La produzione sottrattiva è una delle tipologie di produzione di precisione più comuni e ampiamente utilizzate. Nello specifico, nella produzione sottrattiva, a differenza della stampa 3D, si parte da un blocco solido o da una struttura di materiale e si ritaglia con una macchina fino a ottenere la figura desiderata. Questo processo viene svolto in modo simile dagli scultori, sebbene nella produzione sottrattiva si sostituisca la scultura con una macchina o un braccio robotico.
Tornitura CNC and fresatura CNC sono le forme di produzione più comuni nella produzione sottrattiva. Sebbene nel linguaggio comune possano essere usate in modo intercambiabile, in realtà sono diverse e presentano punti di forza, debolezze e utilizzi specifici. Nelle prossime righe, speriamo di potervi fornire le informazioni più basilari e introduttive sull'uso delle macchine CNC, per aiutarvi anche nelle fasi del vostro prossimo progetto.
Cos'è la tornitura CNC?
Il processo di tornitura CNC consiste nel posizionare una barra di materiale su un mandrino e farla ruotare a una determinata velocità, mentre un utensile di tornitura viene fatto avanzare lungo la forma desiderata e poi svitato dal materiale. Questo processo è descritto con caratteristiche diverse ed è dovuto in particolare al movimento descritto, in cui il pezzo ruota mentre l'utensile viene tagliato. In questo specifico processo, l'utensile da taglio rimane in una posizione mentre ruota e si muove lungo gli altri assi.
La tornitura CNC viene eseguita su una macchina chiamata tornio o centro di tornitura. Poiché il materiale ruota su un mandrino, la tornitura CNC è pensata per la creazione di parti cilindriche o tubolari. Se si deve produrre un albero di base, una gamba decorativa per un tavolo o un connettore complesso per l'ingegneria aerospaziale, la tornitura è generalmente il metodo di lavorazione preferito.
Il processo di tornitura CNC
Per iniziare il processo di tornitura, si utilizza una barra tonda. Questa barra viene montata sul mandrino del tornio. Il mandrino è il componente principale, in quanto fornisce il movimento rotatorio richiesto.
Per prima cosa, il mandrino viene alimentato e il pezzo viene ruotato a migliaia di giri al minuto (RPM). Un utensile montato sulla torretta viene avvicinato alla superficie del pezzo. L'utensile, mentre il mandrino taglia, si muove linearmente parallelamente al cilindro e rimuove i trucioli dal pezzo.
Poiché l'utensile è sempre in contatto con il pezzo da lavorare, il processo è piuttosto rapido e si possono ottenere tagli molto puliti. Questo è il motivo per cui le operazioni di tornitura CNC sono generalmente riconosciute per la loro efficienza e le elevate finiture superficiali.
Tipi di operazioni di tornitura CNC
Il termine "tornitura" può essere utilizzato per descrivere tutte le operazioni di un tornio CNC, ma a seconda dell'utensile e del modello di movimento della macchina, è possibile eseguire alcune operazioni.
- Spianatura: questa operazione viene utilizzata per consentire all'utensile di liberare l'estremità del pezzo in lavorazione e creare una superficie perpendicolare all'asse di rotazione. Questa superficie è solitamente necessaria per poter eseguire operazioni successive su un pezzo di dimensioni note.
- Tornitura esterna: l'utensile si sposta lungo la lunghezza del pezzo in lavorazione per ridurne il diametro e ottenere la forma cilindrica principale.
- Alesatura: per ottenere misure specifiche del diametro interno, un utensile si sposta assialmente attraverso il pezzo in lavorazione per allargare un foro precedentemente praticato.
- Filettatura: questa funzione fa sì che la macchina utensile si muova e tagli attraverso l'esterno o l'interno del pezzo in lavorazione a velocità di avanzamento specifiche calcolate in base alla velocità di rotazione del mandrino che esegue le filettature nel pezzo in lavorazione.
- Scanalatura: in questo caso la macchina utensile rimuove una parte di un lato del pezzo in lavorazione tagliandolo radialmente, creando un canale o una scanalatura.
- Zigrinatura: uno strumento speciale che non rimuove materiale ma che imprime un motivo superficiale (solitamente dei diamanti o dei disegni rettilinei) sul pezzo in lavorazione allo scopo di creare una presa migliore sulla superficie del pezzo in lavorazione.
