10 tipi di macchine CNC

Che cos'è una macchina utensile CNC?

Una macchina utensile CNC è una macchina utensile che può essere controllata da un programma informatico. È in grado di completare automaticamente diverse operazioni di lavorazione complesse secondo programmi preimpostati. CNC è l'acronimo di "Computer Numerical Control", ovvero controllo numerico computerizzato.

La lavorazione CNC è un processo di produzione sottrattiva che utilizza macchine utensili controllate da computer per rimuovere materiale dal pezzo e produrre componenti. Normalmente, le macchine utensili CNC pianificano automaticamente il percorso di lavorazione in base al modello CAD tridimensionale e controllano l'utensile per tagliare lungo il percorso e ottenere la forma del pezzo.

Questo articolo illustrerà i diversi tipi di macchine utensili a controllo numerico (CNC) e il loro funzionamento.

1. Macchina fresatrice CNC

Una fresatrice CNC è simile a una fresatrice CNC, ma viene generalmente utilizzata per la lavorazione di materiali più morbidi ed è in genere meno precisa delle fresatrici CNC. Le fresatrici CNC sono note per la loro capacità di utilizzare il controllo numerico computerizzato per tracciare percorsi del mandrino e dell'utensile al fine di progettare e modellare materiali come legno, acciaio, schiuma, materiali compositi, alluminio e plastica.

Le fresatrici CNC sono generalmente composte da motori passo-passo, driver per motori passo-passo, una base meccanica, un mandrino, unità di controllo e un alimentatore. Le fresatrici CNC contribuiscono a ridurre gli sprechi, aumentare la produttività e la precisione e produrre articoli più velocemente.

2. Macchina CNC per foratura

 Una macchina foratrice CNC viene utilizzata per processi di lavorazione che richiedono la realizzazione di fori cilindrici in un pezzo mediante foratura. Utilizza punte rotanti la cui progettazione consente al metallo di scarto, noto come trucioli, di staccarsi dal pezzo durante la foratura.

Esistono diversi tipi comuni di punte da trapano utilizzabili con una macchina foratrice CNC, ognuna adatta ad applicazioni diverse. Tra queste, le punte di centraggio per fori iniziali, le punte a intermittenza per fori profondi, le punte per macchine automatiche per fori di precisione e gli alesatori per la finitura dei fori fino alla dimensione desiderata.

Come altre macchine CNC, una foratrice CNC utilizza il controllo numerico computerizzato per automatizzare il processo di foratura. Dirige la posizione e i movimenti della punta del trapano secondo percorsi utensile programmati. Ciò consente la foratura di precisione di più fori in un pezzo con accuratezza e ripetibilità. Le foratrici CNC sono utili quando è necessario produrre grandi volumi di pezzi con fori di dimensioni o schemi identici tramite processi di foratura automatizzati.

3. Tornio CNC

Un tornio a controllo numerico (CNC) viene utilizzato per processi di lavorazione che prevedono la tornitura o la sagomatura di pezzi rotanti. Impiega utensili da taglio a punta singola, il cui design varia in base alla specifica applicazione di tornitura, come sgrossatura, finitura, spianatura, filettatura, formatura, sottosquadro, troncatura e scanalatura.

Il tornio CNC automatizza il processo di tornitura tramite controllo numerico computerizzato. Dirige la posizione e i movimenti dell'utensile di taglio secondo percorsi utensile programmati. Ciò consente di produrre forme e geometrie complesse da pezzi cilindrici con precisione e ripetibilità.

Esistono diversi tipi di torni CNC adatti a varie applicazioni. I tipi più comuni includono torni a torretta adatti alla produzione di massa con cambio utensile automatico, torni paralleli per tornitura generica e torni speciali progettati per geometrie o materiali specifici.

Il processo di tornitura CNC aumenta la produttività rispetto ai torni manuali, consentendo il funzionamento automatico e la produzione di più pezzi con specifiche precise. I torni CNC sono particolarmente utili nei settori automobilistico, aerospaziale e della produzione di precisione, dove è necessario lavorare un gran numero di componenti torniti in modo accurato ed efficiente.

4. Macchina CNC a 5 assi

Una macchina CNC a 5 assi migliora le capacità delle tradizionali fresatrici a 3 assi aggiungendo due assi di rotazione supplementari, consentendo la lavorazione di geometrie complesse in un'unica fase di serraggio.

Oltre ai tre assi lineari (X, Y, Z) per il posizionamento dell'utensile di taglio, una macchina CNC a 5 assi incorpora due assi di rotazione aggiuntivi sul mandrino di taglio oppure un piano di lavoro inclinabile/rotante. Ciò fornisce due gradi di libertà in più per il posizionamento del pezzo.

Inclinando e ruotando il dispositivo di bloccaggio del pezzo (tavola a perno), la macchina a 5 assi consente all'utensile di taglio di accedere e lavorare cinque facce di un pezzo prismatico con angoli di 90 gradi senza dover riposizionare il pezzo tra un'operazione e l'altra.

