Tornio parallelo CNC

I torni paralleli a Controllo Numerico (CN), spesso abbreviato anche come tornio parallelo CNC (Controllo Numerico Computerizzato), sono le macchine utensili che hanno permesso di automatizzare la produzione industriale raggiungendo dei livelli qualitativi mai visti prima. Tutte le informazioni relative alle lavorazioni vengono definite secondo un particolare linguaggio che contiene le istruzioni del programma o part program. Il più famoso linguaggio per macchine utensili è il G-code, ma ne esistono molti altri, sviluppati dai vari costruttori, che estendono (o rimpiazzano) le caratteristiche del G-code.

Nell’unità di governo, un microprocessore elettronico porta a termine la lavorazione, istruzione dopo istruzione, controllando gli organi attuatori, come il motore che esegue la traslazione della slitta.

È importante che l’unità di governo conosca la posizione e la velocità effettiva degli assi della macchina utensile; le informazioni vengono acquisite tramite trasduttori. In tal modo, sarà possibile correggere in tempo reale le posizioni che differiscono dalla traiettoria teorica, eseguendo, a tal scopo, una retroazione. I trasduttori si possono trovare direttamente sull’asse tramite una riga ottica (soluzione più precisa) e/o sul motore tramite un encoder (soluzione più economica).

Sebbene un tornio CNC implichi una spesa maggiore rispetto a un tornio parallelo manuale, le potenzialità di tale macchina sono grandissime. Tali torni infatti permettono di eseguire pezzi molto complessi con buone precisioni (anche dell’ordine del centesimo di millimetro o inferiore), in lotti sostenuti (superiore a 10 pezzi) e con un minor tempo ciclo. Grazie all’elevata precisione, inoltre, è possibile lavorare in un’ottica di riduzione degli scarti (approccio six-sigma). Visto che tali macchine non hanno bisogno della costante sorveglianza umana, il costo della manodopera si riduce e, in caso di un sistema automatizzato di carico e scarico pezzi, la presenza dell’operatore è richiesta solo nelle fasi di avvio produzione e di manutenzione. Tuttavia, bisogna considerare la figura professionale del programmatore CNC il cui compito è quello di sviluppare i cicli di lavoro e il codice con le istruzioni, grazie anche all’ausilio di strumenti CAM (Computer-Aided Manufacturing) oppure sviluppandolo direttamente a bordo macchina.

Come è fatto il tornio parallelo CNC

Le componenti principali del tornio parallelo a controllo numerico sono le seguenti.

Bancale – Sebbene il basamento svolga concettualmente la stessa funzione di quello del tornio manuale, nel tornio parallelo CNC è molto più pesante, rigido e robusto poiché, nelle macchine utensili CNC, si hanno potenze installate maggiori e le lavorazioni sono compiute con velocità assai più elevate rispetto alle macchine tradizionali. L’elevata massa del bancale, inoltre, aiuta ad attenuare le eventuali vibrazioni provenienti dal terreno verso il tornio (e viceversa). Sul bancale sono ricavate le guide per la slitta e l’alloggiamento per i cuscinetti del mandrino. Le guide sono a gabbia di rulli o a gabbia di sfere in modo da ridurre gli attriti e aumentare, così, la precisione di posizionamento.

Slitta e torretta portautensili – La slitta è collocata normalmente dalla parte opposta dell’operatore ed è sostenuta dalle guide inclinata di circa 60°, in tal modo il processo è più facilmente controllabile. La slitta si muove longitudinalmente (asse Z) e su di essa è presente il carro trasversale (asse X). Sulla sommità, è presente la torretta portautensili che può accogliere fino a 12 utensili con attacco rapido, selezionati a seconda dell’istruzione del part program.

Motori e azionamenti – Gli assi controllati del tornio parallelo CNC sono mossi da motori brushless o passo-passo. Tali motori, poi, sono collegati alle viti a ricircolo di sfere che trasformano il moto rotatorio in moto traslatorio degli assi. Tra vite e chioccola sono interposte delle sfere di acciaio che trasformano l’attrito radente in attrito volvente. In questo modo, si ottiene complessivamente un basso attrito e una limitata usura, nonché l’annullamento dei giochi tramite un precarico assiale della chiocciola.

Mandrino – Il mandrino autocentrante è posto in rotazione dall’albero mandrino che è in presa diretta con il motore elettrico o portato in rotazione da cinghie. L’unità di governo controlla continuamente la velocità del mandrino, mantenendo costante la velocità di taglio durante tutta la lavorazione e superando, così, i limiti delle macchine manuali che hanno un cambio a ruote dentate, che permette di scegliere solo tra un numero limitato di velocità. L’autocentrante può essere azionato da un comando oleodinamico che permette di selezionare a piacimento la forza di serraggio del pezzo. Dalla parte opposta del mandrino è presente la controtesta per la lavorazione di pezzi lunghi e snelli, anch’essa azionata dalla centralina oleodinamica.

Carter – I pannelli attorno al tornio CNC hanno molteplici ruoli tra i quali l’insonorizzazione, la protezione dell’ambiente da schizzi di fluido da taglio o nebbia di lubrificazione, la chiusura dell’area di lavoro per evitare intrusioni di persone e la sicurezza per l’operatore (se il pezzo malauguratamente non fosse ben serrato nel mandrino potrebbe essere proiettato contro il vetro antisfondamento).

Per la stesura di questo articolo sono state consultate le seguenti fonti:
Calligaris Luigi, “Manuale di Meccanica”, Hoepli
Boothroyd G, Knight W, “Fundamentals of Metal Machining and Machine Tools”, 2006, Taylor & Francis
Sito web Engineering.com, “An Engineer’s Guide to CNC Turning”