- 5b 1 - TORNITURA. Obiettivo: ottenere superfici assialsimmetriche

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1 - 5b 1 - TORNITURA 1 Tornitura Obiettivo: ottenere superfici assialsimmetriche Il pezzo possiede il moto di taglio (rotatorio) L utensile possiede il moto di avanzamento 2

2 Il tornio Un tornio parallelo manuale 3 Comando cambio di velocità Comando movimenti barra o madrevite Mandrino autocentrante Vite per fissaggio torretta Rubinetto per liquido refrigerante Contropunta Controtesta Volantino movimento contropunta Madrevite Barra avanzamento automatico Comandi cambio di avanzamenti e passi per filettature Carro Bancale Barra avviamento rotazione mandrino 4

3 Torretta portautensili Volantino slitta portautensili Volantino slitta trasversale Comando avanzamento automatico longitudinale Comando avanzamento automatico trasversale Innesto madrevite Volantino spostamento manuale del carro Avviamento rotazione mandrino 5 6

4 Il tornio Un tornio moderno a controllo numerico 10 Il tornio Tornio a C.N. con banco inclinato a 5 assi 11

5 Il tornio verticale 12 Il montaggio del pezzo Tornitura cilindrica esterna tra le punte brida + menabrida trascinatore frontale 14

6 Il montaggio del pezzo Foro da centro 15 Il montaggio del pezzo Tornitura cilindrica esterna / interna piattaforma a tre griffe autocentranti 16

7 Il montaggio del pezzo Tornitura cilindrica esterna / interna piattaforma a quattro griffe indipendenti 17 Il montaggio del pezzo Tornitura cilindrica esterna montaggio a sbalzo o con contropunta 18

8 Il montaggio del pezzo Tornitura cilindrica esterna / interna di pezzi piccoli pinze elastiche 19 Il montaggio del pezzo Tornitura cilindrica esterna di pezzi snelli supporto del pezzo tramite lunetta 20

9 Il montaggio del pezzo 21 Parametri di lavorazione caratteristici avanzamento a [mm/giro] profondità di passata p [mm] spessore di truciolo h [mm] sezione di truciolo S = ap [mm 2 ] velocità di taglio v t [m/min] Valori indicativi: a = mm/giro p = mm v t = m/min h 23

10 Utensile Parametri caratteristici: dell utensile della lavorazione 24 Lavorazioni eseguibili Lavorazioni: Tornitura cilindrica esterna Tornitura cilindrica interna 25

11 Lavorazioni eseguibili Lavorazioni: Tornitura esterna di superfici complesse Tornitura interna di superfici complesse 26 Lavorazioni eseguibili Lavorazioni: Filettatura esterna e interna Gole di scarico 27

12 Lavorazioni eseguibili Lavorazioni: Sfacciatura Troncatura 28 Lavorazioni eseguibili 29

13 Lavorazioni eseguibili 30 Finitura superficiale a Rt 8 r [ m] Ra a r [ m] 31

14 Finitura superficiale Esempio dell influenza dell avanzamento 1000 Ra 32 a 2 r 32 Forze in tornitura Perché prevedere le forze in lavorazione? per prevedere la potenza richiesta dalla lavorazione VERIFICA: la macchina utensile deve essere in grado di fornire la potenza richiesta VERIFICA: occorre assicurare il serraggio del mandrino per il trascinamento per valutare le deformazioni del pezzo e dell utensile durante la lavorazione; VERIFICA: flessione del pezzo in funzione del sistema di montaggio e delle tolleranze imposte evitare la rottura dell utensile/pezzo migliorare la precisione dimensionale del pezzo 33

15 Le componenti della forza F x = Forza di avanzamento F y = Forza di repulsione F z = Forza di taglio 34 Forze in tornitura Per il calcolo della forza di taglio Fz si usa il metodo della pressione specifica Sperimentalmente si osserva che la forza di taglio Fz è proporzionale alla sezione di truciolo: F k S dove k s è la pressione di taglio e dipende principalmente dal materiale in lavorazione e dall angolo g dell utensile z s 35

16 Forze in tornitura La pressione di taglio dipende dalla sezione di truciolo con una relazione inversa: k S s0 k s 1/ n dove k s0 è la pressione specifica di taglio. Quindi: F s0 S con k s0 e n costanti positive. Alle volte 1/n è sostituito da un termine w. z k 11/ n 36 Forze in tornitura Da cosa dipendono k s0 e n? k s0 è la pressione specifica di taglio e dipende da: materiale in lavorazione [angolo spoglia frontale, materiale utensile, lubrificante,...] n è l esponente della relazione e dipende da: materiale in lavorazione 37