I due assi rotanti aggiuntivi (in genere chiamati asse A e asse C) migliorano significativamente l'efficienza di lavorazione eliminando la necessità di molteplici serraggi e impostazioni. Geometrie complesse come le forme scolpite possono essere lavorate completamente con un unico serraggio su una macchina CNC a 5 assi.

Trova ampia applicazione nei settori aerospaziale, degli stampi e medicale, dove la produzione di componenti complessi è frequente. La lavorazione CNC a 5 assi viene spesso utilizzata anche per la modellazione, grazie alla sua capacità di lavorare superfici a forma libera.

5. Fresatrice CNC

Una fresatrice CNC utilizza utensili da taglio rotanti a più punte per sagomare e lavorare con precisione i pezzi. Gli utensili di fresatura più comuni includono frese a candela, frese elicoidali e frese per smussatura, che possono essere orientate orizzontalmente o verticalmente a seconda della specifica applicazione di fresatura.

La fresatrice CNC automatizza il processo di fresatura tramite controllo numerico computerizzato. Dirige la posizione e il percorso di movimento dell'utensile di taglio secondo percorsi programmati. Ciò consente di realizzare profili e geometrie complessi a partire da materie prime o fusioni con precisione e ripetibilità.

Le fresatrici CNC, note anche come fresatrici o macchine utensili, sono disponibili sia in versione orizzontale che verticale. Le fresatrici CNC di base offrono tre assi di movimento lineari (X, Y, Z), mentre i modelli più avanzati integrano assi rotanti aggiuntivi per una maggiore versatilità.

Tra le tipologie più comuni di fresatrici CNC si annoverano le fresatrici manuali per piccoli pezzi, le fresatrici piane o verticali per lavorazioni generiche, le fresatrici universali adatte a diverse operazioni e le fresatrici omnidirezionali che offrono la massima flessibilità grazie a quattro o cinque assi.

Il processo di fresatura CNC aumenta la produttività rispetto alle fresatrici manuali. Consente la produzione automatizzata e in serie di componenti fresati con tolleranze ristrette. Le fresatrici CNC sono ampiamente utilizzate nell'industria manifatturiera per la lavorazione di pezzi in metallo, plastica, legno, materiali compositi e altro ancora.

6. Macchina CNC per taglio laser

 Una macchina CNC per il taglio laser utilizza un laser ad alta potenza per tagliare i materiali fondendoli, bruciandoli o vaporizzandoli. Consente il taglio preciso di disegni e profili complessi.

Le principali tipologie di laser industriali utilizzate nelle macchine per il taglio laser includono:

- Laser a CO2: Uno dei laser a gas più comuni, che utilizza una miscela di anidride carbonica. Adatto per il taglio di materiali non metallici come legno, plastica e tessuti. Può tagliare anche alcuni acciai dolci.

- Laser a stato solido: in genere laser a granato di ittrio e alluminio (YAG) che utilizzano il neodimio come elemento attivo. Più potenti dei laser a CO2 e in grado di tagliare metalli più spessi e duri.

- Laser a fibra: un tipo di laser a stato solido di nuova generazione con una qualità del fascio superiore. Molto efficienti per applicazioni di taglio di precisione dei metalli.

Le macchine CNC per il taglio laser dirigono il raggio laser secondo percorsi utensile programmati utilizzando portali XY e controllo CNC. Le dimensioni di lavoro più comuni vanno dalle macchine da tavolo a quelle di grande formato.

Il laser garantisce un taglio netto e preciso, con una zona termicamente alterata minima. Consente il taglio di precisione di un'ampia gamma di materiali. Il taglio laser è ampiamente utilizzato nella produzione, nella prototipazione e nei settori automobilistico e aerospaziale.

7. Macchina CNC per taglio al plasma

Una macchina CNC per il taglio al plasma utilizza una torcia al plasma per tagliare materiali elettricamente conduttivi. Il suo funzionamento si basa sul passaggio di un gas ad alta velocità, come ossigeno o aria, attraverso un ugello, dove si forma un arco elettrico sotto la torcia che ionizza il gas trasformandolo in un flusso di plasma conduttivo.

Il flusso di plasma trasferisce quindi calore ed elettricità al materiale del pezzo in lavorazione, tagliandolo mediante fusione e vaporizzazione. I materiali comunemente tagliati con le macchine per il taglio al plasma includono acciaio, acciaio inossidabile, alluminio, ottone e rame.

Su una macchina per il taglio al plasma CNC, la torcia al plasma è controllata dal sistema CNC in base a percorsi utensile programmati. Ciò consente un taglio preciso, controllato da computer, di forme complesse 2D e 3D dal metallo.

Le caratteristiche principali delle macchine CNC per il taglio al plasma includono la capacità di tagliare materiali in lamiera di grosso spessore, un'elevata qualità di taglio con zone termicamente alterate minime e velocità di taglio elevate. Sono particolarmente adatte per applicazioni di fabbricazione, manutenzione e riparazione.

