pertanto, il mandrino del centro di tornitura non deve solo ruotare il pezzo per la tornitura, ma anche essere in grado di bloccarlo e posizionarlo in qualsiasi punto per la foratura, l'alesatura e la fresatura. Inoltre, il mandrino partecipa ai calcoli di interpolazione, come quelli relativi agli assi X, Y e Z, per realizzare il movimento di avanzamento e completare la lavorazione della superficie cilindrica.
Strumenti in tempo reale
Gli utensili motorizzati sono utensili rotanti speciali utilizzati per la lavorazione meccanica. Nei torni CNC convenzionali, il processo di tornitura si ottiene ruotando il pezzo, come mostrato in Figura 4. Gli utensili montati sulla torretta non ruotano (né necessitano di ruotare). Tuttavia, in un centro di tornitura, per eseguire operazioni di tornitura sulle superfici laterali e frontali di un pezzo rotante, oppure per fresare, forare o alesare, la torretta deve essere dotata di utensili motorizzati in grado di eseguire tali processi. Questi utensili motorizzati sono azionati dal contromandrino (secondo mandrino) per la rotazione.
Movimento sull'asse Y
Per le operazioni di tornitura sui diametri interno ed esterno e sulle superfici terminali di un pezzo rotante, sono necessari solo movimenti di avanzamento assiale (asse Z) e radiale (asse X). Tuttavia, per le operazioni di fresatura di superfici laterali, fori sulle superfici terminali e fresatura, oltre all'avanzamento assiale e radiale, è necessario anche il movimento verticale dell'asse utensile. Pertanto, un centro di tornitura richiede almeno assi di avanzamento X, Y e Z. La torretta di un centro di tornitura è simile nell'aspetto alla torretta di un tornio CNC completo, ma la struttura interna e i requisiti di controllo sono significativamente diversi. La torretta di un tornio CNC ha solo funzioni di indicizzazione e posizionamento, mentre la torretta di un centro di tornitura deve avere non solo indicizzazione e posizionamento, ma anche un sistema di azionamento per utensili motorizzati, il che rende la sua struttura più complessa.