17 Forze in tornitura Da cosa dipende k s0? 38 Potenza in tornitura Calcoliamo il prodotto scalare: P F V F x v x F y v y F z v z ma v y = 0, quindi: P F x v a F z v t Inoltre è: v a v t e F x F z quindi: P F z v t 39

18 Forze in tornitura Esempio: tornitura di ottone (k s0 = 800 N/mm 2, 1/n = 0.255) dati di taglio: a = 0.1 mm/giro, p = 1 mm, v t = 150 m/min La forza di taglio vale F = 800 (0.1) = 144 N La potenza di taglio vale P = F v t = 144 [N] 150 [m/min] = = 144 [N] 2.5 [m/s] = 360 W Il metodo della pressione specifica è valido anche per lavorazioni differenti dalla tornitura, utilizzando un adeguata coppia di k s0 e n. 40 Verifica serraggio M r M t Deve essere: M r > M t 41

19 Verifica serraggio Momento di taglio: M t = F t D / 2 Momento resistente: M r = z p A D* / 2 z = numero di griffe dell autocentrante p = pressione di contatto griffa-pezzo A = area di contatto griffa-pezzo = coefficiente di attrito statico 0.15 per griffe in acciaio dolce 0.25 per griffe con profilo ondulato per griffe rigate in acciaio temprato D = diametro del pezzo in corrispondenza dell utensile D* = diametro del pezzo in corrispondenza delle griffe 42 Verifica flessione pezzo f 3 1 Ft L 3 E J f F t L E J 3 f Ft L E J 43

20 - 5b 2 - FRESATURA 44 FRESATURA La fresatura è una lavorazione per asportazione di materiale che consente di ottenere una vasta gamma di superfici (piani, scanalature, spallamenti, ecc.) mediante l azione di un utensile pluritagliente a geometria definita. 45

21 Moti relativi Taglio: moto rotatorio posseduto dall utensile. Avanzamento: traiettoria relativa utensile pezzo. 46 Moti relativi FRESATURA FRONTALE FRESATURA PERIFERICA FRESATURA ASSIALE 47

22 Fresatura periferica I taglienti sono disposti lungo la periferia esterna del disco o cilindro. 48 Modalità di avanzamento IN OPPOSIZIONE IN CONCORDANZA 49

23 Fresatura discorde Per fresatura discorde si intende la fresatura nella quale l avanzamento risulta in opposizione: il tagliente nella parte iniziale striscia sulla superficie; vince la resistenza del materiale ed inizia a tagliare; lo spessore del truciolo cresce gradatamente. 50 Fresatura discorde: forze Possibile scomposizione della risultante R: 51

24 Fresatura discorde: pro e contro - Strisciamento iniziale: usura del dente della fresa incrudimento del materiale eccessivo riscaldamento del tagliente Forza verticale verso l alto: vibrazioni della macchina distacco del pezzo dall attrezzatura + Forza orizzontale opposta all avanzamento: contatto continuo dei fianchi dei filetti della vite e della madrevite 52 Fresatura concorde Per fresatura concorde si intende la fresatura nella quale l avanzamento risulta in concordanza: il tagliente inizia a tagliare in modo netto dalla parte a sezione maggiore (non vi è strisciamento, ma urto); lo spessore di truciolo decresce. 53

25 Fresatura concorde: forze Possibile scomposizione della risultante R: 54 Fresatura concorde: pro e contro + Assenza strisciamento: buona finitura superficiale ridotto riscaldamento del pezzo e del tagliente potenza assorbita minore Forza verticale verso il basso: stabilità del bloccaggio - Forza orizzontale concorde: distacco periodico dei fianchi dei filetti della madrevite da quelli della vite Urto iniziale: rischi di rottura del dente 55

26 Fresatura frontale I taglienti sono disposti in modo tale che la loro parte attiva sia in corrispondenza della base del corpo cilindrico della fresa. 56 Fresatura frontale spianatura 57

27 Fresatura frontale spianatura 58 Fresatura frontale: forze Possibile scomposizione della risultante R: 59

28 Fresatura frontale: forze Forza parallela alla direzione di moto O: nel tratto AB opposta alla direzione di avanzamento nel tratto BC concorde alla direzione di avanzamento Forza ortogonale alla direzione di moto V: sposta lateralmente il pezzo 60 Fresatura frontale: forze Per la stabilità della lavorazione la risultante orizzontale deve opporsi all avanzamento: tratto di ingresso AB > del tratto di uscita BC disallineamento dell asse della fresa Se D > L (D > L) sporgenza nel tratto in ingresso 0.1 D sporgenza nel tratto in uscita 0.3 D 61

