Centro di lavoro verticale: lavorazioni CNC e funzionamento

Il centro di lavoro verticale è una macchina utensile ampiamente utilizzata in settori che spaziano dall’automotive all’aerospaziale, fino all’industria medica. Caratterizzati da una configurazione del mandrino verticale rispetto alla tavola di lavoro, questi centri di lavoro CNC offrono vantaggi significativi in termini di precisione, flessibilità e facilità di utilizzo, rendendoli ideali per numerose operazioni di fresatura, foratura e maschiatura.

Struttura e componenti principali

Un centro di lavoro verticale CNC è progettato per offrire stabilità, precisione e affidabilità. La configurazione verticale facilita la rimozione dei trucioli per gravità, mantenendo l’area di lavoro pulita e priva di detriti. I componenti principali di un centro di lavoro verticale includono:

Mandrino verticale

Il mandrino, montato in verticale, è il cuore della macchina. È responsabile del movimento rotatorio dell’utensile e garantisce la coppia necessaria per la rimozione del materiale. I mandrini possono essere azionati tramite sistemi a cinghia o accoppiamento diretto per minimizzare le perdite di potenza. Inoltre, la velocità di rotazione può essere regolata con grande precisione, adattandosi così al materiale e alla tipologia di lavorazione richiesta.

Movimentazione degli assi

La macchina si muove su tre assi principali (X, Y, Z), con la possibilità di aggiungere assi rotativi (quarto e quinto asse) nei modelli avanzati, ampliando notevolmente le capacità di lavorazione:

• Asse X e Y: movimenti orizzontali per posizionare il pezzo rispetto al mandrino. Questi assi sono generalmente dotati di guide lineari e viti a ricircolo di sfere, riducendo attriti e garantendo movimenti fluidi e precisi, fondamentali per mantenere alte tolleranze dimensionali. Gli encoder di ogni asse forniscono feedback continuo al sistema CNC, consentendo regolazioni in tempo reale.
• Asse Z: movimento verticale dell’utensile rispetto al pezzo.
• Assi rotativi (quarto e quinto asse):alcuni modelli di macchine CNC includono assi rotativi aggiuntivi che permettono la lavorazione meccanica su 5 o più assi, rendendo possibile creare geometrie estremamente complesse e lavorare il pezzo da più angolazioni senza riposizionamenti.

Tavola di lavoro

La tavola su cui viene fissato il pezzo è tipicamente dotata di scanalature a T per permettere un bloccaggio sicuro tramite morsetti o sistemi pneumatici. Nei modelli più complessi, la tavola può essere rotativa, facilitando le lavorazioni su più lati e supportando operazioni a 4 e 5 assi.

Cambio Utensile Automatico (ATC)

Consente alla macchina di eseguire una sequenza di operazioni differenti senza intervento manuale. L’ATC include un magazzino utensili, che può ospitare numerosi utensili, e un braccio robotico che sostituisce l’utensile nel mandrino in base alle istruzioni programmate. Questo sistema incrementa significativamente la produttività, riducendo i tempi di fermo tra le operazioni.

Sistema di raffreddamento e rimozione trucioli

Durante la lavorazione, il calore generato dall’attrito deve essere dissipato per preservare l’utensile e mantenere la qualità della lavorazione. Il sistema di raffreddamento spruzza un fluido refrigerante sul punto di contatto tra utensile e pezzo, riducendo la temperatura e facilitando la rimozione dei trucioli. La configurazione verticale della macchina sfrutta la gravità per allontanare i trucioli dalla zona di lavoro, minimizzando l’accumulo di detriti.

Funzionamento centro di lavoro verticale

Il funzionamento di un centro di lavoro verticale è completamente automatizzato e programmabile tramite linguaggio G-code, gestito dal sistema CNC, che permette di eseguire lavorazioni complesse con alta precisione e ripetibilità. Ecco le principali fasi operative:

Programmazione CNC

La lavorazione inizia con la programmazione della sequenza di operazioni. Tramite il sistema CNC, l’operatore definisce la velocità di rotazione del mandrino, gli avanzamenti, la profondità di taglio e il percorso dell’utensile. Questi parametri possono essere programmati manualmente o tramite software CAD/CAM, che facilita la generazione di percorsi utensile per geometrie tridimensionali complesse.

