MACCHINE UTENSILI - Tornio, Fresatrice, Piallatrice, Stozzatrice, Mola

Tornio parallelo da banco. 1 – Pulegge per cambio di velocità; 2 – Comando scorrimento orizzontale carrello; 3 – Comando scorrimento trasversale carrello; 4 – Mandrino autocentrante; 5 – Torretta portautensili; 6 – Comando scorrimento orizzontale della torretta portautensili; 7 – Sede della contropunta.

LAVORAZIONI CON ASPORTAZIONE DI TRUCIOLI

Notizie descrittive delle principali macchine operatrici

Le macchine utensili sono quelle macchine che lavorano a freddo un materiale metallico asportandone trucioli o limature per mezzo di uno o più utensili (ad esse applicati), a tagliente singolo o multiplo. Questi utensili penetrano nel materiale e ne sollevano una parte che si stacca e forma il truciolo. La formazione del truciolo sviluppa un notevole calore che può danneggiare l’utensile.

Ogni macchina utensile è dotata di due movimenti detti moti principali, che determinano lo spostamento del pezzo e dell’utensile e rendono possibile la lavorazione. Il primo è detto moto di lavoro o di taglio, che asporta il soprametallo sotto forma di trucioli o limature; il secondo è detto moto di avanzamento o di alimentazione, perché porta successivamente le diverse zone del pezzo sotto l’azione tagliante dell’utensile rendendo continuo il lavoro.

A seconda che l’uno o l’altro di questi moti sono posseduti dal pezzo o dall’utensile, si può riconoscere a quale specie appartiene la macchina. Classificare le macchine utensili non è facile per la loro varietà e il loro numero, ma in base al movimento di lavoro si possono classificare in:
1) macchine con moti di lavoro rotatorio: torni, trapanatrici, fresatrici, alesatrici, macchine combinate;
2) macchine con movimento di lavoro rettilineo alternativo: piallatrici, 1irratrici, stozzatrici, brocciatrici, segatrici.

Vi sono, inoltre, delle macchine utensili speciali come le dentatrici, le filettatrici, le rettificatrici, ecc.

Particolarità funzionali delle macchine operatrici

Torni – Sono tutte quelle macchine utensili in cui il pezzo ha un moto di lavoro rotativo continuo e l’utensile un moto di avanzamento pure continuo. I torni servono per la lavorazione di tornitura e filettatura; quelli usati solo per tornire si dicono ordinari, quelli per tornire e filettare sono detti paralleli.

Fresatrici – Sono macchine rotative in cui il moto fondamentale è dato all’utensile e quello di avanzamento è impresso al pezzo. L’utensile lavorante di queste macchine è detto fresa; esso è un solido di rotazione, armato nella parte superficiale di denti taglienti, di numero variabile, ottenuti mediante scanalature la cui forma dipende dalla natura dell’utensile. Le fresatrici, oltre a compiere in minor tempo delle piallatrici lavori di spianatura di superfici, servono a lavorare superfici cilindriche, coniche, concave e convesse, di qualunque profilo e a fabbricare ruote‘dentate di diverse fogge.
Si dividono in:
– fresatrici orizzontali (con l’albero porta-fresa orizzontale);
– fresatrici verticali (con l’albero porta-fresa verticale);
– fresatrici universali;
– fresatrici speciali.

Costruzione di ruote dentate

Prima di parlare della costruzione delle ruote dentate, sarà bene conoscere gli elementi sui quali è basata la loro ostruzione. In una ruota dentata dobbiamo considerare tre circonferenze:
– circonferenza di testa o circonferenza esterna T, sul la quale giacciono le teste dei denti;
– circonferenza base o circonferenza interna B, su cui giacciono le basi dei denti;
– la circonferenza primitiva P1 che è il luogo geometrico dei punti di contatto dei fianchi dei denti con quelli della ruota ingranante con la ruota considerata (vedi figura 35).

