L’evoluzione delle macchine utensili ha reso necessari nuovi metodi e processi di progettazione, di verifica e di dimensionamento

Le macchine utensili sono sistemi meccatronici complessi in grado di trasformare un grezzo per ottenere la forma e/o la funzionalità voluta. Il caso qui considerato è quello delle macchine per asportazione di truciolo alle quali è richiesta una determinata capacità di asportazione e una determinata precisione di posizionamento e inseguimento delle traiettorie. Queste specifiche sono tipiche delle due principali operazioni che di affrontano in operazioni di fresatura e tornitura: sgrossatura e finitura rispettivamente.

Più prestazioni, più vincoli

La sempre crescente richiesta di un incremento delle prestazioni nei diversi ambiti applicativi, i.e. casi tecnologici, riduce sempre di più i gradi di libertà a disposizione di un costruttore che si vede costretto a realizzare macchine specifiche, ad esempio, per la lavorazione di HRSA (Heat Resistant Super Alloys), come l’Inconel, che solitamente richiede ai sistemi di lavorazione basse velocità di taglio e un grande Material Removal Rate, per essere economicamente competitivi. Per contro, operazioni di finitura richiedono basse vibrazioni forzate e un errore di inseguimento delle traiettorie a velocità (di avanzamento questa volta) tendenzialmente elevate. Questa trattazione non esaustiva, anzi semplificata, dei requisiti intende esemplificare un’analisi tecnologica da eseguire prima della progettazione della macchina.

Uno dei requisiti fondamentali è quello della cedevolezza statica al naso mandrino, solitamente di alcuni micrometri al Newton di forza applicata, che si traduce in un requisito di rigidezza difficilmente quantificabile per il singolo componente. Si pensi, ad esempio, ad una fresatrice a portale che prevede i tre movimenti (assi) lineari in serie: l’intero portale o sua porzione che si sposta lungo la prima direzione, solitamente X, un carro croce con ram che si sposta lungo la traversa, solitamente Y, ed il ram che si muove lungo la direzione verticale (solitamente Z). Per ottenere la voluta cedevolezza statica in punta utensile sarà necessario modellare l’intera struttura, compresi gli organi che collegano le diverse parti, che vengono solitamente rappresentati come cedevolezze localizzate. Esempi sono le guide, i pattini, le viti, le chiocciole. . A meno di grossolani errori, le verifiche a resistenza, anche ciclica, saranno sicuramente positive in quanto i vincoli di cedevolezza statica limitano le deformazioni nel primo tratto del campo elastico del diagramma sforzi-deformazioni garantendo, di conseguenza, coefficienti di sicurezza molto grandi.