Guide lineari o guide piane? Nella partita gioca un ruolo fondamentale l’attrito e tutte le ricadute che porta sulle caratteristiche della macchina utensile e, quindi, della lavorazione.
Velocità, produttività, qualità, efficienza… la produzione del terzo millennio è estremamente esigente e non ammette deroghe, in particolare in un momento storico dove la parola d’ordine sembra essere flessibilità e capacità di adattarsi alle richieste del mercato. In tutto ciò la macchina utensile, il cuore pulsante dell’azienda manifatturiera, è chiamata a garantire risposte adeguate: l’accuratezza nella progettazione è fondamentale, accuratezza che “pesa” ancora di più quando la taglia della macchina è XL o XXL.
Nell’accuratezza progettuale, come sempre, la fisica ha qualcosa da dire: se si devono assicurare alte velocità, precisione elevata e uniformità di moto, si deve considerare il ruolo delle guide e, con esso, l’attrito. Nonostante “attrito” sia un termine ampiamente usato, vale la pena ricordarne la definizione che, secondo il vocabolario Treccani, è “la forza resistente che si produce nel contatto tra due corpi premuti l’uno contro l’altro e che ostacola il movimento dell’uno rispetto all’altro. In particolare, considerando la definizione che viene data in fisica – sempre secondo Treccani – è la forza resistente che compie, in condizioni di moto, un lavoro negativo, implicante una perdita di energia meccanica”.
La fisica individua tre forme di attrito:
• radente, quando si ha strisciamento fra due superfici, senza rotolamento;
• wolvente, quando si ha rotolamento e traslazione;
• viscoso, quando si ha il moto di un corpo in un fluido.
L’attrito radente è sempre maggiore di quello volvente.
Le guide lineari…
Le guide sfruttano rulli o sfere, a seconda del tipo, per “far rotolare”, cioè far muovere reciprocamente, due masse: nel caso di una macchina utensile, il movimento può essere fra la parte superiore della macchina e il banco. «Spesso si discute su cosa sia meglio: guida lineare o guida piana? La fisica ci insegna che il moto è fortemente influenzato dall’attrito, e che minori saranno le forze d’attrito e maggiore potrà esser la velocità – spiega Rosario Palmeri, amministratore delegato di Zayer Italia –. Nel caso delle guide piane, l’attrito è principalmente di tipo radente, mentre, se consideriamo le guide lineari, l’attrito è principalmente volvente, visto che il moto è assicurato sfruttando il rotolamento di solidi di rotazione, sfere o rulli. Naturalmente l’interposizione di materiali antifrizione, quali lubrificanti o turcite, riduce la forza di attrito che, come è noto, si oppone al moto, ma comunque la guida piana continuerà ad avere un attrito di tipo radente, superiore a quello volvente. Anche le dimensioni sono importanti, dato che le guide lineari sono più strette di quelle piane, oltre ad avere corpi volventi interposti, a ricircolo, che permettono di far reciprocamente scorrere più velocemente le superfici».
… i perché…
In una macchina utensile, il movimento che si deve realizzare è lineare: quando sono richieste precisione, ma con bassa inerzia ed alte velocità, la preferenza va verso le guide lineari a ricircolo, di sfere o rulli, a seconda delle caratteristiche della macchina utensile. La geometria del profilo della guida e la sua finitura superficiale, in genere rettificata, si ottiene uno scorrimento ottimale, a fronte di una potenza applicata relativamente bassa.
