Tornio a fantina mobile: funzionamento, caratteristiche e utilizzo in tornitura

Il tornio a fantina mobile è una macchina per tornitura ad alta produttività per pezzi di piccole dimensioni. Sono chiamati anche Torni Svizzeri o in inglese Swiss Type Lathe, in onore degli orologiai svizzeri che a fine ‘800 introdussero questa tecnologia, proprio per accelerare e standardizzare la produzione di orologi.

Dopo più di un secolo di evoluzione, queste macchine a fantina mobile sono diventate complesse e avanzate, specializzandosi nella grande produzione di pezzi piccoli e precisi.

Caratteristiche tecniche e funzionamento del tornio a fantina mobile

Se per i pezzi di grandi dimensioni i torni verticali la fanno da padrone, i torni a fantina mobile sono la soluzione ideale per pezzi molto piccoli.

La prima e principale caratteristica del tornio a fantina mobile è che il moto di avanzamento (quindi lungo l’asse Z) non è garantito dal moto dell’utensile, bensì da uno scorrimento assiale del pezzo (tipicamente una barra). L’utensile è mosso dall’alzata di camme poste su un albero che sincronizza le singole lavorazioni muovendosi in direzione radiale. Ad ogni utensile sono associati una camma e i relativi bilanciere e punteria che lo azionano. È prevista anche una sorta di controtesta su cui vengono montati punte da trapano e maschi, sempre azionati grazie a sistemi di camme.

Esistono due famiglie di macchine utensili a fantina mobile: quelle tradizionali a camme e quelle più moderne a controllo numerico. Dal punto di vista della precisione, questi due modelli sono comparabili, ma ovviamente il tornio CNC garantisce una migliore flessibilità in quanto non è richiesto di cambiare le camme per modificare il ciclo produttivo. Tuttavia, le macchine a camme sono comunque più economiche e sono ancora molto richieste dal mercato in quanto molto efficienti e rimangono tutt’oggi la miglior soluzione per la produzione di grandi volumi, sebbene l’attrezzaggio sia più lungo e articolato.

Questi torni sono in grado di lavorare pezzi con tolleranze strettissime (nell’ordine del micrometro) in modo ripetitivo. I pezzi lavorati hanno un diametro piccolo (da 0,15 a 40 mm) e lunghezza anche considerevoli rispetto al diametro.

Grazie a tale processo è possibile anche lavorare pezzi complessi, come ad esempio la presenza di pareti sottili, piccoli diametri o gole marcate. Per garantire tolleranze così strette la barra del grezzo scorre dentro una guida aggiustabile, la fantina mobile, in modo da annullare il gioco radiale e garantire sempre un corretto centraggio.

Esiste anche la variante senza centri che permette di ottenere le migliori performance di rotondità e precisione. In applicazioni di micro-meccanica, tali macchine possono essere equipaggiate con dei microscopi per aiutare l’operatore nella visione della zona di taglio. Su alcuni torni a fantina mobile a CNC è installato un contromandrino, opposto al mandrino principale, che può eseguire due funzioni: la ripresa del pezzo o una funzione di semplice supporto. Nel primo caso serve a concludere le lavorazioni dal lato opposto del pezzo; nel secondo sorregge il pezzo che, altrimenti, rimarrebbe a sbalzo, in questo modo si elimina la naturale flessione della barra a causa delle forze di taglio.

Inoltre, per accelerare il processo produttivo, si possono avere più lavorazioni in simultanea sia sulle facce anteriori che su quelle posteriori del pezzo.

Visto che il pezzo viene mantenuto da fantina mobile e bussola di guida, la barra grezza non può essere più corta della distanza tra questi due elementi. Questo provoca l’inevitabile spreco di materiale grezzo di alcune centinaia di millimetri per ogni barra lavorata.

Come è fatto il tornio a fantina mobile

Fantina mobile e bussola di guida – La fantina mobile è una bussola che scorre assialmente e, serrando in modo più o meno saldo la barra, la spinge avanti e indietro. Vicino alla zona di taglio, poi, è presente una bussola di guida che garantisce il centraggio radiale.

Utensili – Non esiste un vero e proprio magazzino utensili come nelle macchine a controllo numerico normali, ma gli utensili sono vicini alla zona di taglio a raggera sul cosiddetto pettine e si spostano solo radialmente con il moto di appostamento (visto che il moto di avanzamento è sul pezzo). Grazie alla elevata rigidezza tra pezzo e utensile, per via della fantina mobile e del posizionamento degli utensili vicino al pezzo, le vibrazioni e le eventuali instabilità del processo di taglio sono minimizzate, migliorando la qualità dei pezzi finiti.

Basamento e guide – Per garantire tolleranze strette sul pezzo è importante che la macchina utensile sia costruita con tolleranze altrettanto strette. Le superfici a strisciamento di queste macchine, infatti, sono spesso raschiettate a mano per garantire una superfice il più possibile planare ed esente da segni di lavorazione, abbassandone così la rugosità superficiale.

Caricatore di barre – Visto che il tornio a fantina mobile è alimentato da barre, è importante minimizzare il tempo per caricare la nuova barra, quindi sono spesso usati dei caricatori a barre automatici per velocizzare tale fase.

Azionamenti – Come detto, esistono due famiglie di macchine: azionate da camme o da controllo numerico. La soluzione a CNC è più adatta per lotti più piccoli e richiede operatori meno esperti. Inoltre, un vantaggio non indifferente delle soluzioni a CN è che gli utensili possono essere disposti in un layout a 360° rispetto al pezzo, mentre per le soluzioni a camme in genere gli utensili sono disposti ogni 90° o 180°.

Per la stesura di questo articolo sono state consultate le seguenti fonti:
Thomas Drozda and Charles Wick “Tool and Manufacturing Engineers Handbook, Vol 1: Machining”, Society of Manufacturing Engineers, 1998.
Greoffrey Boothroyd and Winston Knight, “Fundamentals of Metal Machining and Machine Tools”, third edition, Taylor and Francis, 2006.