Si chiama passo della dentatura la distanza tra gli assi di due denti consecutivi; tale distanza viene misurata sull’arco di circonferenza primitiva tra essi compreso. L’arco di circonferenza primitiva racchiuso in un dente costituisce lo spessore del dente e quello compreso tra due denti consecutivi è detto vano della dentatura. La distanza tra la circonferenza di testa e quella di base, misurata sull’asse di un dente,. è detta altezza del dente (o profondità del vano).

Negli ingranaggi moderni tutti gli elementi costruttivi precedentemente definiti sono calcolati in base al modulo metrico od internazionale m oppure al modulo inglese o passo diametrale m_i.

La definizione del modulo metrico deriva dalla convenzione che il passo della dentatura debba essere multiplo del numero fisso π (3,14), quindi il modulo metrico è il rapporto tra il passo della dentatura ed il numero fisso π = 3,14.

Si può anche dire che il modulo metrico è il rapporto tra il diametro primitivo ed il numero dei denti. La definizione del modulo inglese o del passo diametrale deriva, invece, dalla convenzione che il passo della dentatura, espresso in pollici, debba essere un sottomultiplo del numero fisso π. Il modulo inglese, perciò, è il rapporto tra il numero fisso π ed il passo della dentatura espresso in pollici. Tutte le ruote aventi lo stesso modulo, hanno pure lo stesso passo e uguale spessore di denti e larghezza di vani; perciò possono ingranare fra loro: sono dette ruote di assortimento.

Procedimento di taglio delle ruote dentate – Il taglio delle ruote dentate si può eseguire in due modi diversi:
1) metodo diretto di taglio;
2) metodo indiretto di taglio o metodo di taglio per inviluppo.

Nel metodo diretto le scanalature della ruota vengono scavate con una fresa o un utensile da limatrice. La fresa può essere del tipo a modulo o può essere una fresa a bottone (vedi figura 35 bis). Nel metodo indiretto le scanalature della ruota sono generate per inviluppo dai denti di una ruota utensile o di una fresa creatrice.

Ruote dentate elicoidali

Sono ruote dentate cilindriche aventi gli assi dei denti ad andamento elicoidale. Servono ad eliminare i piccoli urti e per avere un ingranaggio più dolce e silenzioso. Malgrado questi pregi, le ruote dentate elicoidali hanno il difetto di produrre una spinta assiale, la quale è una componente della pressione che il dente di una ruota esercita su quello della ruota compagna, ma tale spinta può venire eliminata con la costruzione di ruote dentate a spina
di pesce. Queste ruote sono fornite di due dentature elicoidali uguali ed opposte che, essendo raccordate nel piano mediano di simmetria, producono due spinte uguali e contrarie che si fanno equilibrio.
Le ruote dentate elicoidali si usano per trasmissione del moto tra assi paralleli e tra assi sghembi. La costruzione di una ruota dentata elicoidale non differisce da quella di una ruota dentata cilindrica a denti diritti; occorre girare la tavola della fresatrice, universale di un angolo uguale a quello di inclinazione della dentatura ed il pezzo deve ruotare attorno al proprio asse durante l’esecuzione di ciascun asse.

La costruzione di una coppia di ruote dentate coniche, a denti diritti, può essere fatta per approssimazione sulle fresatrici universali: occorre, però, che il numero dei denti di ogni elemento della coppia non sia minore di 25. Per tale costruzione occorre conoscere gli elementi costruttivi di tornitura e di fresatura delle ruote.

Alesatrici – Sono anche dette barenatrici, servono per lavorazioni di tornitura frontale, foratura, fresatura e la finitura di superfici cilindriche interne anche di diametro e lunghezza notevoli. Nelle fresatrici il movimento è rotatorio ed è compiuto dall’utensile; il mandrino è orizzontale, ma vi sono anche alesatrici col mandrino verticale o a più mandrini, per la alesatura dei cilindri dei motori. Il movimento di avanzamento è rettilineo ed è o può essere fatto dal pezzo o dall’utensile. Il movimento di lavoro si ottiene mediante motore elettrico e cambio di velocità ad ingranaggi.