Materiali compatibili con la tornitura CNC
La tornitura CNC può lavorare molti tipi diversi di materiali. La tornitura CNC utilizza un oggetto rotante con un utensile da taglio rigido. Plastiche morbide e superleghe temprate possono essere lavorate con la tornitura CNC.
I metalli che possono essere utilizzati includono: alluminio (6061, 7075), ottone, acciaio a basso tenore di carbonio, acciaio inossidabile (303, 304, 316), titanio e magnesio.
Le materie plastiche che possono essere utilizzate includono: ABS, nylon, policarbonato, PEEK, PTFE (Teflon) e acrilico.
Il materiale scelto solitamente determina la velocità di taglio e il tipo di utensile utilizzato. Quando si utilizza alluminio tenero, la tornitura è più rapida e l'utensile si usura meno, a differenza della tornitura di acciaio inossidabile trattato termicamente.
Vantaggi e svantaggi della tornitura
Vantaggi:
- Velocità:Per le parti cilindriche, la tornitura è notevolmente più veloce della fresatura perché l'azione di taglio continua rimuove rapidamente il materiale.
- Finitura superficiale:La rotazione continua consente finiture eccezionalmente lisce e di alta qualità, senza i segni visibili dell'utensile spesso lasciati dalla fresatura.
- Conveniente:Per i pezzi rotondi, i torni sono generalmente più economici da utilizzare e configurare rispetto alle fresatrici complesse.
- Precisione:Ideale per ottenere tolleranze strette su diametri e concentricità.
Svantaggi:
- Limitazioni geometriche:Si è in gran parte limitati a parti con simmetria rotazionale. Non è facile ruotare una scatola quadrata o una forma organica complessa priva di asse centrale.
- Usura degli utensili:Il contatto costante può causare un accumulo di calore, che richiede strategie di raffreddamento più efficaci e un'usura potenzialmente più rapida degli utensili sui materiali più duri.
Cos'è la fresatura CNC?
Quando freso qualcosa con una macchina CNC, faccio l'opposto della tornitura. Invece di ruotare, il pezzo è fermo e un utensile da taglio si muove avanti e indietro su di esso per rimuovere il materiale.
Nel settore manifatturiero, le fresatrici sono i cavalli di battaglia. Possono creare qualsiasi superficie piana e sono anche in grado di creare tasche scanalate, fori e contorni a zig-zag tridimensionali dettagliati. Mentre trasformano i pezzi lavorati in un cilindro, la fresatrice lavora per creare un cubo e qualsiasi forma che non sia semplicemente rotonda. È possibile creare staffe, alloggiamenti e qualsiasi forma non convenzionale.
Anche il numero di assi che le fresatrici possono gestire è un elemento importante per classificarle.
- Fresatura a 3 assi: su tre degli assi, l'utensile può muoversi in direzione X (sinistra o destra), Y (avanti o indietro) e Z (su o giù). Questo tipo di fresatura è standard per pezzi meno complessi.
- Fresatura a 5 assi: sui 3 assi già descritti, e su altri 2 descritti nelle direzioni X e Y, la macchina è dotata di un asse di rotazione, o meccanismo di inclinazione, sull'utensile di taglio o sul tavolo della macchina. Questa configurazione consente alla fresa di avvicinarsi al pezzo da quasi tutte le direzioni ed è il motivo per cui vengono realizzate geometrie complesse come pale di turbine e complessi impianti medicali.
Il processo di fresatura CNC
Nella fresatura CNC, il processo prevede innanzitutto l'utilizzo di un pezzo di materiale grezzo, detto anche grezzo, che viene fissato al tavolo della macchina con una morsa, come nell'immagine a destra in alto. In una fresatrice a 3 assi di base, il materiale è tenuto saldamente in posizione, come in un tornio.
Successivamente, una fresa cilindrica, che a tutti gli effetti assomiglia a un trapano ma può tagliare lateralmente, viene fatta ruotare ad alta velocità nel mandrino di una macchina. Il computer CNC indirizza quindi il mandrino verso una serie di coordinate. Mentre ruota, l'utensile preme contro il materiale. L'utensile quindi ne asporta una parte.
