La pneumatica nella lavorazione dei metalli

Dalla rivista:
RMO – Rivista di Meccanica Oggi

Pubblicato il 14 novembre 2002

Per potersi integrare in sistemi complessi con gli stessi alti livelli di prestazione degli altri componenti (dispositivi elettronici, sistemi elettromeccanici avanzati, sistemi informatici, ecc.), la pneumatica ha subito una notevole evoluzione. Gli attuatori e le valvole del 2000 non hanno niente a che vedere con i corrispondenti elementi anni ’70 e ’80. Miniaturizzazione, affidabilità, prontezza, precisione sono solo alcune caratteristiche che si aggiungono ai tradizionali pregi dei sistemi pneumatici (robustezza, facilità d’impiego, costo contenuto). Naturalmente, tutto questo ha richiesto una rivisitazione critica dei componenti, lo sviluppo d’interfacce e di valvole sofisticate e innovative, la realizzazione di un’integrazione stretta con i controlli elettronici, ma ha permesso di ottenere precisione, affidabilità e alta velocità d’esecuzione anche in quegli ambiti, come le lavorazioni meccaniche dei metalli che da sempre sono state dominio della tecnologia elettrica, meccanica e oleodinamica. Al giorno d’oggi si può affermare che, nonostante sia opinione diffusa che le applicazioni pneumatiche siano da utilizzarsi solo per la lavorazione di materiali non metallici, si sta assistendo a una continua dimostrazione della validità della tecnologia pneumatica in molti casi di lavorazione di metalli non ferrosi, e talvolta persino dell’acciaio. In questo articolo verranno trattate più da vicino le lavorazioni ad asportazione di trucioli più tradizionali quali, la foratura, la tornitura, la fresatura.

La pneumatica nelle lavorazioni industriali

Bisogna tenere presente che nella logica industriale le spese per la produzione devono essere le più basse possibili, per cui la media e la piccola azienda sono ormai orientate verso macchine utensili concepite con il criterio dell’universalità e della polivalenza della gamma delle funzioni attive offerte. La macchina universale è congegnata per pezzi aventi determinate dimensioni massime, dalle quali derivano capacità, potenza, dimensioni ed equipaggiamento tecnico della macchina stessa. Si mette però in moto l’intera macchina anche se basterebbe una piccola parte di essa per poter lavorare un pezzo di dimensioni più ridotte. La fabbricazione in serie richiede tuttavia il massimo adattamento della macchina al pezzo in ogni singolo caso per ottenere risultati ottimali sia economicamente sia tecnicamente. L’adattamento della macchina al suo compito porta nella fabbricazione di massa a macchine speciali e catene di fabbricazione concepite soltanto per un determinato pezzo o al massimo per alcuni pezzi simili per forma, dimensioni, materiale e ciclo di lavorazione. La razionalizzazione dei processi, con lo scopo di permettere l’automazione, non è soltanto una necessità della produzione di massa ma è una procedura che riguarda anche le piccole serie e addirittura i pezzi singoli. Quale indiscussa protagonista di una Low-Cost-automation, la pneumatica semplifica in numerosi casi la concezione tecnica di macchine speciali e dispositivi ausiliari, ovviamente con le limitazioni tassative imposte dai criteri d’impiego. I costi d’investimento relativamente limitati consentono di costruire una macchina speciale, con un dispositivo ausiliario o un’attrezzatura per un determinato caso di lavorazione, anche quando si devono produrre solo piccole serie o pochi pezzi. La meccanizzazione dei gesti di manipolazione dei pezzi e la loro automatizzazione su larga scala, in combinazione con l’automatismo delle funzioni attive tramite il comando comune, creano una moltitudine di stazioni di lavorazione parzialmente o totalmente automatiche, il cui concatenamento può portare fino alla linea di produzione interamente pneumatizzata e automatica. Oltre a tutto ciò, i sistemi pneumatici preprogrammabili per dispositivi ausiliari di fabbricazione sono diventati oggi un mezzo di produzione versatile e utilizzato in vasti campi della tecnica: l’azionamento pneumatico assume le funzioni dei mezzi di produzione caratterizzate da movimenti lineari. Se ad esempio si parte dal principio che durante una lavorazione su una macchina utensile sia soltanto il pezzo o soltanto l’utensile a effettuare un movimento rotatorio, rimangono numerosi movimenti rettilinei da effettuare per ottenere una lavorazione completa. Questi movimenti rettilinei, principalmente movimenti di adduzione, avanzamento e inoltro del pezzo o dell’utensile, possono essere eseguiti in modo semplice dal cilindro pneumatico, da solo o in combinazione con un sistema idraulico chiuso, ad esempio con unità di avanzamento idropneumatiche.

Lavorazione con asportazione di trucioli

Nella lavorazione con asportazione di trucioli la forza necessaria, la velocità di avanzamento e la precisione di un determinato movimento sono dei criteri determinanti per decidere se impiegare un cilindro pneumatico o un’unità di avanzamento idropneumatica. La finitura superficiale richiesta è un ulteriore criterio per l’impiego di componenti pneumatici nella lavorazione con asportazione di trucioli. I movimenti di avanzamento nella lavorazione dei metalli con asportazione di trucioli richiedono quasi esclusivamente l’elemento di avanzamento idropneumatico a causa delle necessarie basse velocità di avanzamento e della regolarità del movimento stesso. Infatti, qualsiasi cilindro pneumatico fatto avanzare a velocità ridotte, presenta come inconveniente il fenomeno dello stick-slip: sostanzialmente il moto è caratterizzato da dei brevi tratti percorsi a velocità relativamente alta, alternati a dei repentini arresti del cilindro stesso. Le alternative a tale problema sono quelle di inserire una strozzatura a valle della camera che si sta scaricando (soluzione interamente pneumatica), oppure inserire in parallelo al cilindro principale (pneumatico) un secondo cilindro idraulico con una strozzatura calibrata nello stantuffo (smorzatore) allo scopo di fare mantenere al sistema delle velocità di avanzamento basse e regolari a fronte di sforzi di lavoro relativamente elevati (soluzione idropneumatica). Nella figura 1 vengono riportate alcune soluzioni. Nell’esempio “a” l’azionamento rotante con l’utensile è fissato rigidamente al basamento della macchina. Un’unità di avanzamento idropneumatica aziona l’avanzamento del pezzo. Il pezzo è bloccato nella morsa della slitta di avanzamento che viene mossa in senso alternato. Nell’esempio “b” il pezzo rimane fisso nella morsa, mentre è l’utensile con l’azionamento rotante ad essere mosso dall’unità di avanzamento idropneumatica. Non viene considerata la profondità che l’utensile deve raggiungere.