Produzione di componenti su macchine CNC – dal progetto al pezzo finito

La moderna produzione di componenti su macchine CNC combina progettazione, preparazione della tecnologia, programmazione, lavorazione di precisione e controllo qualità. Il controllo numerico consente di realizzare singoli prototipi, ricambi e piccole serie, ma anche produzioni ripetitive di grandi quantità di componenti.

Le possibilità effettive dipendono però dalla corretta combinazione di documentazione tecnica, macchina utensile, utensili, fissaggio e parametri di taglio. Per questo la scelta delle macchine CNC dovrebbe derivare dal tipo di componente e dalla scala di produzione prevista.

Dal progetto al pezzo finito

Ogni processo produttivo inizia dalla documentazione tecnica. La progettazione di un componente non considera soltanto la sua forma, ma anche il materiale, le tolleranze dimensionali, i requisiti superficiali, il metodo di fissaggio e la tecnologia di produzione.

Già durante la progettazione è opportuno definire quali superfici richiedano particolare precisione, quali riferimenti di misura saranno utilizzati e come il pezzo verrà bloccato nelle diverse operazioni. Il componente deve poter essere prodotto con la tecnologia, gli utensili e i campi di lavoro disponibili.

Sulla base del modello o del disegno vengono preparati il ciclo tecnologico e il programma di controllo della macchina. Il programma definisce sequenza delle operazioni, movimenti degli utensili, velocità del mandrino, avanzamenti, punti di cambio utensile e altri parametri.

Nei lavori più complessi viene utilizzato software CAD/CAM che genera i percorsi utensile dal modello 3D e successivamente il codice adatto allo specifico controllo CNC. Prima della produzione il programma deve essere verificato per ridurre il rischio di collisioni, errori dimensionali e consumo inutile di materiale o utensili.

Come si svolge la lavorazione CNC?

A seconda della geometria del pezzo possono essere utilizzate tornitura, fresatura, foratura, filettatura, alesatura e barenatura. Il processo consiste nella rimozione controllata di materiale dal grezzo fino a ottenere la forma programmata e le dimensioni richieste.

Prima della lavorazione il grezzo deve essere fissato correttamente. Il metodo di serraggio influenza la stabilità, l'accessibilità delle superfici e la precisione del pezzo finito. Sono altrettanto importanti la corretta definizione dello zero pezzo e le correzioni utensile.

Durante il ciclo, il controllo CNC esegue i movimenti programmati degli assi mentre gli utensili effettuano le diverse operazioni. Velocità di taglio, avanzamento e profondità devono essere adattati al materiale, all'utensile, alla rigidità del sistema e alla qualità superficiale richiesta.

Parametri errati possono provocare vibrazioni, peggioramento della superficie, surriscaldamento dell'utensile, rapida usura del tagliente o problemi nell'evacuazione del truciolo. La tecnologia di processo è quindi importante quanto le capacità della macchina.

Quali componenti si possono produrre con macchine CNC?

Il campo di applicazione è molto ampio. La produzione di componenti per macchine può comprendere:

• alberi e assi,
• boccole e anelli,
• flange,
• corpi e involucri,
• supporti e sistemi di fissaggio,
• componenti di trasmissione,
• parti con fori e filettature,
• elementi strutturali con geometria complessa,
• prototipi e ricambi per macchinari.

La lavorazione CNC è particolarmente utile per riprodurre ricambi di macchine meno recenti quando il componente originale non è più disponibile. Può essere necessario ricostruire la documentazione dal pezzo esistente, identificare materiale e tolleranze e successivamente sviluppare la tecnologia di produzione.

La produzione di precisione trova applicazione anche in automotive, automazione, costruzione di macchine, utensileria e numerosi altri settori. Nei comparti con requisiti particolarmente elevati, come aeronautica o meccanica di precisione, assumono ulteriore importanza documentazione del processo, tracciabilità del materiale e controllo qualità.

Le geometrie realizzabili dipendono dalla macchina. I componenti di rivoluzione vengono prodotti principalmente sui torni, mentre superfici piane, tasche, fori e forme tridimensionali complesse richiedono normalmente fresatura o centri di lavoro.

