Centro di tornitura e fresatura CNC per materiali compositi
Il centro composito tornio-fresatrice CNC è una macchina utensile sviluppata a partire dal tornio CNC, con funzionalità aggiuntive di alesatura e fresatura. È dotato di un basamento per tornitura, un mandrino per tornitura e un mandrino ausiliario per operazioni di fresatura e alesatura. La macchina è principalmente focalizzata sulla tornitura, con fresatura e alesatura come funzioni supplementari, da cui il nome di centro composito tornio-fresatrice.
Come illustrato nella Figura 1, i centri compositi di tornitura e fresatura di piccole e medie dimensioni presentano una struttura simile a quella di un tornio CNC orizzontale, con un basamento inclinato e un mandrino di tornitura nella parte inferiore. Il mandrino di tornitura include anche il controllo dell'asse Cs ed è dotato di accessori quali contropunta e punte per tornitura. La parte superiore della macchina è costituita da un mandrino ausiliario e da un cambio utensili automatico, e adotta la struttura di una fresatrice e alesatrice. Gli utensili di tornitura e fresatura utilizzano un portautensili unificato e il cambio utensili avviene tramite un braccio robotico.
La principale differenza tra un centro composito di tornitura e fresatura e un centro di tornitura risiede nel mandrino ausiliario e nel cambio utensile automatico. Il centro di tornitura, analogamente a un tornio CNC completo, utilizza un portautensili a torretta e il cambio utensile avviene tramite indicizzazione della torretta stessa. Gli utensili elettrici e i sistemi di trasmissione sono alloggiati all'interno della torretta. Questa struttura consente cambi utensile semplici, rapidi e con una buona rigidità. Tuttavia, per le operazioni di fresatura e alesatura, la macchina presenta delle limitazioni, come una corsa ridotta dell'asse Y, una scarsa capacità di fresatura e un complesso sistema di azionamento del mandrino ausiliario con una lunga catena di trasmissione, una bassa velocità del mandrino e una rigidità limitata. Di conseguenza, le sue capacità di fresatura e alesatura risultano relativamente scarse.
Il mandrino ausiliario del centro composito di tornitura e fresatura utilizza in genere un collegamento diretto al motore o un azionamento elettrico del mandrino, offrendo una struttura semplice e rigida con elevate velocità fino a decine di migliaia di giri al minuto. Può inoltre alloggiare utensili di fresatura e alesatura standard, migliorando notevolmente le capacità di fresatura e alesatura della macchina.
Il mandrino ausiliario del centro composito di tornitura e fresatura può ruotare di circa 225° (asse B), consentendo la regolazione dell'orientamento dell'utensile sia per la tornitura che per le operazioni di fresatura e alesatura di superfici inclinate. Ad esempio, quando la macchina viene utilizzata per la tornitura cilindrica interna o esterna o per la tornitura frontale, l'utensile di tornitura viene bloccato in posizione e l'asse B viene impostato a 0° o 90° per il posizionamento e il bloccaggio. Il pezzo ruota con il mandrino principale, mentre gli assi X e Z controllano il movimento di tornitura. Quando la macchina viene utilizzata per l'alesatura e la fresatura laterale o frontale di un corpo rotante, il mandrino di tornitura passa al controllo dell'asse C, diventando un asse rotante CNC. A questo punto, il mandrino ausiliario esegue operazioni di alesatura, fresatura e foratura sul pezzo montato sul mandrino di tornitura. Con cinque assi cartesiani (X, Y, Z, B e C), la macchina è in grado di eseguire lavorazioni a 5 assi.
Questo centro composito tornio-fresatrice risolve efficacemente il problema delle limitazioni di fresatura nei torni e consente la lavorazione a 5 assi. Tuttavia, la sua struttura di cambio utensile automatico è relativamente complessa e il design del bancale inclinato impone alcune limitazioni alla corsa dell'asse Y. Per ovviare a questi problemi, i centri compositi tornio-fresatrice di maggiori dimensioni utilizzano talvolta una struttura a colonna mobile simile a quella di un centro di lavoro verticale a 5 assi, con una tavola rotante dell'asse A e una scatola portautensili girevole. In questo caso, l'asse A utilizza una struttura del mandrino di tornitura, completa di contropunta e punte, consentendo alla macchina composita tornio-fresatrice di integrare completamente le capacità di tornitura di un tornio CNC e le capacità di alesatura e fresatura di una fresatrice.