Gli utensili per alesatrici sono lame o sbarrette simili a quelle usate per i torni, che vengono fissate sulla barra di alesatura mediante un manicotto o disco portautensile.

Si possono usare tutti i tipi di punte per forare; si usano, inoltre, anche utensili per forare e per fresare.

Macchine combinate – Sono macchine utensili composte da tante unità operatrici che eseguono lavori di spianatura, foratura, alesatura, maschiatura, su pezzi fusi o stampati che restano fermi mentre le unità operatrici imprimono il movimento di lavoro e di alimentazione agli utensili.

Le macchine combinate si possono considerare di tre specie:
– macchine a posto fisso;
– macchine a piattaforma rotante;
– macchine a trasferimento.,

Le macchine a posto fisso hanno un certo numero di unità operatrici, disposte intorno al pezzo di lavoro, che può essere lavorato da quattro lati. Le macchine a piattaforma rotante consentono ad ogni frazione di giro una parte di lavoro (ad esempio: torni automatici a più mandrini).

Le macchine automatiche a trasferimento, a loro volta,
si dividono in:
1) macchine a trasferimento circolare, per la lavorazione di pezzi che richiedono operazioni a raggera;
2) macchine a trasferimento rettilineo, le quali hanno una catena su cui si spostano i carrelli portapezzo con ritmo automatico fissato precedentemente. In tal modo i pezzi vengono portati davanti alle unità operatrici che agiscono anch’esse automaticamente.

Filettatrici – Sappiamo che le filettature si possono essere a mano (maschi e filiere), al tornio, ma vi sono delle macchine speciali per la filettatura delle viti e delle madreviti. Tali macchine sono dette filettatrici e possono essere a pettine, a piastre, a rulli.

Dentatrici – Servono per il taglio delle ruote dentate, le quali si possono anche ottenere con le fresatrici, come abbiamo visto precedentemente. Il taglio con le fresatrici prende il nome di metodo diretto, in quanto il solco è scavato da una fresa che ha il profilo uguale al vano della ruota che si deve realizzare; le macchine dentatrici usano un metodo indiretto, per inviluppo, in quanto la forma del profilo della ruota viene da essa assunto in tutte le posizioni successive del dente della ruota coniugata.

Trapanatrici – Sono tutte le macchine adatte a fare fori, non solo, ma anche per allargarli, svasarli, sagomarli, lisciarli, filettarli, ecc. Nelle trapanatrici l’utensile ha il movimento di lavoro rotatorio e quello di avanzamento, rettilineo. Durante il lavoro il pezzo resta fermo.

Le trapanatrici sono di vario tipo:
– portatili, che possono essere azionate a mano, ed elettricamente, mediante un motorino elettrico collegato direttamente con la punta. Con il minimo peso danno il massimo rendimento e sono di facile impiego, per-
ché permettono di fare fori là dove le altre macchine non riescono;
– sensitive, ottime per fori di piccolo diametro (da 1 a 10 mm.);
– trapanatrici a colonna, così dette perché hanno una colonna che collega la base e la testa, a questa colonna è applicata la mensola con la tavola portaoggetti, che scorre sulle guide della colonna e può essere registrata in altezza. L’utensile ha il moto di lavoro e quello di alimentazione; il movimento di alimentazione si può ottenere sia a mano che automaticamente:
– trapanatrici a bandiera o radiali, presentano il vantaggio di eseguire molti fori su pezzi pesanti senza spostarli ma portando l’utensile in corrispondenza del foro;
– multiple, sono le macchine che hanno più mandrini, atte ad eseguire simultaneamente più fori, disposti nel
modo più diverso e su piani differenti.

Rettificatrici – Sono macchine il cui scopo è quello di dare ai pezzi forme definite bene con dimensioni precise, entro i limiti previsti dalle tolleranze di lavorazione. Sono adatte a lavorare superfici molto dure e si dividono in:
– rettificatrici universali, per la finitura di superfici esterne;
– rettificatrici per interni;
– rettificatrici per piani ad azione periferica, in cui la mola agisce mediante la fascia cilindrica;
– rettificatrici per piani ad azione frontale, in cui la mola lavora mediante la faccia piana;
– rettificatrici senza centro e speciali.

