La maggior parte dei centri di lavoro di tornitura e fresatura meccanica controllati da computer sono dotati di movimento verticale del mandrino in grado di realizzare incisioni, sculture e lavorazioni di grandissima precisione. Lavorazioni realizzate su queste macchine possono anche arrivare ad essere indistinguibili ad un occhio non espertissimo rispetto a oggetti d’arte realizzati a mano. Se utilizzate con frese coniche o sferiche possono arrivare a creare superfici assolutamente lisce, di altissima precisione, in modo rapido, automatizzato e ad un costo estremamente contenuto. Le migliori macchine CNC arrivano a una precisione di un decimillesimo di millimetro (100 nanometri).
Le macchine CNC più avanzate sono dotate di testate orientabili (assi inclinabili) in grado di ruotare giroscopicamente lungo due assi (normalmente chiamati A, B, C o 4). Questo consente di inclinare l’utensile rispetto a tutti i piani di lavoro rendendo possibile realizzare figure molto complesse anche con forme di tipo organico e difficilmente ottenibili persino con una lavorazione manuale, come ad esempio una cavità con un singolo foro molto stretto ma sufficiente per far passare la fresa.
Le teste inclinabili permettono anche di ottimizzare la lavorazione consentendo di lavorare con l’utensile inclinato rispetto al piano d’avanzamento, evitando di utilizzare la parte dell’utensile a velocità zero (centro di rotazione della fresa).
Con i controlli numerici più recenti si iniziano ad implementare funzioni di lavorazione avanzata delle superfici, permettendo di lavorare superfici 3D NURBS in modo nativo, senza bisogno di programmi CAM intermedi. Lo sfruttamento ottimale delle caratteristiche di queste macchine può avvenire attraverso appositi accessori per copiatura e stampi oppure via computer, attraverso una catena di programmi: prima si crea con il CAD un oggetto, che poi viene passato al CAM che si incarica di creare il programma per la realizzazione su una determinata macchina, infine il programma viene eseguito dalla macchina creando l’oggetto materiale.
Praticamente tutte le macchine CNC moderne sono “a circuito chiuso” (a catena chiusa o retroazionato): ogni asse è dotato di encoder (encoder rotativi oppure righe ottiche) che permettono al controllo di conoscere in ogni istante la posizione della testa di lavorazione rispetto al pezzo. L’uso di righe ottiche permette il recupero completo dei giochi della trasmissione misurando direttamente (e non attraverso i cinematismi) la posizione dell’asse che sta lavorando quindi una maggiore precisione di lavorazione.
Gli Assi
Caratteristica principale di queste macchine è il numero di gradi di libertà disponibili, detti assi della macchina. Per le frese sono generalmente 3, 4 o 5, per i torni si va da 2 a 4, le punzonatrici e le macchine per taglio hanno generalmente 2 o 3, mentre le pannellatrici arrivano a 24 assi. Le piegatrici possono avere fino a 11 assi e sono le macchine singole più complesse; le macchine speciali combinate e i grandi portali di lavorazione possono arrivare ad avere anche decine di gradi di libertà ed assi diversi.
I tipi più comuni sono:
- 2 assi movimento solo su X e Y. Pezzi limitati a lavorazioni piane senza variazioni di profondità.
- 2,5 assi (due assi e mezzo): si tratta di macchine in grado di operare su tutti e tre gli assi, ma soltanto a passi discreti su uno di essi (generalmente l’asse Z), cioè gestiscono l’interpolazione soltanto su due assi. Sono oggi il tipo più economico.
- 4 e 5 assi oltre al movimento sui tre assi X,Y e Z si aggiunge l’inclinazione (ed eventualmente la rotazione) del mandrino o di una tavola rotobasculante solidale al piano macchina. Queste macchine possono realizzare praticamente qualsiasi tipo di sagoma purché la forma delle concavità non vada in interferenza con il mandrino. Queste macchine sono molto costose, e vengono usate anche per lavorazioni su pezzi di grandissime dimensioni (turbine, eliche navali, scocche per motori, stampi…)
Nell’industria dei grandi trasporti si usano anche macchine dette a 8 o a 10 assi: si tratta di centri di lavoro a due testate indipendenti, in grado di velocizzare le operazioni di lavorazione su pezzi di grandissime dimensioni come gli estrusi di alluminio e acciaio per le casse dei treni o per le lamiere degli aerei.
Anatomia di una macchina CNC
Una normale macchina CNC è strutturata in modo molto simile alla sua corrispondente manuale, ma monta alcuni componenti in più:
- gli encoder che informano il computer di bordo sul movimento e sulla posizione dell’asse su cui sono montati. Esistono sia encoder lineari (righe ottiche) che rotativi; alcuni encoder sono assoluti (e riferiscono una misura esatta di posizione), altri sono relativi, cioè dicono soltanto di quanti passi si sta spostando l’asse in moto e in quale direzione
- i motori elettrici speciali per controllare il movimento degli assi
- gli azionamenti che sono speciali unità che alimentano e controllano il movimento dei motori suddetti (a seconda del tipo di motori applicati, l’azionamento sarà più o meno complesso)
- il computer detto anche controllo, che acquisisce i informazioni dagli encoder e le istruzioni dall’operatore e dal programma e stabilisce la posizione dell’utensile governandone gli spostamenti durante l’esecuzione del programma di lavoro. Nelle macchine moderne il controllo è diviso in due parti: una a bordo macchina ed una nella consolle dell’operatore. Se è possibile governare la macchina totalmente da un computer esterno tramite una linea di comunicazione, allora si parla di macchine CNC
Comandi CNC
Generalmente la programmazione di macchine CNC avviene usando un linguaggio standardizzato, il cosiddetto codice ISO (in riferimento allo standard ISO 6983), questo stabilisce uno standard comune a tutte le macchine CNC di tutti i costruttori.
Per particolari lavorazioni o funzionalità però esistono estensioni particolari a tale linguaggio (una forma di dialetto), tali variazioni devono essere considerate ed integrate con la manualistica della specifica macchina da programmare.
Saluti.
Articolo realizzato per Lomec srl per il nuovo sito tech-lomec.it
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