29 W D < L I < W/3 62 Fresatura: FRONTALE vs PERIFERICA Nella fresatura frontale: spessore del truciolo meno variabile: riduzione di vibrazioni maggiore rigidità (asse della fresa corto) solitamente maggior numero di denti in presa: lavorazione più uniforme d r 63

30 Angoli caratteristici fresatura periferica Le frese sono utensili pluritaglienti, con taglienti disposti su varie superfici: piane di rivoluzione cilindriche coniche di forma Ogni dente (con petto e fianco) è assimilabile ad un utensile monotagliente Ciascun tagliente della fresa lavora ad intermittenza 64 Tipologie di frese Frese cilindriche-periferiche superfici piane Frese cilindrico-frontali frese a manicotto frese a codolo frese a codolo ad estremità semiferica 65

31 Tipologie di frese Sgrossatura Finitura Frese a manicotto spianatura di superfici piane lavorazione contemporanea di due superfici ortogonali. Frese a codolo scanalature, anche curvilinee contornature esterne ed interne cave per linguette. Frese a codolo semisferiche superfici complesse 66 Tipologie di frese Frese a disco a tre tagli scanalature rettilinee. Frese per scanalature a T l esecuzione di una scanalatura a T vuole la prescanalatura a sezione rettangolare. 67

32 Frese a codolo: sistema di bloccaggio Mandrino portapinza con codolo liscio: Codolo con piano di bloccaggio ISO/ANSI: Codolo filettato BS122 Parte 4 adatto ai mandrini tipo Fastloc: 68 Contornatura È la lavorazione di profili mediante frese a candela 69

33 Esecuzione di cave È la lavorazione con cui si ottengono cave, scanalature o asole di diverse geometrie. 70 Esecuzione di cave È possibile ottenere scanalature a T o con geometrie complesse. 71

34 Fresatura a tuffo Per questo tipo di operazione è necessario ridurre l avanzamento con un fattore pari al numero di taglienti Ottima per realizzare fori fuori allineamento Funziona come un alesatore 72 Frese con testa semisferica Si possono avere, modificando al momento della riaffilatura o su ordine speciale, profili raggiati, smussati, tondi ed arrotondati. Cave Finitura Sgrossatura 73

35 Superfici complesse Si ha, ad esempio, con la lavorazione di superfici di stampi Percorso utensile complesso 74 Frese sagomate Frese ad angolo Frese a ¼ di cerchio 75

36 Applicazioni delle frese a codolo 76 Tipi di frese Esiste inoltre una grande varietà di tipi di frese per poter realizzare diverse geometrie 77

37 Taglio di ingranaggi 78 La fresatrice universale 79

38 Elementi caratteristici Mandrino ad asse orizzontale o verticale Gruppo sostegno del pezzo mensola slitta trasversale slitta longitudinale 80 Fresatrice universale mandrino testa verticale cambio velocità mandrino ed avanzamenti tavola spostamento manuale longitudinale albero porta fresa mandrino porta frese slitta trasversale basamento 81

39 Fresatrice universale Piattaforma girevole sulla slitta trasversale 82 Fresatrice orizzontale 83

40 Fresatrice verticale Albero verticale o inclinabile 84 Le fresatrici moderne 85

41 Le fresatrici moderne 86 Parametri di taglio Velocità di rotazione del mandrino n [giri/min] Velocità di taglio v t [m/min] Velocità di avanzamento V a [mm/min] Avanzamento al giro a [mm/giro] Avanzamento al dente a z [mm/dente/giro] a z V a a V t V t a V z a a V a a z z a z mm n min a mm z dente giro t t 87

42 a a z Z = 8 a = 8 az L 88 Fresatura periferica - Forze e Potenze di taglio s a sin z s m 1 s s 1 a z s d a z sin d s 1 s 0 0 s cos s 2 p cos s 1 D s m 2a z s p D S m s m B Poiché la sezione del truciolo non è costante, risulta non costante anche il valore della pressione di taglio. Anche per questa ci si riferisce ad un valore medio k sm. Quindi: T k m sm S m s 89

43 90 della fresa denti numero di z : z z s c 2 [kw] c t m c m tot z v T z P P 91 Fresatura frontale Forze e Potenze di taglio s d a d s s z m sin sin s a z cos cos z m a s D B D B cos cos D B a s z m p s S m m