Piallatrici – Sono macchine utensili alternative, in cui il moto di lavoro è posseduto dal pezzo e quello di alimentazione dall’utensile.
Sono di due tipi:
– le inglesi od europee;
– le americane.

Stozzatrici – Sono limatrici verticali in cui il moto di lavoro è posseduto dall’utensile, è rettilineo, alterno e verticale.

Dati caratteristici di un utensile

Un utensile può essere paragonato ad un cuneo, perché si addentra nel materiale, lo comprime con una faccia e solleva i trucioli con l‘altra (la superiore). La nomenclatura, la rappresentazione e gli angoli caratteristici degli utensili a punta singola (utensili da tornio, da piallatrice, da limatrice) sono unificati (tabelle UNI).
Le parti principali di un utensile sono (vedi figura 36):
1) la testa, che è la parte che consente la formazione e il distacco del truciolo;
2) lo stelo, cioè la parte rimanente nella cui estremità è ricavata la testa (in alcuni utensili, per esempio quelli per tornitura interna, lo stelo si restringe in prossimità della testa e forma il collo);
3) la base dell‘utensile, cioè la superficie dello stelo che poggia sul portautensili.

Nella testa, chè la parte più complessa dell’utensile si distinguono:
a – la faccia, detta anche petto, dove si forma il truciolo e sulla cui superficie scorre;
b – i fianchi, sono le superfici adiacenti alla faccia; il fianco rivolto alla. superficie in lavoro è detto fianco principale, l’altro secondario;
c – il tagliente principale, è la linea d’intersezione della faccia con il fianco principale;
d – il profilo, è la linea costituita dal tagliente principale e quello secondario.

Spesso la faccia dell’utensile presenta dei solchi che costituiscono il formatruciolo (vedi figura 37): altre volte porta un gradino detto rompitruciolo che evita l’aggrovigliarsi dei trucioli che, altrimenti, costringerebbero l’operatore ad interrompere il lavoro per asportarli (vedi figura 38).

A seconda della forma della testa e della posizione dei taglienti, gli utensili si classificano in:
– utensili a taglio destro (col tagliente a destra);
– utensili a taglio sinistro (col tagliente a sinistra);
– utensili a taglio frontale (quando il tagliente è perpendicolare all’asse dello stelo);
– simmetrico (vedi figura 39).
– placchette in leghe dure o in carburi sintetizzati;
– diamanti industriali.

a – utensile a taglio destro; b – utensile a taglio sinistro; c – utensile a taglio frontale; d- utensile simmetrico.

Gli utensili debbono essere raffreddati (con adatti liquidi refrigeranti, oli minerali) e lubrificati (per diminuire l’attrito di contatto). I comandi delle macchine utensili sono gli organi di trasmissione, i cui tipi sono svariati: pulegge, ruote dentate, catene, cambi di velocità, innesti a frizione, ecc..
Tali organi possono essere meccanici (mediante cinghie, ruote dentate, viti accoppiate a chiocciole), idraulici, elettrici, elettronici.

Materiali per utensili

Per la fabbricazione degli utensili si’ usano i seguenti materiali:
– acciai duri al carbonio, meno costosi ma soggetti allo smussamento del tagliente, perché il calore sviluppato per attrito causa la perdita della tempera;
– acciai rapidi e super rapidi, contengono tungsteno e cromo che li rendono molto duri e resistenti;
– placchette in leghe dure o in carburi sintetizzati;
– diamanti industriali.

Gli utensili debbono essere raffreddati (con adatti liquidi refrigeranti, oli minerali) e lubrificati (per diminuire lo attrito di contatto).

