Attualmente nell'industria largamente intesa i dispositivi programmabili, caratterizzati da un'elevata ripetibilità e affidabilità, svolgono un ruolo di elevata importanza. Se si desidera eseguire un elemento di precisione (o una serie di tali elementi), ad esempio un profilo angolare o una boccola, sarà necessario non solo progettarlo con precisione, ma anche eseguirlo. Da qui l'elevata popolarità delle macchine utensili CNC (Computerized Numerical Control), che consentono un'esecuzione rapida e, soprattutto, a buon mercato di questi elementi.
Che cos'è la lavorazione CNC
Questo termine specifica tutte le operazioni relative alla lavorazione del materiale mediante dispositivi a controllo numerico, che comprendono principalmente fresatrici e torni. L'elemento necessario deve essere prima progettato, a tal fine vengono utilizzati programmi CAD (Computer Aided Design), in cui inoltre possiamo eseguire la simulazione preliminare di tale lavorazione. Grazie al modulo "Manufacturing", nel programma Siemens NX siamo in grado di scegliere gli utensili appropriati (frese, punte, punte a centrare), per programmare in un determinato ordine il tipo di lavorazione adeguato (taglio, tornitura, foratura), così come la sua precisione (grossolana, fine). Questa simulazione viene quindi salvata nel linguaggio di programmazione GRIP e consegnata ai tecnici per preparare la macchina utensile CNC e caricare il programma. Quando il programma è stato eseguito in modo appropriato, vale a dire in modo conforme agli standard, otterremo l'elemento desiderato realizzato con elevata precisione.
La macchina utensile CNC stessa è costituita da un piano di lavoro sul quale viene posizionato il campione di materiale con cui verrà realizzato il nostro elemento. Proprio sopra il piano di lavoro si trova un braccio controllato in modo automatico, dotato di un portautensili montato sulla parte inferiore. Quando la simulazione è stata preparata in modo appropriato, il braccio stesso sceglierà l'utensile di cui hai bisogno in un determinato momento ed eseguirà la lavorazione desiderata. Questa zona della macchina è circondata da una protezione che impedisce la fuoriuscita di trucioli e altri residui di materiale lavorato. La macchina CNC è controllata mediante un pannello installato sulla parte anteriore del dispositivo; mediante questo elemento inoltre è possibile collegare un disco portatile dotato di interfaccia USB (ad esempio un pendrive) su cui si trova il programma preparato.
Esistono molte classi differenti di dispositivi che eseguono la lavorazione di materiali, tuttavia la suddivisione più comune è quella in base al numero di assi su cui può operare la macchina utensile. Le macchine a cinque assi sono attualmente quelle più ricercate, in quanto offrono un'elevata precisione e una vasta gamma di lavorazioni.
Cosa possiamo sottoporre a lavorazione CNC?
I materiali su cui possiamo eseguire la lavorazione CNC dipendono in realtà dalle esigenze del cliente; spesso il destinatario non ha esigenze precise in relazione al materiale con cui deve essere realizzato il particolare. Questo elemento deve sopportare carichi meccanici specifici o deve consentire l'esecuzione di un adeguato numero di cicli. Oltre a tutti i tipi di leghe metalliche, le materie plastiche inoltre stanno acquisendo una crescente popolarità. Tra le materie più popolari possiamo elencare:
- Poliammidi - caratterizzati da un'elevata rigidità e resistenza meccanica, nonché elevata resistenza all'abrasione, caratteristiche che li rendono ideali per l'esecuzione di componenti di riduttori (ingranaggi). Inoltre, grazie alla modifica durante il processo di polimerizzazione con l'impiego di olio minerale, gli elementi realizzati con questo materiale sono autolubrificanti, ciò facilita l'ulteriore funzionamento dell'intero dispositivo. Inoltre, grazie alle sue proprietà, questo materiale è ideale per la lavorazione con macchine utensili.
- PET - gli elementi realizzati con questo materiale sono caratterizzati da un'elevata rigidità e stabilità dimensionale, nonché da un coefficiente di attrito molto basso. Gli elementi realizzati con questo materiale sono ideali per l'impiego in ambienti in cui le dure condizioni ambientali prevedono l'esposizione all'umidità o all'azione di acidi.
- POM-C - questo materiale è ideale per la produzione di elementi che vengono impiegati con carichi variabili, e per via della bassa assorbibilità dell'umidità il materiale può essere impiegato in ambienti umidi, come ad es. pompe. Questo materiale è adatto alla lavorazione con macchine utensili CNC.
- PEEK - materiale termoplastico semicristallino, caratterizzato da elevata efficienza, anche in condizioni ambientali molto ostili. Grazie all'elevata resistenza all'usura da attrito e al basso coefficiente di attrito, cuscinetti radenti, ingranaggi e catene portacavi realizzate con questo materiale plastico potranno operare per molte ore. Questo materiale è ideale anche per la lavorazione con metodo CNC, di solito questo materiale è disponibile in forma di prodotti semilavorati di forme diverse, in modo che sia facile realizzare un elemento specifico.
- Policarbonato (PC) - materiale termoplastico amorfo, caratterizzato da un'elevata trasparenza. Spesso inoltre è possibile avere a che fare con materiali come il policarbonato modificato (cosiddetto alveolare), che presenta un'elevata resistenza alle radiazioni UV, proteggendo così l'intero elemento contro l'invecchiamento eccessivo a causa dell'eccessiva irradiazione. Inoltre presenta un'elevata resistenza ai carichi dinamici, pertanto non è friabile e non si scheggia, caratteristiche che rendono questo materiale ideale per la lavorazione con metodo CNC.
Oltre ai suddetti materiali, nell'offerta della TME sono disponibili anche altre materie plastiche come: POM-H, polietilene, PMMA-Plexi e PVC.
Stampaggio a iniezione o lavorazione con macchina utensile CNC?
Con lo sviluppo della produzione di materie plastiche, queste sono diventate più economiche e più durevoli, e pertanto la loro usabilità da parte di ingegneri e costruttori è cresciuta notevolmente. In parallelo alla lavorazione CNC viene sviluppata anche la tecnica di stampaggio a iniezione, in cui, come anche nel primo di questi metodi, è necessario progettare l'elemento e successivamente programmare la macchina per la sua esecuzione. Tuttavia questo processo è laborioso e richiede molto più tempo rispetto alla lavorazione con l'impiego di una macchina utensile, inoltre con uno stampo possiamo realizzare un solo particolare. Disponendo di una notevole quantità di prefabbricati siamo in grado di realizzare un qualsiasi numero di modelli in poco tempo, e durante la produzione su ampia scala potremo adattare rapidamente i nostri prodotti a nuove situazioni, modificando dimensioni, materiale o parametri. Grazie a questi vantaggi la lavorazione CNC di materie plastiche risulta ottimale anche per l'introduzione sul mercato di nuovi prodotti o elementi, di cui il produttore non è ancora certo. La ripetibilità della lavorazione con metodo CNC permette di produrre un lotto di prototipi identici e presentarli ad un ampio numero di clienti, e se necessario apportare le necessarie modifiche.
