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22 - Centri di lavorazione per asportazione - Coggle Diagram
22 - Centri di lavorazione per asportazione
Centri di lavorazione
Le macchine utensili per asportazione, indipendentemente dal livello di automazione, è dedicata ad un tipo principale di lavorazione:
tornitura
fresatura
foratura
alesatura
Complessità pezzi e caratteristiche geometriche e superficiali richiedono diverse tipologie di operazioni non realizzabili su tali macchine.
Tradizionalmente:
Il metodo tradizionale di lavorazione delle parti utilizzando diversi tipi di macchine utensili è stato un metodo di produzione efficiente.
Può essere altamente automatizzato al fine di aumentare la produttività, ed è infatti il principio alla base delle linee transfer (chiamato anche DML, dedicated manufacturing lines)
Comunemente usato in produzione ad alto volume o di massa, le linee di trasferimento sono costituite da diverse macchine disposte in una sequenza logica.
Il pezzo (come un motore automobilistico) viene spostato da una stazione all'altra, con un'operazione di lavorazione specifica eseguita in ogni stazione, dopo di che viene trasferita alla macchina successiva per ulteriori operazioni di lavorazione specifiche.
le linee di trasferimento non sono fattibili o economiche, in particolare quando i tipi di prodotti da elaborare cambiano rapidamente a causa di fattori quali la domanda di prodotto o i cambiamenti nella forma o nello stile del prodotto.
Si tratta di un processo costoso e dispendioso in termini di tempo per riorganizzare queste macchine utensili per rispondere alle esigenze del prossimo ciclo di produzione. Limite alla flessibilità di produzione.
Centro di lavorazione:
Un centro di lavorazione è un'avanzata macchina controllata dal computer strumento in grado di eseguire una serie di operazioni di lavorazione su diverse superfici e diversi orientamenti di un pezzo in lavorazione senza doverlo rimuovere dal dispositivo.
Il pezzo è generalmente stazionario, e il taglio gli utensili ruotano, come nella fresatura, nella foratura.
Mentre, nelle linee di trasferimento o nelle officine e nelle fabbriche tipiche, il pezzo è portato alla macchina, nei centri di lavorazione è l'operazione di lavorazione che è si appresta al pezzo.
In un centro di lavorazione ci sono tutti i tipi di utensili da taglio e formatura.
Gli utensili includono anche frese e utensili vari, ganci per la tenuta di inserti,stampi.
Poiché le geometrie sono spesso piuttosto complicate e sono necessarie una varietà di operazioni di lavorazione, questi strumenti sono comunemente prodotti nei centri di lavorazione.
Parti comuni del centro di lavorazione:
pallet: tavola portapezzo (tre assi orientazione + assi rotazione) – cambio pallet automatico 10-30s
magazzino utensili: carica fino a 200 utensili (automaticamente prelevati)
braccio scambiatore: dispositivo cambio utensile, preleva utensile e lo inserisce nel mandrino
pannello di controllo
mandrino
utensili: con portautensile e identificati da codici a barre o chip
controllo dell’utensile (opzionale): monitoraggio usura
Tipologie di centri di lavorazione
Sono stati proposti centri di lavorazione con caratteristiche diverse e varie
Ci sono due tipologie fondamentali:
a mandrino orizzontale
Centri di lavorazione a mandrino orizzontale:
Vengono detti Horizontal-spindle machining center
Sono sistemi adatti a pezzi di notevoli dimensioni con operazioni su molte superfici diverse.
In essi il pallet può essere ruotato attorno a diversi assi per orientare il pezzo.
Categoria particolare sono:
centri di tornitura: torni CNC con più mandrini e torrette
Centri di lavorazione universali:
Macchine con mandrini sia orizzontali che verticali, possono realizzare lavorazioni su tutte superfici accessibili del pezzo
Caratteristiche e capacità (MC) Caratteristiche principali:
Riduzione tempi per operazioni di:
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Aumento della produttività e riduzione manodopera specializzata
versatili, riduzione varietà di macchine impiegate e spazio
Dotate di dispositivi per:
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lavorano ampia varietà di forme e dimensioni con tolleranze dell’ordine di ± 0.0025 mm
disponibili in dimensioni e caratteristiche variabili:
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Caso studio
Lavorazione cuscinetto esterno con centro tornitura:
Produzione anelli esterni di un cuscinetto lavorati in un centro di tornitura
Input: tubo in acciaio AISI 52100 laminato a caldo con diametro esterno 75.5 mm
Velocità di taglio 95 m/min (tutte oper.), tolleranze ± 0.025 mm
Utilizzando un utensile di troncatura in carburo da 3.18 mm di larghezza anziché un utensile in acciaio rapido da 4.74 mm di larghezza
Risparmio significativo della quantità di materiale
a mandrino verticale
Centri di lavorazione a mandrino verticale:
Viene detto Vertical-spindle machining center.
