Fresatrice e pantografo: due tecnologie a confronto

Salve a tutti, oggi è la volta di fresatrice e pantografo.

Fresatrice e pantografo in un unico, grande, lunghissimo articolo?

Ma no, no, tranquilli!

Non ho intenzione di costringervi ad una lettura fiume, tantomeno esaurire due ambiti così ampi e complessi con una trattazione superficiale e veloce.

Ci mancherebbe!

Oggi parliamo di fresatrice e pantografo e lo faremo partendo dal mettere in evidenza le opportune differenze tra queste due diverse apparecchiature meccaniche.

Si perché, nonostante fresatrici e pantografi siano due cose ben distinte e separate, c’è la tendenza, tanto tra gli addetti ai lavori quanto tra i semplici appassionati (“hobbisti evoluti” compresi) ad utilizzare questi due termini in maniera equivalente.

Stortura del linguaggio comune?

Scarsa conoscenza degli argomenti in questione?

Eh…ehm…

Ad ogni modo, proviamo a fare un po’ di chiarezza.

Per una trattazione sistematica e dettagliata riguardo fresatrice e pantografo, vi rimando ai prossimi articoli.

Per adesso ci limitiamo a mettere in evidenza le opportune differenze tra queste due tecnologie.

Fresa CNC

La fresatrice è una macchina utensile impiegata per la lavorazione, in forme complesse, di componenti metalliche o di altri materiali secondo diverse forme meccaniche, ovvero forme piatte o solide, generalmente non solidi di rivoluzione dove è utilizzata una macchina utensile diversa, ovvero il tornio.

Nella sua forma più semplice una fresatrice non è altro che un motore, su cui è fissato, tramite un mandrino, un utensile chiamato fresa.

Quest’ultima mediante alcune caratteristiche geometriche particolari è in grado, grazie al moto di taglio, di realizzare l’asportazione del truciolo, ovvero la parte di materiale superfluo per il solido che vogliamo ottenere.

 

Tipi di fresatrici

Esistono tanti tipi di frese, le cui differenze sono strettamente correlate ai diversi usi e ai diversi tipi di utensili e forme da lavorare.

In linea generale, i diversi tipi di frese sono ascrivibili a due grandi categorie di fondo: le frese verticali e le frese orizzontali.

 

Fresatrice orizzontale

La fresa orizzontale ha, come costante, un pianale X e Y, con il gruppo di taglio posizionato lungo una guida posta lateralmente.

Per struttura, conformazione e assemblaggio, la fresa orizzontale ricorda un po’ le seghe circolari di grandi proporzioni.

Generalmente la fresa circolare è utilizzata per effettuare incavi, fessure, forature, tasche continue e per modellare blocchi di materiale.

Inoltre può essere posizionata in catena per lavorazioni finalizzate alla creazione di sistemi complessi di produzione.

Fresatrice verticale

La fresa verticale è dotata di un piano orizzontale X-Y e monta un motore su un asse Z, un asse verticale.

Dalla combinazione dei movimenti sui tre assi, si determinano i percorsi tridimensionali che consentono alla macchina di compiere un movimento soltanto sull’asse Z e di eseguire così alesature e fori.

Esistono diversi modelli di frese, a seconda dei diversi usi a cui sono destinate.

Una delle apparecchiature sicuramente più diffuse nell’ambito delle lavorazioni meccaniche è sicuramente la fresatrice per legno.

Fresatrice per legno

La fresatura del legno viene effettuata con uno strumento particolare, creato apposta per la lavorazione di questo tipo di materiale, ovvero la fresatrice per legno.

La fresatrice per legno è una delle macchine da lavoro più diffuse nel settore della carpenteria e della falegnameria, grazie alla sua notevole versatilità.

L’ampia varietà di frese presenti sul mercato offre la possibilità di realizzare un gran bel numero di profili molto diversi tra loro, tra cui installazione di cardini senza sbavature e smussature di precisione.

Pantografo

Il pantografo, invece, è un tipo di apparecchiatura meccanica di tipo diverso, sia per caratteristiche che per finalità di applicazione.

Il pantografo è una macchina utensile costituita da un motore, su cui è fissato, mediante un mandrino, un componente chiamato fresa, in grado di tagliare forme semplici o complesse su pannellature di superfici particolarmente ampie.

Il controllo, ovvero l’unità centrale, una volta definito il profilo che dovrà realizzare, calcola gli spostamenti degli assi per disegnare il profilo voluto.

I movimenti degli assi avvengono grazie a motori stepper o Brushless collegati mediante un giunto alle viti che fanno traslare le chiocciole linearmente.

Queste sono a ricircolo di sfere per garantire l’annullamento dei giochi tra vite e madrevite.

Motori stepper

I motori stepper sono motori elettrici sincroni a corrente pulsata, gestiti elettronicamente senza l’utilizzo di spazzole e che scompongono il proprio angolo di rotazione in un grande numero addizionale di passi.

Il posizionamento dei motori stepper può essere gestito con precisione senza il ricorso al controllo ad anello chiuso se il tipo di motore e la taglia sono scelti in modo adeguato e conforme all’applicazione.

Motori brushless

I motorini brushless, ovvero motorini senza spazzole, sono motori elettrici a corrente continua (Brushless Direct Current Motor) / alternata (Permanent Magnet Syncronous Motor).