Scelta della macchina in base alla produzione

Non tutte le macchine CNC sono adatte a qualsiasi compito. La scelta dovrebbe dipendere da geometria, dimensioni, precisione richiesta, materiale e numero di operazioni necessarie.

Per componenti di rivoluzione vengono utilizzati principalmente torni CNC. Consentono di lavorare superfici esterne e interne, diametri, coni, gole, filettature e fori assiali.

I componenti con superfici piane, tasche, scanalature e fori vengono prodotti su fresatrici CNC. Le capacità dipendono da numero di assi, dimensioni della tavola, corse, parametri mandrino e controllo.

Quando un pezzo richiede numerose operazioni in un unico serraggio, possono essere vantaggiosi i centri di lavoro CNC. Il cambio utensile automatico permette di effettuare fresatura, foratura, filettatura e altre lavorazioni senza continui riattrezzaggi manuali.

Nella scelta bisogna considerare:

• dimensioni e peso del pezzo,
• materiale,
• precisione e tolleranze richieste,
• numero di assi e corse,
• parametri del mandrino,
• volume di produzione,
• numero di operazioni,
• utensili disponibili,
• sistema di fissaggio,
• possibilità di futura automazione.

Una macchina correttamente scelta permette di adattare il parco macchine alle esigenze reali dell'azienda senza investire in prestazioni che non verranno sfruttate durante la produzione quotidiana.

Importanza della programmazione e del controllo qualità

La macchina da sola non garantisce un risultato corretto. Sono fondamentali preparazione tecnologica, corretto fissaggio del grezzo, scelta degli utensili, impostazione dei riferimenti e controllo dei parametri di processo.

Prima del primo pezzo della serie è opportuno verificare il programma, controllare le correzioni utensile ed eseguire un primo ciclo controllato. Nei programmi complessi la simulazione dei percorsi può aiutare a individuare preventivamente alcuni problemi.

Dopo la lavorazione si verificano le dimensioni e le caratteristiche principali. A seconda dei requisiti si utilizzano calibri, micrometri, alesametri, altimetri, comparatori, proiettori di misura, macchine di misura a coordinate e altri sistemi.

Il controllo è particolarmente importante nella produzione in serie. Anche una piccola deviazione dovuta all'usura dell'utensile, a una correzione errata o a un cambiamento delle condizioni può ripetersi su numerosi componenti. Le misurazioni devono quindi essere eseguite a intervalli stabiliti e utilizzate per correggere il processo.

CNC nella produzione unitaria e in serie

Uno dei principali vantaggi del CNC è la possibilità di utilizzarlo sia per pezzi singoli sia per serie più grandi. La produzione può comprendere prototipi, pezzi unici, piccole serie, conto lavorazione e fabbricazione regolare di componenti ripetitivi.

Nella produzione unitaria è fondamentale la flessibilità. Dopo aver preparato un nuovo programma, gli utensili e il sistema di fissaggio è possibile passare relativamente rapidamente a un altro componente. I costi di preparazione sono però distribuiti su pochi pezzi, quindi è importante ridurre tempi di programmazione e riattrezzaggio.

Nella produzione in serie diventano prioritari ripetibilità, tempo ciclo, durata degli utensili, affidabilità del processo e riduzione dei fermi. Magazzini utensili automatici, sonde, alimentatori, sistemi di scarico pezzi e robotizzazione acquistano maggiore importanza.

La stessa tecnologia CNC può quindi sostenere modelli produttivi molto diversi. L'efficienza dipende dal corretto abbinamento fra macchina, programma, utensili, attrezzaggio e organizzazione del processo.

Conclusioni

La produzione di componenti su macchine CNC inizia molto prima dell'avviamento della macchina. Documentazione, tecnologia, programmazione, fissaggio, utensili, lavorazione e controllo qualità formano un sistema unico.

I torni CNC sono indicati per molti componenti rotazionali, le fresatrici per superfici e geometrie non assiali e i centri di lavoro per combinare numerose operazioni nello stesso serraggio. La macchina deve essere scelta in funzione dei requisiti reali del pezzo e della scala produttiva.

Un processo CNC correttamente pianificato può essere efficace sia per un singolo prototipo sia per una produzione seriale ripetitiva. La chiave non è soltanto la precisione della macchina, ma il controllo dell'intero processo dal progetto al componente finito e verificato.