Tornio plurimandrino, massima produttività in tornitura

Come nel tornio da barra, anche il tornio plurimandrino è considerato una macchina automatica. Questi torni sono delle macchine rotative transfer: su ciascun mandrino viene fissato il pezzo e l’insieme dei due viene poi trasferito da una stazione all’altra tramite una rotazione parziale della cosiddetta giostra.

Gli utensili presenti in ciascuna stazione eseguono ripetutamente una sola lavorazione specifica tramite piccoli spostamenti radiali e assiali. In genere, i pezzi lavorati su queste macchine sono di piccole-medie dimensioni (diametri da 1 a 40 mm e lunghezze tra i 5 e gli 80 mm).

Tutti i mandrini girano contemporaneamente mentre gli utensili hanno solo il moto di appostamento e di avanzamento, tranne le stazioni in cui è presente una stazione di foratura trasversale o di fresatura. L’ultima stazione è quella in cui avviene anche lo scarico del pezzo finito, quindi nella stazione successiva avviene il carico del pezzo grezzo che viene bloccato nel mandrino. Nel caso di macchine con caricatore a barre, nella fase 1 è presente anche un arresto di finecorsa. Questo serve per mandare in battuta la barra per poi intestarla e ad avere il pezzo grezzo sempre di lunghezza nota e controllata.
Nell’ultima fase il pezzo, ormai ultimato, verrà troncato dalla barra. In ogni tipologia, comunque, a ogni passo della giostra, un nuovo pezzo finito viene prodotto.

Il tornio plurimandrino spesso veniva automatizzato con camme a tamburo grazie alle quali venivano sincronizzati e azionati tutti gli assi degli utensili; attualmente, invece, oltre al tornio plurimandrino a camme esiste anche la soluzione a controllo numerico (tornio plurimandrino CNC) che gestisce gli assi tramite viti a ricircolo di sfere.

I pezzi lavorati su queste macchine utensili possono essere complessi e solo un notevole volume produttivo (indicativamente da 50.000 pezzi in su) può giustificare l’utilizzo di questa tipologia di tornio. Infatti, oltre all’investimento inziale della macchina utensile, bisogna anche considerare i tempi e i costi di attrezzaggio: per ogni pezzo nuovo bisogna riprogettare tutte le stazioni con i relativi cinematismi di azionamento. Considerando sia il lungo tempo di attrezzaggio che il costo dell’attrezzatura di ciascuna postazione, i torni multimandrino sono generalmente meno economici rispetto ai torni da barra. Tuttavia, per grandi lotti il costo dell’impianto viene ammortizzato e diventano una soluzione molto competitiva.

Queste vere e proprie macchine transfer sono disponibili sia con l’asse mandrino in orizzontale, dove è presente un caricatore a barre nella parte posteriore della macchina, sia con l’asse mandrino in verticale, dove la macchina viene caricata direttamente con pezzi grezzi di dimensione già ridotta (spesso usato per lavorazioni di minuteria).

Le macchine ad asse verticale hanno tendenzialmente più stazioni (fino a 30) e, quindi, possono eseguire la lavorazione di pezzi complessi in meno tempo, mentre le macchine ad asse orizzontale hanno meno stazioni (in genere 6 o 8, ma possono arrivare fino a 12).

In media, un tornio plurimandrino a otto stazioni ha una produttività più alta rispetto a uno con quattro stazioni. Inoltre, avere più stazioni a disposizione permette di poter ottenere pezzi di migliore qualità, grazie al fatto che sono distinte le fasi di sgrossatura e finitura.

Di fondamentale importanza è il sincronismo delle varie stazioni: ogni lavorazione deve durare un tempo pari a quello delle altre. Sebbene tutte le lavorazioni inizino nello stesso istante, la fase più lunga sarà il “collo di bottiglia” che limita la produttività dell’intera macchina utensile: fintanto che tale lavorazione non è finita, la giostra non può avanzare allo step successivo. È quindi necessario porre l’attenzione sull’ottimizzazione del processo e delle lavorazioni: anche il risparmio di poche frazioni di secondo sulla lavorazione critica ha un enorme impatto finale visto l’elevato numero di pezzi da produrre.

Caratteristiche dei torni plurimandrino

Giostra porta-mandrino – Si tratta della struttura che sostiene i vari mandrini e li porta di stazione in stazione. Tale struttura è accuratamente posizionata nello spazio da dei perni che ne bloccano rigidamente la posizione durante la lavorazione. Una volta terminata la lavorazione i perni si ritraggono lasciando la giostra libera di ruotare di uno step, per poi innestarsi nuovamente.

Torretta portautensile – Su ciascuna stazione sono previsti uno o più utensili che possono lavorare anche contemporaneamente. Visto che spesso si lavorano pezzi complessi, è facile trovare anche delle stazioni equipaggiate con il motorizzato di fresatura che permette di eseguire delle fresature senza dover spostare il pezzo su una differente macchina utensile.

Per la stesura di questo articolo sono state consultate le seguenti fonti:
Geoffrey Boothroyd and Winston Knight, “Fundamentals of Metal Machining and Machine Tools”, Taylor & Francis, 2006
P. Joshi, “Machine Tools Handbook – Design and Operation”, Mc Graw-Hill, 2007
Thomas Drozda and Charles Wick, “Tool and Manufacturing Engineers Handbook, Vol 1: Machining”, Society of Manufacturing Engineers, 1998