Il processo è diverso anche perché è intermittente. L'utensile è dotato di più taglienti e ogni tagliente della scanalatura può tagliare, ma deve uscire dal pezzo per fare spazio al mandrino per centrarlo. Mentre in un tornio, il processo è un taglio continuo, cosa impossibile con questo utensile.
Tipi di operazioni di fresatura CNC
Come la tornitura, anche la fresatura descrive una serie di operazioni specifiche che possono essere eseguite per conferire caratteristiche specifiche a un pezzo.
- Fresatura frontale: si tratta di frese frontali di grande diametro che ruotano su un asse perpendicolare alle superfici del pezzo. Lo scopo principale è quello di livellare la superficie superiore del pezzo per ottenere una finitura liscia.
- Fresatura a bramme: questo tipo di fresatura prevede che la fresa sia parallela al pezzo da lavorare. Viene utilizzata per rimuovere rapidamente grandi volumi di materiale.
- Fresatura angolare: l'utensile esegue smussi, scanalature o incastri a coda di rondine con un certo angolo rispetto al pezzo in lavorazione.
- Fresatura di forma: utilizza una fresa speciale con una forma positiva desiderata (ad esempio un raggio curvo positivo) per tagliare forme diverse in un'unica passata.
- Fresatura a cavalcioni: due o più frese vengono montate sullo stesso albero per lavorare simultaneamente due superfici parallele.
- Fresatura a più fasi: è simile alla fresatura a cavalcioni, ma con più frese che eseguono diverse operazioni contemporaneamente.
Materiali compatibili con fresatura CNC
I materiali che frese e torni possono utilizzare sono praticamente gli stessi. Poiché i pezzi in lavorazione sono fermi, è più sicuro e facile fresare oggetti grandi, ingombranti o pesanti, che sarebbero troppo pericolosi da far ruotare su un tornio.
- Metalli: acciaio e sue leghe, acciaio per utensili, alluminio, ottone, rame, titanio e inconel.
- Plastica: Delrin, nylon, HDPE, UHMW e PVC.
- Compositi: fibra di carbonio e fibra di vetro, anche se sono abrasivi e probabilmente richiederebbero utensili speciali.
Vantaggi e svantaggi della fresatura
Vantaggi:
Versatilità: capacità di creare qualsiasi forma.
Capacità multifunzionale: un'unica configurazione può svolgere un'ampia gamma di attività diverse: foratura, alesatura e maschiatura.
Scalabilità: è possibile creare moltissimi duplicati e passare facilmente alla creazione di qualcosa di nuovo.
Svantaggi:
Costo: sono costosi da utilizzare e acquistare, soprattutto le macchine a 5 assi. Sono anche più costosi da programmare rispetto ai torni.
Rifiuti: le cartiere spesso creano grandi quantità di costosi rifiuti di materiali sotto forma di rottami.
Segni degli utensili: i tagli possono essere molto evidenti e potrebbero essere necessari ulteriori processi per levigare la superficie.
Le principali differenze: tornitura CNC vs fresatura CNC
Entrambe sono forme di lavorazione CNC sottrattiva, ma esistono delle differenze tra tornitura e fresatura. Conoscere queste differenze può contribuire a migliorare l'efficienza della linea di produzione.
1.Movimento
La differenza principale sta nell'elemento della fresatrice che si muove.
-Tornitura significa che il pezzo ruota e la macchina utensile rimane ferma.
- La fresatura significa che il pezzo rimane fermo e la macchina fa ruotare l'utensile.
Questa differenza da sola è sufficiente a modificare la produzione del negozio.
2.Attrezzatura
- La tornitura impiega utensili da taglio a punta singola. Tenete presente che solo una punta affilata entra in contatto con il materiale. In questo modo è possibile ottenere tagli lisci e continui.
- La fresatura utilizza utensili da taglio multi-tagliente. Esempi sono le frese a candela e le frese a spianare, entrambe dotate di taglienti lungo il tagliente dell'utensile. In questo modo è possibile rimuovere grandi volumi di materiale non cilindrico.
