Tornio a controllo numerico: scopriamone di più!

Il tornio a controllo numerico è anche conosciuto  come tornio CNC (ovvero Computer Numerical Control).

Si tratta dell’espressione più evoluta e performante, sotto il profilo della dotazione tecnologica e del livello di capacità realizzativa, del tornio tradizionale.

Questa, come sappiamo, è la macchina utensile impiegata la realizzazione di un solido in rotazione, realizzazione che avviene mediante il cosiddetto lavoro di tornitura, attraverso cui si ottiene l’asportazione del truciolo.

Il tornio a controllo numerico, a differenza del tornio manuale, si avvale di un automatismo computerizzato.

Questa dotazione consente di raggiungere, nell’ambito della lavorazione al tornio, standard di qualità dei prodotti realizzati molto elevati.

Lavorazioni al tornio

Le lavorazioni al tornio, con una macchina a controllo numerico, sono molto diverse rispetto alle lavorazioni effettuate attraverso il tornio manuale.

In generale, la lavorazione al tornio a controllo numerico è un tipo di tornitura a carattere tendenzialmente standardizzato e razionale, oltre che semplificato, per la produzione di pezzi meccanici e componenti meccaniche a simmetria di rotazione.

Ogni volta, infatti, che vogliamo realizzare un solido di rotazione, dobbiamo utilizzare un tornio.

Che si tratti di perni, boccole, pistoni, flange, piedi di tavoli, alberi, cilindri, la lavorazione al tornio è quella che ci permette di ottenerli.

Tipi di tornio

A seconda dello scopo per cui vengono utilizzati, nonché a seconda della dotazione tecnologica e delle caratteristiche costruttive, possiamo distinguere diversi tipi i tornio.

In generale i torni si dividono in torni paralleli, frontali, verticali, torni a torretta, automatici e a controllo numerico, fino ai torni multitasking a doppio mandrino, ai torni da legno e ai torni per ceramica.

In questo articolo parleremo del tornio parallelo e della sua evoluzione C.N.C. data la sua diffusione e la sua versatilità.

Non prima però di aver fatto un doveroso accenno alla programmazione delle macchine a controllo numerico.

Programmazione tornio cnc

Quando si parla di programmazione tornio cnc e, più in generale, di programmazione delle macchine a controllo numerico, si fa riferimento ad una cesura epocale nell’ambito della lavorazione di precisione, tra macchine utensili tradizionali e macchine utensili di nuova generazione.

Le macchine utensili tradizionali prevedevano che la totalità dei dati per il lavoro di tornitura fossero trasmessi agli organi di movimentazione dal tornitore che interveniva in maniera diretta sui diversi comandi.

Per dati si intendono le informazioni relative al bloccaggio del pezzo, al cambio utensili, alla definizione dei parametri di taglio, ecc.

Le macchine a controllo numerico, invece, prevedono che tutte le informazioni siano associate mediante un codice alfanumerico, detto linguaggio di programmazione, ad una serie di istruzioni che costituiscono quello che è, in concreto, il programma di lavoro da realizzare.

Per programma intendiamo l’insieme di istruzioni, configurate in codice necessari al funzionamento di una macchina utensile, dotata di controllo numerico.

Il codice è l’insieme di informazioni necessarie a trasformare i dati di programmazione e renderli “codificabili” dalla macchina.

Il Particolare linguaggio si chiamo ISO o G- code.

 

Tornitore cosa fa

In tutto questo, il tornitore cosa fa?

Nel tornio cnc, come in tutte le macchine a controllo numerico, il tornitore ha la funzione di “trasmettere le informazioni”, attraverso il programma, alla macchina, per effettuare le varie fasi del lavoro di tornitura, quali avviare il ciclo, realizzare il montaggio del pezzo e monitorare l’esecuzione della lavorazione.

Lavoro di tornitura che avviene tutto, rigorosamente, in automatico.
Come è facile intuire, ciò può avvenire solo grazie in presenza di unità di controllo della macchina.

Questa unità elabora le istruzioni del programma e le converte in input di comando, input che sono inviati poi alle diverse periferiche.

La macchina a controllo numerico, a sua volta, è dotata di trasduttori, ovvero dispositivi elettronici che le consentono di leggere l’effettivo spostamento avvenuto, inviare l’informazione al controllo ed eventualmente  l’unità di gestione dell’apparecchiatura correggerà la posizione inviando un nuovo segnale agli attuatori.

