La tecnologia con cui sono equipaggiate alcune macchine utensili può fare molto per eliminare vibrazioni e fenomeni di superfici vibrate, ma non sempre soluzioni di questo tipo sono poi praticabili nella realtà. Esistono però alternative che permettono di risolvere il problema senza stravolgere assetto e budget delle officine.

Un annoso problema

Chiedete a qualsiasi tecnico di officina: le vibrazioni rappresentano il principale ostacolo all’esecuzione di lavorazioni meccaniche con la produttività e la qualità desiderata. Questo perché le vibrazioni influenzano negativamente la velocità di taglio e riducono l’avanzamento, diminuendo la vita degli utensili e costringendo a scendere a fastidiosi compromessi tra l’ideale finitura perfetta e il risultato effettivamente raggiunto nella realtà.

Sono essenzialmente tre le cause delle vibrazioni. I cambi repentini di direzione, i continui arresti e i riavvii (sia della tavola che dell’utensile) provocano una deviazione dell’utensile che va ad impattare i momenti iniziali del taglio. La presenza di forze divergenti durante la lavorazione di taglio, dovute ad esempio ad utensili o pezzi non perfettamente bilanciati, così come l’impiego di frese multi-tagliente, tendono a produrre una certa risonanza. Infine, la quantità di sovrametallo può ridursi di molto a causa di una certa instabilità del processo di taglio, di frizioni, o a seguito dell’accumulo di tensioni nella struttura della macchina utensile e nel processo di taglio.

I costruttori di macchine utensili stanno sviluppando tecnologie sempre più evolute con l’obiettivo di mantenere sotto controllo e ridurre questi problemi. Per esempio, gli accelerometri sono in grado di sopportare le condizioni difficili delle aree di lavoro riuscendo a fornire dati accurati; altre tecnologie si spingono addirittura oltre, raccogliendo i dati direttamente dal tagliente e inviandoli al controllo, dove è possibile modificare la velocità del mandrino ogniqualvolta ci sia il rischio di vibrazione. Inoltre, i costruttori di macchine tentano di affrontare questa secolare sfida anche dal punto di vista strutturale, impiegando per esempio rivestimenti in turcite che resistono alle vibrazioni meglio delle guide lineari e delle basi in ghisa delle macchine, essendo la turcite un materiale con maggior capacità di smorzamento rispetto all’acciaio tradizionale. L’elenco potrebbe andare avanti all’infinito: mandrini più corti e più compatti; cuscinetti ibridi di precisione; mandrini bilanciati dinamicamente…

Un’altra possibilità è quella che prevede l’impiego di un‘interfaccia doppio contatto tra il mandrino macchina e l’utensile che ne aumenta la rigidità. Negli ultimi 20 anni più di 120 costruttori di macchine utensili hanno adottato questa configurazione, che assicura il contatto simultaneo di flangia e cono. Poiché la sua maggior rigidità offre diversi altri vantaggi oltre a quello di limitare le vibrazioni, il sistema a doppio contatto si è rapidamente diffuso anche tra i costruttori di utensili. Attenzione, però: non tutti i sistemi a doppio contatto sono uguali. Big-Plus di Big Kaiser è una soluzione portautensili a doppio contatto per coni 7:24 che rispetta pienamente i requisiti di tolleranze.

Solo la casa madre Big Daishowa Seiki di Osaka (Giappone) è in possesso dei calibri campione che assicurano la corretta relazione tra la faccia della flangia ed il cono, e solo i licenziatari Big-Plus possono produrre e commercializzare il sistema Big Kaiser originale, che offre prestazioni superiori senza alcuna perdita del contatto né danneggiamento del mandrino.

Un altro fattore che influenza la formazione di vibrazioni è il modo in cui il pezzo è staffato. La scelta migliore consiste in una soluzione di bloccaggio realizzata in materiale minerale. I materiali e i metodi impiegati per realizzare questo tipo di supporto riducono il peso e incentivano lo smorzamento delle vibrazioni tra la tavola e il pezzo, con il risultato che i tassi di attenuazione sono da 6 a 10 volte migliori rispetto alla ghisa. In che modo viene raggiunto questo risultato? I componenti vengono lavorati con precisione, riempiti e fissati tramite perni temprati e rettificati, e poi riempiti con un composto di particelle minerali e resina epossidica. Da notare come la struttura composita finale viene prodotta senza generazione di calore, così da preservare l’integrità delle superfici lavorate di precisione e dei componenti di bloccaggio.

Le particelle minerali costituiscono circa il 90% del peso aggiunto, il rimanente è dato da resina e agenti indurenti. Questa struttura composita ha un eccellente rapporto densità/peso di 2,3kg/dm³, che tradotto significa soluzioni più leggere del 50% in grado di offrire una maggiore produttività e una miglior qualità. Quando si parla di vibrazione e utensili, la parola chiave è “sporgenza“, condizione anche nota come “rapporto lunghezza-diametro” perché quando la sporgenza aumenta, questa diventa l’elemento più delicato dell’intero processo di lavorazione e favorisce l’insorgenza di vibrazioni dannose. Si tratta di un problema assai comune per i produttori di stampi, e per l’industria aerospaziale, l’automotive e l’oil&gas.

È sempre consigliabile utilizzare il diametro più grande possibile alla lunghezza minima, l’attrezzatura più leggera e il raggio di inserto più piccolo. Ma quando ci si trova di fronte a requisiti piuttosto impegnativi, le configurazioni ideali non sempre sono fattibili. In queste situazioni, una volta che gli utensili si estendono oltre 4 volte il diametro la deflessione inizia a moltiplicarsi a ritmi notevoli, anche con forze di taglio costanti. Detto questo, il passaggio a utensili con caratteristiche di smorzamento si rivela spesso un’opzione ragionevole.

La gamma di utensili di Big Kaiser comprende l’unità Smart Damper, una barra di smorzamento per la sgrossatura e l’alesatura di precisione, oltre che per la fresatura e la tornitura. Questa barra è costituita da un meccanismo di smorzamento passivo che contrasta le vibrazioni attraverso un’azione di attrito ad alta risonanza, in modo da ridurre gli effetti dovuti ad oscillazioni elevate, assorbire le vibrazioni in modo efficace e assicurando una maggior precisione nella lavorazione. Essendo fondamentale avere gli elementi di smorzamento il più vicino possibile al taglio, Big Kaiser Smart Damper presenta un design modulare. Ciò consente di adattare una serie di articoli standard per realizzare utensili “personalizzati” che si estendono per oltre 400 mm per mantenere lo smorzamento più vicino all’utensile e gestire le vibrazioni in configurazioni con sporgenze lunghe.

Se quindi la più recente tecnologia delle macchine utensili può fare molto per eliminare le vibrazioni, aggiungere un nuovo elemento non sempre è desiderabile. Fortunatamente, ci sono alternative meno invasive che possono avere un impatto positivo sulla vibrazione senza andare ad incidere in maniera consistente sull’assetto e sul budget delle officine.