44 Anche in questo caso la sezione del truciolo non è costante, risulta non costante anche il valore della pressione di taglio. Anche per questa ci si riferisce ad un valore medio k sm. Quindi vale: T k S m sm m Il valore di k sm però questa volta non è funzione dello spessore medio del truciolo, bensì dello spessore medio effettivo s om. P Questo vale: tot P z c m z c s om s m sin z Fm vt zc [kw] s m s om 92 Rugosità in fresatura Frontale Analogamente alla tornitura vale: R max 2 az 8R 1 R a R 4 Periferica Stessa espressione ma in questo caso R è il raggio della fresa max Sperimentalmente si verifica che il valore della rugosità reale è superiore: 93

45 - 5b c - LAVORAZIONE DI FORI FORATURA ALESATURA MASCHIATURA 94 Foratura Obiettivo: ottenere fori assialsimmetrici. L utensile possiede il moto di taglio e generalmente anche il moto di avanzamento. L utensile usato è la punta elicoidale. Brevettata dal Stephen Morse nel Rispetto ad altre lavorazioni, la foratura presenta alcuni problemi in più legati alla difficoltà di evacuazione del truciolo e di accesso del liquido lubrorefrigerante nel foro. 95

46 Foratura La punta elicoidale per impieghi generici dispone di una ricca varietà di applicazioni e materiali. Trapano elettrico Trapano a colonna Macchina CNC 96 Geometrie ottenibili 97

47 La punta elicoidale diametro D spessore w dello spigolo centrale lunghezza c del nucleo larghezza b dei bordini di guida scarico g delle superfici laterali angolo fra i taglienti e angolo di inclinazione dell elica l passo dell elica H angolo dello spigolo centrale Y angolo di inclinazione laterale r Sono presenti due taglienti opposti e un nocciolo centrale che non taglia, ma si incunea nel materiale e lo spinge verso i taglienti. 98 La punta elicoidale Le punte per uso generale sono caratterizzate da un affilatura standard, dotata di due taglienti con un tagliente trasversale contiguo. Quando passa attraverso il materiale, il tagliente trasversale, invece di eseguire un vero e proprio taglio, esercita una spinta relativamente elevata in modo da penetrare nel materiale 99

48 La punta elicoidale Nucleo centrale Va aumentando di diametro verso il codolo per irrobustire la punta. 100 La punta elicoidale Le scanalature ad elica della punta servono per far fuoriuscire il truciolo dal foro. Per questo sono più lunghe della profondità di foratura. Se la punta è di grande diametro può essere forata per consentire il passaggio del liquido lubrorefrigerante fino alla zona di taglio. 101

49 Forme particolari Attacco conico Attacco cilindrico Con lubrificazione interna Foratura e svasatura Foratura e lamatura 102 Angoli di taglio Gli angoli di taglio a, b, g si possono ottenere con una sezione N-N normale al tagliente. 103

50 Influenza della forma della punta L angolo dell elica l influenza: le forze di taglio (diminuiscono all aumentare di l) l evacuazione del truciolo (favorita all aumentare di l) la resistenza della punta (diminuisce all aumentare di l) Valori tipici: acciai e ghise: rame e leghe leggere: ottone e bronzo: Influenza della forma della punta L angolo di punta e influenza: le coppia di taglio (diminuisce all aumentare di e) forza assiale (aumenta all aumentare di e) l instabilità (peggiora all aumentare di e) Valori tipici: ghise: <90 acciaio: 118 rame e leghe leggere:

51 Parametri di lavorazione caratteristici avanzamento a [mm/giro] a z = a/2 diametro punta D [mm] spessore di truciolo h = a z sin(/2) [mm] sezione di truciolo S = a D/4 [mm 2 ] velocità di rotazione della punta n [giri/min] velocità di taglio v t = n D/1000 [m/min] h a/2 Valori indicativi: a = mm/giro D = 1-50 mm v t = m/min 106 Usura della punte elicoidali L usura delle punte comporta un rapido aumento delle forze e delle coppie di lavorazione. E possibile riaffilare le punte elicoidale tramite mola: 107

52 Errori di lavorazione La foratura con punte elicoidali è affetta da errori geometrici piuttosto grossolani (IT 9 - IT 11). Gli errori tipici sono: posizione/inclinazione dell asse forma del foro ottenuto finitura superficiale. Per migliorare la precisione si possono adottare: dispositivi particolari durante la foratura (punte da centro o bussole) prevedere la rilavorazione del foro (barenatura o alesatura). 108 Foratura - Punte da centro 109