 

Tornio parallelo

Il tornio parallelo è un’apparecchiatura molto diffusa nell’ambito della lavorazione meccanica.

Il tornio parallelo è particolarmente indicato nella realizzazione dei solidi di rivoluzione prevalentemente per la lavorazione dei metalli.

La movimentazione di lavoro, in questo tipo di macchina, prevede la rotazione del componente in lavorazione mentre l’utensile percorre in parallelo l’asse di rotazione, opportunamente posizionato su una torretta.

Il componente è solidale con il mandrino che recupera potenza e movimento da un organo motore.

L‘utensile, a sua volta, è retto da un carrello le cui slitte si muovono su apposite guide.

Il banco rappresenta non solo la struttura di sostegno ma anche di collegamento tra i vari organi della macchina.

Nella parte superiore del banco sono ricavate le guide per il movimento longitudinale della controtesta e del carrello.

La testa motrice racchiude gli organi di collegamento al motore e regge il mandrino che impone il moto rotatorio al pezzo.

Nella maggior parte dei casi sul mandrino è posizionata una piattaforma autocentrante che permette di tenere pezzi con sbalzo ridotto sia dall’interno che dall’esterno.

Se il componente in lavorazione fa registrare uno sbalzo evidente, è necessario sostenerlo anche dalla parte opposta al mandrino.

Ciò avviene mediante una contropunta posizionata sulla controtesta.

Il carrello porta-utensile realizza fondamentalmente tre tipi di movimento:

longitudinale (tornitura cilindrica)
trasversale (tornitura piana)
secondo una retta inclinata (tornitura conica).

Questi movimenti del carrello sono consentiti dall’impiego di 4 slitte sovrapposte.

tornio cnc

In generale il tornio parallelo permette di effettuare fondamentalmente lavorazioni basate su simmetrie di rotazione: sferoidi, coni, cilindri, solidi di rivoluzione provvisti di generatrice a sagoma.

Tornio Parallelo

 nuovo ha il vantaggio di non avere giochi tra le viti e le madreviti, ecco perchè negli ultimi torni anche se tradizionali si stanno utilizzando viti  a ricircolo di sfere per non avere giochi;

Mentre nel caso in cui vogliamo utilizzare un tornio parallelo usato e retrofittarlo (cioè renderlo CNC ), si possono utilizzare due vie:

La prima più rapida , ma più costosa, cambiando le viti e le madreviti a favore di sistemi a ricircolo di sfere.

La seconda, calcolando quanto è lo spostamento a vuoto durante l’inversione del moto di un asse e parametrizzarlo nella funzione di backlash.

Tornio da Legno

Il tornio da legno non è molto differente dai torni per i metalli e si contraddistingue per una struttura e un design più leggero ed essenziale.

Nel tornio da legno il carrello è previsto solo per apparecchiature impiegate nella realizzazione di pezzi geometricamente impeccabili, come gli elementi cilindrici, manici e piedi da tavolo.

Per la lavorazione del legno, in particolare, si ricorre ai torni con sgorbie, dove il tornitore impiega gli utensili in maniera manuale, chiamati appunto Sgorbie, costituiti di acciaio HSS.

Quella del legno è, in molti casi, una lavorazione a carattere tendenzialmente artistico, rischiosa se non è effettuata da tornitori esperti, in quanto l’utensile potrebbe  bloccarsi in qualsiasi istante, con il rischio di travolgere l’operatore stesso.

Tornio da Legno C.N.C.

Sempre per quanto riguarda la tornitura del legno, invece si può ricorrere ad un sistema di lavorazione a Controllo Numerico dove l’operatore programma il percorso utensile, così da ottenere perfettamente il profilo voluto.

Andiamo a vedere più nel dettaglio come si procede:

immaginiamo di dover procedere alla profilatura di un piede di un tavolo, il cui profilo non sia banale, ma con diametri diversi, raccordi, e smussi.

Possiamo procedere in due modi:

nel primo generiamo il percorso mediante il codice di programmazione chiamato Linguaggio ISO o G- Code.

Ricordiamo che qualsiasi profilo, per quanto complesso, è sempre formato da segmenti ed archetti.

tornitura

Nel secondo caso utilizziamo un CAM tipo Fusion 360, ed impostiamo i parametri:

– La strategia di lavoro
– Numero di giri mandrino
– Avanzamento o FeedRate
– Tipo di utensile
– Coordinate
– Raffreddamento
– Tipi di discese
– Zero pezzo
– Z di sicurezza
– Eventuali stop

tornio cnc

Gli utensili da utilizzare sono in genere monotaglienti e con inserti intercambiabili montati su un supporto, a sua volta posizionato su una torretta che percorre l’asse e X e Z.

