Torni automatici
Torni automatici. Cosa sono e a cosa servono?
I torni automatici sono un tipo specifico di tornio in cui il materiale, sotto forma di barra, oltre al movimento rotatorio, esegue contemporaneamente un movimento longitudinale che consente il taglio. Ciò è possibile grazie al design unico della macchina che utilizza una bussola guida. Tali macchine sono talvolta chiamate anche torni automatici o macchine di tipo svizzero.
Un po’ di storia
I torni automatici hanno avuto origine nell’industria orologiera. Un’industria in cui la necessità di tornitura di pezzi lunghi, sottili e complessi con un’elevata precisione era inestimabile per il processo di produzione. All’apice della rivoluzione industriale, un orologiaio efficiente non solo doveva produrre minuterie di precisione, ma anche farlo in modo altamente efficiente per soddisfare la domanda.
L’invenzione della tornitura svizzera è attribuita a Jakob Schweizer, un produttore di orologi di Bienne, in Svizzera, alla fine del XIX secolo. Egli sviluppò il primo tornio dotato di quella che poi si rivelò un’invenzione senza tempo: la fantina mobile, che permetteva la rotazione simultanea del materiale e il suo movimento longitudinale.
La tornitura su torni automatici si è evoluta molto più di quanto i suoi creatori potessero immaginare. Sebbene i torni automatici del XXI secolo non siano necessariamente prodotti in Svizzera, sono tutti progettati principalmente per la tornitura di minuterie metalliche di precisione,piccole e complesse, destinate principalmente all’automotive minuterie metalliche, minuteria per settore medicale e minuterie per l’elettronica.
Come funziona?
A differenza dei torni CNC tradizionali, in cui il materiale resta fermo ed è l’utensile che si muove, la macchina automatica con fantina mobile permette al materiale di muoversi lungo l’asse Z mentre l’utensile rimane fermo. La barra è tenuta in un mandrino all’interno dell’alloggiamento della macchina e spostata da una bussola guida nella zona di lavorazione. Solo la parte lavorata viene estratta dalla bussola guida, consentendo al materiale di essere sostenuto in modo sicuro, eliminando la deflessione e migliorando la precisione. Per i pezzi più lunghi, il contromandrino afferra la parte anteriore finita del pezzo per sostenerlo mentre si estende ulteriormente attraverso la boccola.
Boccola guida
La bussola guida è il componente più importante di qualsiasi macchina a fantina mobile e la sua precisione e il suo adattamento sono fondamentali per una corretta torneria meccanica a mobile. Per il suo design, la bussola guida è simile alle classiche pinze di serraggio utilizzate nei torni automatici. Tuttavia, la differenza principale è rappresentata dai materiali utilizzati: la superficie interna è realizzata in carburo cementato[FM1] rettificato con estrema precisione. Ciò è dovuto alla natura del lavoro della boccola, che consiste in un’interazione mobile con la barra del materiale del pezzo che si muove all’interno della boccola. La boccola consente di regolare il gioco del bloccaggio del materiale per adattarsi a un particolare lotto di materia prima.
Controllo della deflessione
Sostenendo la barra del pezzo con la bussola guida, è possibile mantenere la precisione durante l’intero processo di torneria meccanica di precisione.
I pezzi fisici sottoposti a qualsiasi forza si defletteranno naturalmente. Come nel caso dei tornio CNC tradizionali, quando le forze di taglio causano una deflessione eccessiva, la precisione dimensionale del processo di taglio si deteriora. Per i torni tradizionali, la regola generale è che quando si torniscono pezzi con un rapporto lunghezza/diametro superiore a 3 a 1, è necessario un supporto contropunta per evitare una deflessione eccessiva.
Per quanto riguarda le macchine a fantina mobile, la bussola guida sostiene la barra del pezzo così vicino agli utensili di taglio che la deflessione causata dalle forze di taglio è effettivamente nulla. L’utente può tagliare del materiale in eccesso in una sola passata, mantenendo un’elevata precisione dimensionale.
Il negativo diventa positivo
Nei torni automatici a fantina mobile, i movimenti dell’asse Z derivano dal movimento del materiale anziché da quello degli utensili tornio. Questa particolare differenza si riflette nella programmazione della macchina. Nei torni tradizionali, il materiale sporge dal mandrino tornio per una certa distanza. In questa situazione, lo Z zero è assunto sulla faccia del materiale e tutto ciò che è in direzione del materiale ha valori negativi.