Questo tipo di opzione deriva dalla configurazione costruttiva, in riferimento al rotore a magneti permanenti e allo statore a campo magnetico fisso / rotante (PMSM).

Diversamente dai motori a spazzole, i motorini brushless non prevedono elementi elettrici striscianti (spazzole) sull’albero del rotore per poter funzionare.

La conversione della corrente all’interno degli avvolgimenti dello statore e la conseguente variazione di orientamento del campo magnetico da essi generato, avviene in maniera elettronica.

Rispetto ai motori stepper, hanno maggiore fluidità nei movimenti e numeri di giri alti(circa 4000 girti/minuto) garantendo la stessa coppia torcente a tutte le velocità.

 

Fresatrice e pantografo: differenze a confronto

A prima vista fresatrice e pantografo sembrerebbero la stessa cosa ma, a scanso di equivoci, è bene entrare più nel dettaglio.

La fresatrice ha robustezza e rigidità elevate in quanto nasce per fresare materiali metallici, quindi con caratteristiche fisiche e tecnologiche particolarmente imponenti tra cui l’elevata durezza e la resistenza al taglio.

Il pantografo, essendo impiegato nella lavorazione di materiali meno duri (legno, materiale composito, Forex, PVC, cartone, multistrato plastiche ecc.) non necessità di rigidità così pronunciate, bensì di piani di lavoro molto più grandi.

I 3 assi in genere sono così definiti:

 

Fresatrici e pantografi a controllo numerico

 

Immaginiamo l’operatore avanti e a sinistra della macchina utensile,

– X va da sx a dx

– Y va dall’operatore in avanti

– Z va dal piano di lavoro verso l’alto.

 

Si immaginano i tre versi in positivo man mano che si allontanano dall’operatore.

La fresatrice ha anche un asse Z molto pronunciato così da poter lavorare su profili sferici, carrozzerie, e superfici particolarmente alte.

Con le fresatrici si possono fresare: stampi, piastre, tasche, svuotamenti, forme complesse sia in 2 che in 3 dimensioni.

Spesso nel caso di fresature in due dimensioni è possibile programmare anche a bordo macchina mediante il linguaggio di programmazione ISO (conosciuto anche come G-code).

I pantografi, come detto prima, sono utilizzati prevalentemente per il taglio di pannellature, scritte traforate o in rilievo, oltre che per bassorilievi su materiali teneri come il legno.

Pertanto sono dotati di una struttura a ponte che permette movimentazioni nelle direzioni X e Y del mandrino (e della fresa) anche molto lunghe.

Grazie a questa soluzione è possibile avere a disposizione delle macchine non troppo costose che svolgono perfettamente la loro funzione.

Fresatrici e pantografi: risoluzione e sensibilità

Anche sotto il profilo della risoluzione e della sensibilità i pantografi sono nettamente inferiori rispetto alle fresatrici, sebbene gli spostamenti dei motori possono essere nell’ordine del Micron, l’intera catena cinematica non ha  una rigidità tale da poter rilevare spostamenti ai limiti dell’impercettibile.

Un buon pantografo ci consente di farci apprezzare misure nell’ordine del decimo di millimetro.

Per la fresatrice, invece, la precisione è millesimale, poiché la catena cinematica è più compatta e più rigida.

Inoltre gli encoder sulle guide controllano e correggono anche spostamenti millesimali.

Tra l’altro, in questo caso, il piano con il pezzo da lavorare si sposta mentre il mandrino è fisso.

Ciò rende deformazioni del ponte  molto piccole ma a parità di volume di lavoro ingombri molto più grandi.

I software ed i controllori dei pantografi per la gestione dei movimenti e delle geometrie da realizzare sono generalmente più semplici rispetto alle fresatrici.

Per questo un’elettronica semplificata ha fatto sì che si sviluppassero sempre più aziende costruttrici di macchine cnc.

Fresatrici e pantografi: i diversi mandrini

Veniamo proprio ai mandrini di queste due macchine.

I mandrini dei pantografi hanno potenze ridotte e numero di giri molto elevati dai 18000 ai 24000 giri/min e coppie ridotte , dell’ordine di 1-10 Nm.

Per le frese, le potenze sono molo più alte, giri ridotti massimo 8000-10000 e coppie che vanno dai 10 ai 100Nm.

I cuscinetti dei mandrini per le frese reagiscono di più a carichi assiali rispetto a quelli radiali e il cono morse è da ER20 a ER52.

Decisamente più piccoli sono invece gli attacchi per i pantografi.

Un’ultima ma non meno importante differenza che possiamo rilevare riguarda anche i sistemi di fissaggio alla macchina dei grezzi da lavorare.

Nel caso dei pantografi si tratta di sistemi a depressione o con vite su pannello sacrificale, e solo in alcune applicazioni con profili con staffa di fissaggio.

Nelle fresatrici invece il sistema di staffaggio è studiato di volta in volta, ma dato che gli sforzi di taglio sono nettamente superiori, si utilizzano perlopiù morse di precisione o staffe in acciaio.

Beh, a guardarli adesso, ci si rende conto che tra fresatrice e pantografo c’è una bella differenza.

Che ne dite?!

E si, decisamente si!

E abbiamo soltanto messo l’accento sulle differenze più evidenti.