3. Forme delle parti
- La tornitura è possibile solo per pezzi che presentano simmetria di rotazione, come cilindri, tubi e sfere. Se entrambe le parti hanno sezioni trasversali identiche, indipendentemente dalla posizione lungo l'asse di rotazione, allora sono pronte per la tornitura.
- La fresatura è l'opposto. Questo include blocchi 3D, piastre e altre forme asimmetriche complesse. Se un pezzo presenta molte caratteristiche 2D come facce piane e tagli assortiti, probabilmente è adatto alla fresatura.
4. Formazione del truciolo
- La tornitura produce trucioli continui, lunghi e filiformi. Questo è il risultato del continuo impegno dell'utensile. Spesso questi trucioli possono avvolgersi attorno all'utensile, un effetto chiamato "nido d'uccello".
- Fresatura: produce trucioli corti e spezzati grazie all'azione di taglio intermittente. Questi sono più facili da evacuare dalla zona di taglio.
Scegliere il processo giusto per il tuo progetto
Scegliere tra fresatura CNC e tornitura CNC non è sempre una decisione binaria. La maggior parte delle macchine moderne sono centri di "fresatura-tornitura" che integrano entrambe le funzionalità. Sono in grado di ruotare il pezzo per le operazioni di tornitura, utilizzando al contempo portautensili motorizzati per fresare superfici piane o forare lateralmente.
Tuttavia, se devi prendere una decisione su un processo primario, dovresti tenere a mente i seguenti fattori:
Forma della parte
Considera il design. È circolare o rotondo? Ha la forma di una vite, un bullone o un pistone? In tal caso, dovresti iniziare con la tornitura. Se il pezzo ha forme quadrate, rettangolari o asimmetriche come staffe, collettori o coperture personalizzate, dovresti iniziare con la fresatura.
Volume di produzione
A parità di volume, la tornitura è più veloce e meno costosa per produzioni di grandi volumi che includono parti cilindriche. Il tornio svizzero è un tipo di centro di tornitura che esegue migliaia di pezzi precisi in un'ora ed è molto specializzato. La fresatura tende a essere più lenta, anche se destinata a volumi elevati, ed è necessaria per geometrie più complesse.
Risorse finanziarie
Le fresatrici a 3, 4 o 5 assi sono più costose in termini di impostazione e programmazione rispetto ai centri di tornitura. Progettando il pezzo in modo che possa essere tornito anziché fresato, è probabile che si riducano i costi di produzione.
Conclusione
Conoscere la produzione CNC vi permetterà di progettare con maggiore efficienza. Potrete adattare i vostri pezzi allo specifico processo di lavorazione che verrà utilizzato per eliminare produzioni non necessarie, aumentare la velocità di produzione e ridurre i costi. Conoscere le differenze tra la precisione di rotazione di un tornio e la capacità di contornatura generale di una fresa vi permetterà di selezionare l'utensile di lavorazione più adatto al vostro compito.
Se ancora non sei sicuro di quale sia il processo ideale per la tua prototipazione, puoi smettere di chiederti: agisci subito. Contatta il nostro team di esperti per una consulenza sulla progettazione per la producibilità o richiedi un preventivo inviando i tuoi file CAD.
Domande frequenti
Q: Esiste la tornitura con interpolazione del mulino?
R: Sì, esiste un metodo chiamato tornitura a interpolazione, in cui una fresatrice può imitare un tornio, anche se a un ritmo notevolmente più lento e con minore precisione.
Q: La tornitura CNC costa meno?
R: In genere no. Per la maggior parte dei componenti idonei (cilindrici) entro un dato budget, la tornitura è più efficiente e meno costosa. La fresatura viene riservata ai componenti che non possono essere torniti.
Q: Cos'è una macchina tornio-fresatrice?
A: Un centro di lavoro ibrido in grado di eseguire operazioni di tornitura e fresatura in un'unica configurazione. Il pezzo ruota per la tornitura e la macchina è dotata anche di utensili rotanti per la foratura o la fresatura di particolari senza dover trasferire il pezzo su un'altra macchina.
Q: Quale processo ha la finitura migliore?
R: La tornitura garantisce una finitura migliore sui pezzi cilindrici perché il taglio è continuo. La fresatura lascia segni dell'utensile nei punti in cui la fresa è in rotazione costante.
