La rettifica è una tra le tecnologie chiave dei settori ad alto valore aggiunto, come l’aerospaziale, l’automobilistico e l’energetico, in quanto ha un notevole impatto sulla precisione, sull’integrità superficiale e, di conseguenza, sulle prestazioni del pezzo in lavorazione.
Con il termine rettifica intendiamo un insieme di lavorazioni meccaniche atte ad asportare dalla superficie del pezzo una quantità non eccessiva di materiale con un livello di precisione molto alto. Questo processo si basa sull’utilizzo di un utensile privo di una geometria di taglio definita, la mola, che è tipicamente costituito da tre componenti: l’abrasivo, l’agglomerante e i pori.
L’abrasivo è formato da grani di materiale molto duro, più o meno fini a seconda del livello di finitura richiesto, ed è responsabile della macinatura e dell’asportazione del materiale in eccesso dal pezzo. I grani di abrasivo vengono vincolati alla mola attraverso la loro immersione nell’agglomerante, il cui compito è sia quello di tenere uniti i grani di abrasivo, sia di farli emergere permettendo che questi entrino in contatto con il materiale da asportare.
L’agglomerante può essere di diversa natura e, da questa scelta, dipende la definizione della durezza della mola.
Per quanto riguarda la porosità della mola, essa deve necessariamente essere sempre controllata, in quanto assicura sia l’alimentazione e il trasporto del liquido lubrorefrigerante, sia l’eliminazione del truciolo asportato.
I principali parametri di processo da prendere in considerazione sono la velocità di taglio, che nella rettifica coincide con la velocità periferica della mola, la velocità di avanzamento e la profondità di passata: la ricerca del setup ottimale dipende dal tipo di materiale lavorato, dalla tipologia di mola utilizzata e dalla categoria di lavorazione che si vuole compiere. Negli ultimi decenni, infatti, è diventata sempre più pratica comune dividere le lavorazioni di rettifica in due macrocategorie: quella per finitura di forma e quella per rimozione di materiale. La prima include le operazioni come la rettifica di superfici, la rettifica interna e la rettifica cilindrica; nella seconda sono considerate le operazioni di sbavatura e di cutoff.
Nonostante tradizionalmente le prime rudimentali forme di rettifica vengano fatte risalire al XV secolo, epoca in cui questo processo era un lavoro manuale eseguito con arenarie naturali, solo nel 1850 è stato introdotto il concetto di rettificatrice, macchina che necessitava di un coinvolgimento umano intensivo.
Con la crescente richiesta di pezzi di precisione del XX secolo, tuttavia, il processo di rettifica tradizionale ha iniziato a risentire della necessità di tenere conto anche delle condizioni di produzione, delle abitudini di processo tradizionali e degli standard industriali dell’impresa manifatturiera, richiedendo lo sviluppo di macchine multi-asse.
Oggigiorno, con il rapido sviluppo dei computer e della tecnologia dell’informazione, l’applicazione dell’intelligenza artificiale alla rettifica è diventata un importante argomento di ricerca. In particolare, per le operazioni di rettifica di componenti complessi, la rettifica robotica sta gradualmente sostituendo le macchine utensili a controllo numerico multi-asse e sta diventando un mezzo alternativo per la produzione di tali parti.
Generalmente, i componenti complessi possono essere suddivisi in superfici complesse e strutture complesse. La prima famiglia è caratterizzata da superfici a parete sottile a forma libera con materiali difficili da lavorare e richiede un’elevata precisione dimensionale e qualità superficiale. Le strutture complesse, invece, sono caratterizzate da grandi dimensioni, a cui sono associate elevate velocità di rimozione del materiale e produzione multi-varietà in piccoli lotti.
La lavorazione robotica è un tipo di produzione di fascia alta, considerata un mezzo efficace per minimizzare gli svantaggi della rettifica tradizionale. Infatti, nonostante la rettifica CNC multi-asse sia diventata l’approccio principale per la produzione di componenti complessi, la sua applicazione in ambito industriale e produttivo è sempre stata limitata dal costo elevato delle macchine utensili di precisione e dalla produzione fissa, caratterizzata dalla mancanza di possibilità di lavorazione flessibile in parallelo. Al contrario, un approccio basato sui robot industriali ha la possibilità di offrire nuove idee per la produzione di componenti così complessi. Essi sono infatti caratterizzati da un ampio spazio di lavoro e da un prezzo competitivo, che li rende una soluzione conveniente per la lavorazione di componenti complessi, specialmente per parti di grandi dimensioni. Con la particolarmente utile possibilità di aggiungere le funzioni di rilevamento e acquisizione dati, come la visione artificiale, e il rilevamento delle forze in gioco, le operazioni di lavorazione robotica possono ottimizzare i parametri di processo in tempo reale sulla base del modello di conoscenza del processo e delle informazioni di feedback multi-sensore. Ciò rompe i limiti delle tradizionali apparecchiature di produzione che si concentrano solo sulla posizione degli assi di movimentazione e sul controllo della velocità, portando così al controllo attivo delle apparecchiature direttamente online sul processo. Tuttavia, nonostante i robot presentino evidenti vantaggi tecnici in termini di destrezza del movimento, flessibilità di produzione e integrazione funzionale, esistono ancora lacune nella precisione di lavorazione e nella qualità della superficie mediante rettifica robotizzata, soprattutto rispetto alle macchine utensili a controllo numerico. Ciò è dovuto principalmente all’elevata varietà delle prestazioni e delle configurazioni dei vari robot, nonché all’anisotropia della rigidità statica e dinamica di questi strumenti. Pertanto, al fine di migliorare ulteriormente la capacità di rettifica ad alte prestazioni dei robot, diventa sempre più necessario ed urgente unire le tecnologie di base della rettifica tradizionale con l’applicazione del mondo robotico nella calibrazione e misurazione, pianificazione della traiettoria, controllo della forza e integrità della superficie dei componenti complessi.
La rettifica e i materiali fragili
Un altro tema che sta attualmente riscuotendo un notevole interesse è l’applicazione della rettifica meccanica ai materiali intrinsecamente fragili, come la ceramica, le leghe e superleghe a base di nichel,
la zirconia o il nitruro di silicio. Questi materiali sono caratterizzati da un alto punto di fusione, un elevato rapporto resistenza/peso, una buona resistenza agli shock termici, un basso coefficiente d’attrito, una buona stabilità chimica, una notevole resistenza alle alte temperature, un’elevata durezza e una spiccata resistenza all’usura. Il meccanismo di rettifica tradizionale, applicato a questi materiali, comporta generalmente una frattura fragile, generando micro e macro cricche. Ciò provoca un aumento della concentrazione degli sforzi all’interno del pezzo lavorato, riducendo le prestazioni in esercizio dei componenti rettificati. In aggiunta a questo, la rettifica tradizionale di questi materiali comporta gravi danni subsuperficiali, cricche e una rapida usura anche della mola, a causa delle grandi forze e dell’elevate temperature in gioco. Queste limitazioni si traducono in bassa produttività e costi elevati. Inoltre, la rettifica tradizionale non può essere eseguita senza un adeguato refrigerante, perché la maggior parte dell’energia specifica, generata durante il processo, viene convertita in calore nella zona di contatto tra l’utensile e il pezzo in lavorazione, che a sua volta si traduce in deformazione termica, scarsa finitura superficiale ed elevata usura dell’utensile.