Nei torni automatici, invece, gli utensili di tornitura rimangono fermi mentre il materiale si estende. Anche la superficie della faccia del materiale è pari a zero sull’asse Z, come nei torni tradizionali. Tuttavia, tutto ciò che si trova al di là di questa superficie sarà positivo. Questa differenza è molto importante da tenere presente in relazione agli offset dell’asse Z. Ciò significa che una foratura più profonda o una tornitura più lunga richiedono un offset “meno” sui torni tradizionali, ma richiedono un offset “più” sui torni automatici a fantina mobile.
Lavorazione per fasi
Per impostazione predefinita, nella tornitura CNC classica le operazioni di taglio sono suddivise in sgrossatura e finitura. In primo luogo, si rimuove il materiale in eccesso dall’intero profilo con un utensile di sgrossatura. Lo stesso profilo viene lavorato con un utensile di finitura, utilizzando una tolleranza minore per ottenere la dimensione desiderata.
Nei torni automatici, la divisione del processo in fasi è completamente diversa. Questo perché la lunghezza della bussola guida richiede che le minuterie metalliche siano divise in sezioni. Altrimenti, una sezione della barra già lavorata potrebbe cadere dalla bussola guida durante il movimento di ritorno. Per evitare questo fenomeno, il pezzo viene lavorato dividendolo in sezioni di lunghezza inferiore alla lunghezza della parte di lavoro della bussola guida. Ciò consente di sfruttare appieno il supporto fornito dalla boccola.
Olio al posto del refrigerante
La maggior parte delle macchine per la tornitura da barra utilizza l’olio come ausilio alla lavorazione invece del refrigerante a base d’acqua. Ciò significa che la lubrificazione sarà maggiore. I vantaggi dell’olio includono l’assenza di batteri che causano odori e l’eliminazione dell’effetto buccia d’arancia sulle mani dopo un contatto prolungato con il refrigerante. Anche l’aumento della durata degli utensili con il raffreddamento a olio è molto importante.
Il principale svantaggio dei refrigeranti a base d’acqua è che l’olio non è altrettanto efficace nel dissipare il calore, per cui la macchina a fantina mobile può riscaldarsi rapidamente nella zona di lavoro. Dotare queste macchine di sistemi di protezione antincendio è necessario per la produzione senza la supervisione dei dipendenti.
Più scarti
Gli scarti possono diventare un problema, soprattutto con i materiali costosi. A causa della geometria dei torni automatici, da ogni barra lavorata deve rimanere uno scarto di 150-300 mm. Questo perché l’estremità della barra è trattenuta dal mandrino, che si trova all’interno dell’alloggiamento della macchina e non raggiunge mai la zona di lavorazione. La presenza di una bussola guida non lo consente. Per questo motivo, sui torni automatici il numero di pezzi che possono essere realizzati da una singola barra è sempre leggermente inferiore rispetto alle macchine classiche.
Multitasking
A differenza delle macchine tradizionali a 3 o 4 assi, i torni automatici a fantina mobile possono essere dotati fino a 13 assi. Questo aggiunge un valore significativo, riducendo i tempi di lavoro e l’intensità della manodopera, perché gli operatori non devono trasferire il lavoro in corso a un’altra macchina per completarlo.
La disponibilità di moduli rotanti consente ai torni automatici di effettuare la fresatura. Allo stesso tempo, il materiale scorre fuori dalla bussola guida. L’asse Y offre funzionalità di fresatura complete non disponibili sulla maggior parte dei torni CNC tradizionali. Oltre ai moduli rotanti per le lavorazioni di base, molte macchine a fantina mobile hanno una stazione con un set di utensili per le operazioni di contromandrino. In questo modo è possibile rifinire l’altro lato del pezzo dopo averlo tagliato e bloccato nel contromandrino.
Vantaggi dei torni automatici di tipo svizzero
I vantaggi delle macchine a fantina mobile derivano dalla bussola guida, nonché dalla geometria e dalla meccanica della zona utensile.
Applicazione dei torni automatici di tipo svizzero
Sebbene gli orologiai abbiano già adottato i torni automatici da molti anni per altre applicazioni, essi rimangono ampiamente utilizzati in questo settore. Anche l’industria medica è entusiasta di adottare questa tecnologia, in particolare per la produzione di viti chirurgiche e utensili che devono rispettare standard di qualità eccezionalmente severi. Ma le applicazioni popolari di queste macchine continuano. Di seguito, un breve elenco delle altre applicazioni più importanti.