53 Foratura - Maschere di foratura 110 Spesso un problema critico nella foratura sono le strette tolleranze cui è soggetto il foro. Si cerca allora di: generare una superficie di ingresso piana e normale all asse della punta, per evitare che la punta sbandi ; eseguire il foro in più passate, con un graduale aumento del diametro della punta. 111

54 Punta ad inserti 112 Foratura profonda Punta a cannone Per rapporti L/D superiori a 5 e inferiori a 50 si preferisce adottare punte a cannone. 113

55 Foratura di grandi diametri Per forare grandi diametri (su spessori contenuti) si adotta la punta a carotare. 114 Forze di taglio Le forze agenti sulla punta elicoidale sono originate da: dall azione di taglio dei taglienti dall azione di compressione e taglio dello spigolo centrale dall attrito dei due bordini dall attrito dorsale. In generale si scompone le forze agenti in: direzione assiale (avanzamento) direzione tangenziale (coppia di taglio) 115

56 Forze di taglio La forza di taglio (su un tagliente) è data da: F y1 F y2 k s s k La coppia di taglio è data da: Sostituendo si ha: D C 2 Fy1 4 s a D 4 k C 2 s a D D 4 4 k s a 8 2 D 116 Potenza di taglio La potenza assorbita dalla foratura è data da: P C 1000 [kw] con: 2 n

57 Alesatura Quando le tolleranze imposte al foro sono molto strette si utilizzano punte di geometria particolare e l operazione viene detta alesatura. Gli utensili alesatori non lavorano dal pieno ma allargano il foro (sono leggermente conici). 118 Vengono utilizzati per ottenere fori con forma di elevata precisione (tolleranza IT 6 o meglio, finitura Ra < 1 m). 119

58 Per poter operare, gli alesatori richiedono un preforo. Il sovrametallo indicativo da lasciare nella fase di foratura è riportato in tabella. Per recuperare errori di posizionamento dell asse non servono gli alesatori, ma bisogna ricorrere a bareni. 120 Alesatori cilindrici Scanalatura elicoidale: Scanalatura diritta: 121

59 Alesatori conici Alesatori conici per spine coniche: Alesatori conici per sedi cono Morse: Alesatori per chiodi: 122 Barenatura 123

60 Maschiatura Per ottenere filettature all interno di fori (ciechi o passanti) si utilizzano utensili a maschiare (maschio filettatore). 124 Maschio 125

61 Parte attiva del maschio L intero volume del truciolo viene tagliato dai denti dell imbocco. 126 Tipologie di maschi Maschi a scanalatura diritta (fori passanti e ciechi): Maschi con imbocco corretto (fori passanti): Maschi con elica destra (fori ciechi): Maschi con elica sinistra (fori passanti): Maschi con filettatura alternata (fori passanti e ciechi): Maschi a rullare (fori passanti e ciechi): 127

62 Maschi a rullare Prestazioni: Maggiore velocità di taglio. Filettatura più resistente sul pezzo da lavorare. Nessun problema di evacuazione del truciolo. Maggiore durata dell utensile. Elevata precisione del passo. Fori ciechi profondi (nessun truciolo). Filettatura di migliore qualità. Requisiti: Materiale di massima resistenza 1000 N/mm2. All. percentuale del materiale pari al 10%. Diametro di preforo esatto. Una buona lubrificazione è essenziale. 128 Vantaggi dei maschi a rullare a freddo Il processo di rullatura a freddo è più veloce rispetto alla maschiatura tradizionale. I maschi a rullare garantiscono una maggiore durata dell utensile. La salda struttura dei maschi a rullare è una vera e propria garanzia contro la rottura. Garanzia di filettatura tampone. Nessuna necessità di rimozione e smaltimento del truciolo. Struttura laminata con maschio a rullare a freddo 129

63 Maschiatura 130 Confronto tra tempi lavoro maschiatura e rullatura 131

64 Foratura Lavorazioni accessori Svasatura e lamatura 132 Foratura Macchine utensili La macchina utensile specifica per eseguire la foratura è il trapano, sebbene spesso la foratura venga eseguita anche su macchine utensili differenti (torni, fresatrici, ecc.). 133

65 Il trapano a colonna (o a montante) possiede un sistema di avanzamento automatico della punta. 134 Il trapano a bandiera consente di posizionare l asse della punta senza spostare il pezzo. 135

66 Automazione della foratura: il trapano a mandrini multipli. 136