Setup del pezzo

Dopo la programmazione, il pezzo viene fissato sulla tavola di lavoro tramite sistemi di bloccaggio che garantiscono una presa stabile e sicura. I centri di lavoro moderni dispongono spesso di un sistema di rilevamento automatico per verificare la corretta posizione e allineamento del pezzo, riducendo il rischio di errori.

Esecuzione della lavorazione

Una volta avviata la lavorazione, il mandrino ruota alla velocità programmata e la macchina inizia a muovere gli assi in base alle coordinate impostate. La macchina esegue ogni fase senza necessità di intervento umano, utilizzando l’ATC per cambiare utensile automaticamente tra un’operazione e l’altra, come il passaggio da una fresa a una punta per foratura. Durante l’operazione, il sistema CNC monitora costantemente le condizioni di lavorazione, regolando in tempo reale i parametri per garantire la qualità.

Rimozione dei trucioli e pulizia

I trucioli generati durante la lavorazione vengono evacuati automaticamente dalla zona di lavoro grazie alla gravità e al sistema di raffreddamento, che facilita la rimozione del materiale di scarto. Un sistema di aspirazione o un convogliatore a nastro può raccogliere i trucioli, mantenendo l’area di lavoro pulita e ottimizzando la qualità della superficie del pezzo.

Controllo di qualità e finitura

Al termine della lavorazione, il pezzo viene sottoposto a un controllo di qualità per verificare le tolleranze dimensionali e la finitura superficiale. In alcuni casi, i centri di lavoro CNC verticali sono dotati di sistemi di misurazione integrati che permettono di eseguire controlli in-process, garantendo la conformità del pezzo alle specifiche richieste senza necessità di rilavorazioni.

Materiali lavorati e applicazioni

I centri di lavoro verticali CNC sono estremamente versatili e possono lavorare un’ampia gamma di materiali:

• Leghe di alluminio e magnesio: per componenti leggeri nell’industria aerospaziale e automobilistica.
• Acciai e acciai legati: per pezzi ad alta resistenza utilizzati in applicazioni meccaniche e strutturali.
• Materiali compositi: ideali per l’industria elettronica e automobilistica per la loro combinazione di resistenza e leggerezza.
• Superleghe come il titanio: indispensabili per applicazioni mediche e nel settore aerospaziale grazie alla resistenza alla corrosione e alle alte temperature.

Vantaggi dei centri a lavoro verticali

I centri di lavoro verticali offrono notevoli vantaggi, anche rispetto ai centri di lavoro orizzontali, a partire dalla precisione, resa possibile dal controllo numerico che permette di mantenere tolleranze strette e una qualità costante anche su produzioni di grande volume.

L’automazione e l’efficienza sono garantite dal cambio utensile automatico e dalla programmazione CNC, che riducono al minimo l’intervento umano, ottimizzando così i cicli produttivi. Inoltre, la versatilità di queste macchine, capaci di lavorare una varietà di materiali e di gestire operazioni complesse, le rende ideali sia per produzioni su larga scala che per piccole serie specializzate.

Versatilità e potenza in una fresatrice verticale a 5 assi

La fresatrice verticale a 5 assi VMC è una soluzione efficace e robusta, la cui RAM permette di entrare verticalmente all’interno delle strutture meccaniche. Con una configurazione a 5 assi, è ideale per lavorazioni multi-assi complesse e geometrie elaborate, tipiche dei settori aerospaziale, medicale e automotive.

Il cambio utensile automatico, con capacità di 46, 62, 82 utensili, ottimizza i tempi di attrezzaggio e mantiene alta la produttività, anche su grandi lotti. Gli assi B rotante e C continuo assicurano la massima flessibilità per lavorazioni su angoli complessi, offrendo affidabilità e precisione anche in condizioni difficili. La VMC è quindi una fresatrice CNC completa, altamente specializzata e perfetta per lavorazioni di alta qualità e velocità.