Adatti per varie operazioni su superfici piane con profonde cavità come stampi
Si hanno forze di repulsione verticali do conseguenza i sistemi con:
elevata rigidezza
buona accuratezza dimensionale
Generalmente risultano meno costosi.
Ci sono poi macchine che montano entrambi e sono detti universali.
Dimensioni massime che utensili possono raggiungere attorno al pezzo sono note come volume di lavoro del centro di lavorazione.
Macchine riconfigurabili
La sempre più diffusa richiesta di flessibilità dei sistemi ha portato al concetto di macchine riconfigurabili.
Esempio: macchina utensile a tre assi riconfigurabile per diventare centro di lavorazione modulare: adattandosi alle tipologie di operazioni e alle dimensioni/geometria pezzi
Altro esempio: macchina utensile a 5 assi (3 traslazione e 2 rotazione) →
riconfigurata mediante l’assemblaggio di vari moduli funzionali
Con il termine Riconfigurabile: si intende un sistema con componenti della macchina utensile che possono essere configurati rapidamente in modo diverso (sempre con l’utilizzo di sistemi CNC e software)
Più recenti sviluppi per le macchine utensili relativi a tre principali obiettivi:
intrinsecamente più flessibili
aumentarne il volume di lavoro (a parità di volume occupato)
renderle più leggere
Macchine a cinematica parallela:
Innovazione nelle macchine a cinematica parallela o esapodi che sono basate su dispositivo detto piattaforma Stewart
Vantaggio risiede nei bracci dell’esapode:
caricati assialmente (tensioni e deformazioni di flessioni minime) struttura con ↑ rigidezza
Struttura:
Pezzo fissato a tavola portapezzo fissa
Tre paia di bracci telescopici ognuno motorizzato utilizzati per posizionamento testa portautensile rotante
Sistema di controllo regola lunghezza bracci così utensile compie percorso desiderato rispetto al pezzo
Caratteristiche:
Ogni movimento prevede la coordinazione di sei bracci telescopici in tempo reale
Spostamenti rapidi, accelerazioni e decelerazioni
Rigidezza elevata
Flessibilità di geometrie e dimensioni (6 gradi di libertà)
Rispetto a sistemi Machining Center:
Maggiore compattezza
Numero di componenti ridotto
Volume di lavoro maggiore
Maggiore perpendicolarità utensile rispetto alla superficie (riuscendo ad ottenere una maggiore qualità)
Attuali limitazioni macchine esapodi:
Rigidezza e distorsioni termiche
Attrito interno ai bracci
Accuratezza dimensionale
Velocità
Ripetibilità
Affidabilità
Costi elevati per la limitata diffusione
Strutture delle macchine utensili
Materiali impiegati e progetto delle macchine utensili sono step fondamentali per le macchine utensili che siano esse MC o sistemi più flessibili come quelli rimodulabili e a cinematica parallela:
particolarmente importanti sono rigidezza e smorzamento delle strutture
rigidezza: dipende principalmente dalle dimensioni dei componenti e dal modulo elastico dei materiali impiegati (ghise e acciai)
smorzamento: dipende da caratteristiche dei materiali e numero e struttura dei giunti
Per quanto riguarda i materiali è importante anche il coefficiente di dilatazione termica dei componenti e i materiali per fondazioni e basamento macchine che non devono essere eccessivamente pesanti.
Vibrazioni
Bassa rigidezza o smorzamento delle macchine provoca vibrazioni che se non tenute sotto controllo provocano:
scarsa finitura superficiale pezzo
bassa accuratezza dimensionale pezzo
usura accelerata, scheggiatura e rottura utensile
danneggiamento dei componenti della macchina (se eccessive)
rumore intenso e sgradevoli
Le vibrazioni sono un fenomeno complesso, tuttavia si individuano due tipologie fondamentali di vibrazioni forzata e autoeccitata.
vibrazione forzata: provocata da forza periodica (sbilanciamenti, disallineamenti, contatti interrotti pezzo-utensile)
o Possibile soluzione:
si agisce sulla frequenza della forzante che deve essere ≠ frequenza naturale di vibrazione agendo su rigidezza o smorzamento macchina
vibrazione autoeccitata (chatter):
causata da interazione lavorazione di taglio e struttura macchina (disuniformità superficiali, morfologia truciolo, attrito utensile-truciolo
o Possibile soluzione:
aumentare rigidezza dinamica (es. modifica dei parametri di taglio) del sistema e smorzamento