I comandi delle macchine utensili sono gli organi di trasmissione, i cui tipi sono svariati: pulegge, ruote dentate, catene, cambi di velocità, innesti a frizione, ecc.. Tali organi possono essere meccanici (mediante cinghie, ruote dentate, viti accoppiate a chiocciole), idraulici, elettrici, elettronici.

Mole

Le mole sono speciali utensili, costituiti da impasti di materiale abrasivo e di cemento; sono solidi di forma rotonda e, secondo la loro natura e il lavoro cui sono adibite, secondo la grandezza dei grani di materiale abrasivo (grana) e secondo la tenacità del conglomerato abrasivo-agglomerante (durezza della mole), si distinguono fra loro.

Concludendo possiamo dire che i due elementi fondamentali costituenti le mole sono il cemento è l’abrasivo: il cemento è agglomerante, l’abrasivo è ridotto in grani che sono trattenuti dal cemento finché si mantengono con gli spigoli taglienti, si staccano dalle mole quando sono smussati.

La mola si dice dura quando il cemento trattiene l’abrasivo: le mole dure sono adatte a lavorare i materiali teneri. Le mole tenere (quando i grani abrasivi si staccano) servono per lavorare materiali duri.

Ogni granello di abrasivo si comporta come una piccola lima perché stacca un truciolo piccolissimo che ha la forma di lamelle romboedriche colore rosso porpora e azzurro, con riflessi iridati.

I cementi usati sono di tre tipi: argilla bianca (caolino) vetrificata (per mole comuni); silicato di sodio (per mole dolci); impasto elastico, ottenuto con gommalacca o resina speciale, di colore giallo (per mole ad alta velocità).
Gli abrasivi possono essere naturali (pietra pomice, silice, quarzo, smeriglio, corindone e diamante) o artificiali (a base di alundum, cioè sesquiossido di alluminio, oppure di carborundum cioè carburo di silicio).

È necessario che una mola sia abbastanza porosa per non intasarsi, cioè i suoi pori si riempiono di trucioli del materiale lavorato per cui si deve, poi, procedere alla ravvivatura della mola. Ci sono delle mole a porosità controllata, cioè la grandezza dei pori è minore di quella dei granelli di abrasivo. Le mole più usate sono quelle ceramiche, perché il loro cemento è più resistente di quello delle altre.

Rispetto alla forma, le mole sono di cinque specie:
1) mole a disco (vedi figura 40 a – b – c – d – e);
2) mole a tazza (vedi figura 40 i -l);
3) mole a scodella (vedi figura 40 m);
4) mole coniche (vedi figura 40 f); .
5) mole sagomate (vedi figure 40 g – h – n – o – p).

Le mole sono profilate in modo vario a seconda della superficie da lavorare. La mola è forata al centro per permetterne il montaggio sull’albero che la porterà, il quale non deve essere forzato nel foro della mola che viene serrata tra due dischi di protezione (vedi figura 41).

La grana delle mole (grossezza dei grani) si indica con numeri progressivi da 10 a 200: sarà tanto più fina quanto più alto è il numero che la indica.

La tenacità delle mole si indica con numeri progressivi da 1/4 a 6 per le mole elastiche e con le lettere dell’alfabeto: da H a Z nelle mole della Casa Richard Ginori e da E a Tin quelle della Casa Norton (vedi figura 42).

Figura 32 – Tenacità delle mole

Perché il lavoro della mola sia continuo, essa deve mantenere continuamente la sua efficienza di taglio e, perché ciò avvenga, la tenacità della mola deve essere adatta alla durezza e tenacità del materiale metallico che si lavora.