Si distinguono diversi tipi di utensile, a seconda dei diversi tipi di lavorazione:

tornio a controllo numerico parallelo

Una volta creato il G- Code, fissato il quadrotto di legno sul mandrino e sulla contropunta, si fa partire la rotazione e gli utensili procederanno a profilare il pezzo.

Come si sceglie il numero di giri del tornio?

In che modo si definisce la profondità di passata?

Come si scelgono gli avanzamenti?

Iniziamo col definire alcuni concetti che ritorneranno molto spesso spesso:

Velocità di taglio: velocità di taglio è la velocità del punto del grezzo lavorato che tocca l’utensile.

Numero di giri mandrino: determina la velocità di taglio in quanto proporzionale alla velocità di taglio, ma inversamente proporzionale al diametro.

Feed o avanzamento: è velocità di scorrimento del mandrino rispetto all’asse X o Z (può essere avanzamento di mm/giro mandrino o mm/ minuti).

tornio a controllo numerico labmec

L’avanzamento ricordiamo, dipende dal grado di rugosità che vogliamo raggiungere.

Sul Legno si parte da 0.1 a 3 mm/ giro.

Più è grande il raggio di raccordo dell’inserto e maggiore è profondità di passata che si può dare.

Tornio legno usato

un Tornio da Legno trovato d’occasione, non sempre è un buon affare, si rischia che le guide siano troppo usurate o che il motore del mandrino non sia più in condizioni ottimali. ed infine controllerei che gli spostamenti indicati dai volantini sugli assi siano perfettamente in linea con i valori misurati sul comparatore posto sull’asse.

Tornio per metalli

Il tornio per metalli, eccezion fatta per i torni verticali, ha la seguente struttura di base:

in genere, alla sinistra dell’operatore è collocato un motore elettrico che imprime il movimento rotatorio ad un componente circolare (testa motrice o platorello) su cui è piazzato un mandrino autocentrante.

Il tutto è collegato mediante ingranaggi e cinghie di trasmissione.

Talvolta, abbiamo un disco menabrida e un trascinatore a sostenere il componente da lavorare.

Sulla destra è previsto un bancale di acciaio dotato, in alto, di due guide su cui scorre un carrello portautensile e da una contropunta di sostegno , funzionali a sostenere il pezzo da lavorare e consentire l’applicazione di fori assiali.

La parte di sostegno per la contropunta è formata da una base che scorre lungo le guide e di un cilindro forato che descrive un movimento assiale attraverso di un volantino.

Questo cilindro è allineato perfettamente con la testa motrice, in particolare con il centro di rotazione , su cui possono essere applicati utensili diversi come punte lisce, punte elicoidali da foratura, mandrini da trapano.

L’applicazione di questi componenti avviene in maniera molto veloce ed è molto rapida in quanto il cilindro presenta un innesto a cono che ne determina la tenuta per attrito.

Sebbene i torni, come tutte le altre macchine per le lavorazioni, siano apparecchiature di precisione, non escludono, per la buona riuscita del lavoro, l’esperienza e l’abilità e del tornitore.

Tornio usato per metalli

Un tornio usato per metallo è sicuramente un buon investimento soprattutto se amiamo autocostruirci boccole, raccordi alberini spine,perni  ed in generale  solidi di rivoluzione.

Ricordiamo che in genere questi torni hanno bisogno di un mandrino molto potente, quindi torni da 220Volts o con inverter e marchingegni strani, vi consiglio di evitarli. Utilizziamo il motore e la potenza richiesta dallla casa madre del tornio, che è 380 Volts.

Verifichiamo l’aspetto delle guide e non preoccupiamoci dei giochi delle viti quelle vengono compensate scegliendo di incrementare le misure sempre nello stesso verso (è solo nell’inversione del moto dell’asse che si leggono i giochi delle viti)

e poi controlliamo che ci siano tutti i sistemi di protezione, o facciamo in modo che qualcuno più esperto ci indichi quali sono i rischi maggiori  a cui si va incontro e predisponiamo delle misure per renderci incolumi ad eventuali incidenti.

Controlliamo che la rotazione del centro del mandrino corrisponda perfettamente al centro di rotazione dei morsetti del mandrino stesso.Questa è il motivo , spesso, di non rispetto delle tolleranze prescitte da un eventuale disegno.