Il sistema CNC offre tagli automatizzati e ripetibili e consente il funzionamento senza operatore. Il taglio al plasma è ampiamente utilizzato in settori quali l'automotive, la produzione industriale, la cantieristica navale e l'edilizia per il taglio, la smussatura e la scriccatura di parti e componenti metallici.

8. Macchina CNC a scarica elettrica

Una macchina CNC a scarica elettrica, nota anche come EDM (lavorazione a scarica elettrica) o macchina CNC a elettroerosione, utilizza il processo termoelettrico delle scintille elettriche per tagliare materiali elettricamente conduttivi.

Il processo si basa sull'utilizzo di scintille elettriche prodotte da una differenza di potenziale tra due elettrodi – un elettrodo utensile e il materiale del pezzo in lavorazione – per asportare piccole quantità di materiale tramite fusione e vaporizzazione. L'acqua deionizzata viene utilizzata per rimuovere i residui.

Su una macchina EDM CNC, l'elettrodo utensile è collegato al sistema CNC e posizionato e controllato con precisione secondo percorsi utensile programmati. Ciò consente di lavorare forme 3D complesse da metalli e leghe dure, difficili da tagliare con i metodi tradizionali.

Tra i principali vantaggi delle macchine CNC EDM si annoverano la capacità di lavorare materiali molto duri, produrre pezzi con elevatissima precisione e finiture superficiali, e tagliare cavità e profili interni complessi.

Le applicazioni più comuni includono stampi, matrici, componenti aerospaziali e impianti chirurgici, grazie al processo senza contatto e alla minima generazione di forze meccaniche sul pezzo. Le macchine CNC EDM sono particolarmente adatte alla produzione di piccoli lotti di componenti complessi.

9. Ecco i punti chiave relativi a una rettificatrice CNC:

1. - Una rettificatrice CNC utilizza una mola abrasiva rotante per tagliare e modellare parti metalliche attraverso il processo meccanico di abrasione.
2. - La mola abrasiva, solitamente realizzata in diamante o CBN (nitruro di boro cubico), rimuove piccoli trucioli di metallo quando viene portata a contatto con il pezzo in lavorazione. È necessario un controllo preciso per ottenere tolleranze ristrette.
3. - Su una rettificatrice CNC, la mola e il pezzo in lavorazione vengono posizionati e spostati con precisione dal sistema CNC secondo un codice programmato. Ciò consente di rettificare automaticamente profili 3D complessi.
4. Le operazioni di rettifica più comuni includono la rettifica cilindrica (superfici esterne o interne), la rettifica di superfici piane, la rettifica senza centri e la rettifica di profili.
5. - I pezzi realizzati con macchine CNC per la rettifica richiedono un'altissima precisione e finiture superficiali impeccabili. Si tratta spesso di componenti meccanici di precisione come alberi a camme, cuscinetti a sfera e ingranaggi.
6. - I settori che utilizzano la rettifica CNC includono l'industria automobilistica, aerospaziale, medicale e la produzione manifatturiera in generale, dove le tolleranze ristrette sono fondamentali.
7. - I vantaggi rispetto alla rettifica convenzionale includono la precisione ripetibile, il controllo multiasse e la capacità di rettificare contorni e profili complessi senza supervisione.

In sintesi, una rettificatrice CNC modella con precisione i pezzi metallici attraverso la lavorazione automatizzata con mola abrasiva, controllata da un sistema di controllo numerico computerizzato.

10. Ecco i punti chiave relativi a una macchina CNC con cambio utensile automatico:

1. - È dotata di un magazzino/carosello portautensili che contiene diversi utensili come trapani, frese, router ecc. adiacenti all'area di lavoro della macchina.
2. - Il cambio utensili automatico consente la sostituzione rapida e automatica degli utensili secondo necessità durante il processo di lavorazione CNC, senza intervento manuale.
3. - Ciò migliora significativamente la produttività riducendo al minimo i tempi di inattività rispetto ai cambi utensile manuali. È possibile lavorare pezzi complessi che richiedono più utensili senza interrompere il processo.
4. - Gli utensili vengono prelevati/sostituiti roboticamente dal magazzino e montati sul mandrino tramite un braccio di cambio utensile automatico controllato da un sistema CNC.
5. - Aumenta la capacità di carico della macchina oltre un singolo utensile, consentendo la lavorazione di pezzi più complessi senza dover ricaricare manualmente gli utensili.
6. - Gli utensili rotti o usurati possono essere sostituiti al volo senza interrompere l'intera produzione. Ciò migliora l'affidabilità e i tempi di attività.
7. - È inoltre possibile la calibrazione automatica dell'utensile per garantire la precisione geometrica dopo ogni modifica.
8. - Consente di orientare la lavorazione CNC verso una produzione più efficiente, completamente automatizzata e senza presidio umano, con un intervento minimo da parte dell'operatore.

In sintesi, il cambio utensile automatico migliora la flessibilità e la produttività delle macchine CNC.