«Spesso mi viene chiesto dai clienti perché Zayer ha scelto, in molti modelli, le guide lineari – prosegue Palmeri –. Sinteticamente: perché permettono di guadagnare in dinamicità, per quanto riguarda le lavorazioni meccaniche. Le nostre macchine nascono per lavorazioni gravose: materiali anche di difficile lavorabilità, grandi dimensioni, pesi importanti e para- metri di taglio altrettanto importanti. Tutto ciò porta alla necessità di progettazione attenta, che tenga in debito conto i principi della fisica, la tecnologia meccanica, la scienza dei
materiali, ma anche tutto ciò che i moderni sistemi di simulazione mettono a disposizione del progettista, per arrivare a garantire qualità e performance anche nel caso delle macchine di grossa taglia, o XXL, come oggi vengono chiamate. Il consumo energetico, a pari prestazioni, è oggi una voce importante: le realtà manifatturiere stanno sempre più acquisendo una consapevolezza sociale, e le macchine energivore, per quanto prestazionali, hanno fatto il loro tempo. Chiaramente senza trascurare l’aspetto del risparmio economico legato alla diminuzione dei consumi».
… con attenzione a potenze e consumi
Contenere il consumo energetico è oggi una priorità. Il mondo della macchina utensile, se inizialmente ha trascurato questo aspetto, concentrandosi maggiormente sulle performance, negli ultimi anni, grazie a studi sovvenzionati sia a livello locale che europeo, sta sempre più spingendo sulla necessità di individuare soluzioni tecnologiche che rendano la macchina utensile il meno energivora possibile. Ed è lo stesso mondo manifatturiero che oggi chiede macchine utensili che siano in grado di coniugare prestazioni e contenimento del consumo energetico.
«La Ue da anni spinge verso la sostenibilità e il consumo energetico consapevole anche per il settore delle macchine utensili – aggiunge il manager di Zayer –. In linea generale, per rispondere a queste sollecitazioni occorre riconsiderare la progettazione delle macchine, valutando sia la parte strutturale che la componentistica. In casa Zayer, da diverso tempo ci si è posti il problema della movimentazione, viste le dimensioni delle nostre macchine e, di conseguenza, quelle dei pezzi che sono chiamate a lavorare. La scelta delle guide lineari risponde alle esigenze di movimentazioni precise, nel rispetto dell’energy saving. Infatti sono richiesti motori meno potenti perché, avendo maggiore “scorrevolezza”, grazie al minor attrito, rispetto ad una guida piana, viene assorbita minor potenza e, di conseguenza, minor potenza richiesta al motore, significa minor consumo energetico, con reciproca soddisfazione: dell’ambiente e dell’utilizzatore. Vale la pena ricordare che, comunque, la dinamicità della macchina porta ad avere asportazioni più piccole, ma molto più veloci, con un tempo di esecuzione pezzo migliore, rispetto al puro scorrimento su guide piane, ma anche con un guadagno in termini di qualità della lavorazione e del prodotto finito: in generale, le performance migliorano sotto tutti i punti di vista».
Una scelta sempre vincente?
Le guide lineari, in generale, rappresentano la scelta vincente e, a maggior ragione, quando le macchine sono di taglia XL o, più ancora, XXL, quindi con masse in gioco significative, sia per quanto riguarda i pezzi che la macchina stessa. Ma, sulla base della pluridecennale esperienza di Palmeri, in alcuni casi le guide lineari potrebbero non essere la scelta preferibile, considerando anche i costi: «L’esempio potrebbe essere quello dello slittone, dove Zayer ha scelto guide piane con controguide con pattini a rulli. Perché, se è vero che il maggior attrito continua ad esserci, dunque l’effetto “guida piana che obbliga, a pari potenza, ad avere meno velocità“ non permette di correre come corrono gli altri assi, è pur vero che le corse in Z sono minime nelle macchine a portale, se paragonate a quelle degli altri assi. In una macchina di taglia big, se lo slittone dovesse avere una corsa maggiore, paragonabile a quella in X o in Y, per esempio di 12.000 o 20.000 mm, allora la scelta delle guide lineari potrebbe essere ampiamente suggerita. Questa ipotetica situazione non sarebbe comunque così semplice perché, sullo slittone si potrebbero ottenere delle precisioni, o comunque delle rigidità, inferiori con le guide lineari rispetto alle piane, a causa dell’effetto masse in gioco».
di Daniela Tommasi