La mola serve per la rettifica e l’affilatura degli utensili, ma può anche servire a indicare la costituzione del materiale metallico col quale viene a contatto durante la rotazione. Il materiale metallico, infatti, sottoposto all’azione abrasiva della mola emette uno sprazzo di scintille, per cui si ha(vedi figura 43):1) ferro dolce: sprazzo giallo paglierino a raggi rettilinei con fusi splendenti, causati dal ferro che brucia;
2) acciaio dolce: sprazzo giallo paglierino a raggi rettilinei con fusi e piccole diramazioni a ventaglio;
3) acciaio semiduro: come il precedente, con fusi impercettibili e ventagli più grandi e frequenti;
4) acciaio duro: come prima, senza fusi, con raggi più corti e ventagli più marcati;
5) acciaio al manganese: sprazzo a raggi rettilinei, lunghi ed abbaglianti, con ramificazioni trasversali e ventagli con nucleo lucente;
6) acciaio al cromo: sprazzo a raggi rettilinei con diramazioni trasversali e ingrossature finali ricurve di colore giallo vivo;
7) acciaio al tungsteno: sprazzo a raggi spezzati, con poche diramazioni di colore rossastro;
8) acciaio rapido; sprazzo a raggi spezzati di colore rosso scuro e ingrossature ricurve finali.

Anche la durezza si rivela nello sprazzo, che sarà tanto giù corto quanto più il materiale è duro.

Velocità di lavoro di una mola

La mola si può spostare lungo il suo asse per l’avanzamento, ma di solito tale moto è dato al pezzo e alla mola si conferisce il movimento rotatorio di lavoro. La velocità di lavoro è la velocità periferica della mola e si esprime in m/sec.

Molatrici

Sono macchine in cui la mola è accoppiata ad un motore elettrico. Si preferisce, per motivi di equilibrio, accoppiare due mole, una a destra e l’altra a sinistra. Le molatrici sono largamente usate in tutti i piccoli lavori di aggiustaggio e speciali molatrici portatili si usano per sbavare grossi pezzi di fonderia.

L’operaio che lavora alla mola deve difendere gli occhi con occhiali speciali dal lancio di trucioli.

Affilatura delle mole

Dopo un periodo più o meno lungo di lavoro, come si è detto precedentemente, i taglienti dei granelli si smussano: l’affilatura serve, quindi, a provocare la formazione di nuovi spigoli taglienti o restituisce il taglio agli spigoli consumati dei granelli abrasivi.

L’operazione di affilatura si compie con un diamante nero, ossia un diamante di scarto, montato su un pezzo di ferro conico a testa rotonda (vedi figura 44).

Il diamante ha gli spigoli un poco spuntati e, in commercio, si trova in grandezze variabili dal n° 0 al 5 ed in pesi variabili da 0, 5 ad 1, 5 carati. Il portadiamanti, montato su un apposito supporto, viene avvicinato alla mola e spinto contro di essa in modo da penetrare profondamente nell’impasto abrasivo. Se la profondità di taglio viene tenuta grande, i grani si rompono e producono nuovi spigoli taglienti; si ha allora una vera e propria affilatura, che rende la mola adatta ai lavori di sgrossatura.

Se la profondità di taglio è piccola, i grani non si rompono, ma i loro spigoli già in parte ancora taglienti, vengono riaffilati e la mola si mette in condizione di potere compiere lavori di rifinitura.

L’operazione di affilatura richiede media velocità di rotazione della mola ed uso frequente del getto refrigerante.

Uso dei liquidi refrigeranti

Nei lavori di molatura si richiede l’uso di getti refrigeranti i quali, non solo raffreddano il pezzo (che va soggetto a riscaldarsi fortemente), ma lavano la mola. Il raffreddamento riduce la perdita di energia sotto forma di calore e il lavaggio evita il deposito del metallo sulla superficie della mola. La qualità del refrigerante deve essere adatta al materiale che si lavora ed alla specie di cemento che costituisce l’impasto della mola.

I refrigeranti usati sono:
– per acciaio temperato e ghisa, acqua sodata;
– per acciaio non temperato, bronzo, ecc. , olio emulsionato;
– per l’alluminio olio misto a petrolio;
– per molatura di forma, olio e sapone.

L’acqua sodata non va bene per le mole al silicato perché il silicato di sodio è solubile nell’acqua; non è nemmeno indicata per le mole elastiche che si possono rammollire o sgretolare facilmente. Tutti i tipi di refrigerante vanno bene per le mole ceramiche.