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Le macchine utensili a controllo numerico Una nuova formula che conquista i mercati Le macchine utensili a controllo numerico Si dividono in due grandi famiglie, a posizionamento e a contornitura • Che cosa sono i «machining centers» - Gli organi di programmazione ed il servosistema • Notevoli vantaggi, anche se il costo è maggiore Con i progressi dell'automazione, stiamo assistendo alla diffusione delle macchine utensili a controllo numerico: di quelle macchine cioè che trasformano un pezzo grezzo in un altro di forma e dimensioni volute, senza richiedere l'intervento diretto dell'uomo. Il pezzo finito è. ottenuto dal grezzo di solito con l'asportazione di materiale (trucioli) mediante un utensile (pùnte a forare, frese, alesatori, utensili da tornio e cosi via). In queste macchine i movimenti dei vari organi (slitte portapezzo e porta-utensili) sono governati da un apparato e- lettronico. ' Nella pratica le macchine utensili a controllo numerico vengono suddivise in due famiglie: quelle con controllo di posizionamento (puntopunto) e quelle con controllo di contomitura (continuo). Al primo gruppo appartengono foratrici, alesatrici, maschiatrici, ecc.; ad esse si richiede soltanto che pezzo ed utensile vengano a trovarsi in determinate posizioni relative, dove debbono restare per tutto il tempo in cui l'utensile lavora. La seconda famiglia comprende fresatrici, torni, ecc., nelle quali, dovendo l'utensile nel corso della lavorazione spostarsi lungo traiettorie definite, è necessario che l'apparato di controllo garantisca l'esatta posizione relativa pezzo-utensile lungo tutto 11 profilo richiesto e secondo una sequenza programmata. Nelle macchine tradizionali si richiede all'operatore la sostituzione e la scelta dell'utensile più adatto alla lavorazione da eseguire. Questa operazione può essere effettuata, nelle macchine a controllo numerico, dall'apparato elettronico, come avviene nei cosiddetti « machining centers ». Questi possono praticare più lavorazioni di tipo similare (come forature, alesature, maschiature, lamature ed anche fresature) sullo stesso pezzo. Allo scopo sono corredati di una serie di utensili disposti in un magazzino. Cinque «organi» n controllo numerico è essenzialmente costituito: 1) da un sistema di programmazione, che traduce le informazioni contenute nei disegno del pezzo, in un lin■guiggio"' di 'tipo .numerico comprensibile all'apparato di comando; 2) da un sistema che permette di registrare il programma su memorie di tipo permanente (nastri perforati 0 magnetici); 3) da un organo di lettura del nastro; 4) da un organo di calcolo, che, elaborando i dati trasmessi dal lettóre, determina 1 movimenti lungo i vari assi della macchina; 5) da un servosistema, il quale guida il moto degli organi della macchina in conformità alle istruzioni fornite dall'apparato di calcolo. E' da precisare che i primi due sistemi non compaiono in officina accanto alla macchina utensile. Generalmente, un apposito ufficio provvede alla preparazione dei nastri. Questi ultimi debbono contenere tutte le informazioni necessarie alla lavorazione: indicazioni della sequenza delle operazioni elementari, delle quote da raggiungere lungo 1 vari assi, dei dati tecnologici (tipo di utensile impiegato, velocità di taglio, velocità di avanzamento) e delle funzioni ausiliarie (impiego del fluido da taglio, bloccaggio e sbloccaggio della tavola). Nei controlli punto-punto i nastri sono di solito preparati manualmente con una per- foratrice meccanica. Questo modo di procedere si conserva economico anche nel caso di lavorazione di pezzi impegnativi; giacché il volume delle informazioni da memorizzare non risulta eccessivo. Il calcolatore Per i controlli continui, invece, dovendo l'utensile seguire tuia traiettoria precisa, debbono essere indicate alla macchina le quote dei punti successivi della traiettoria stessa. In ogni caso essi sono talmente numerosi da rendere antieconomica una preparazione manuale del nastro. Si deve perciò ricorrere all'ausilio di un calcolatore. Nella pratica si presentano due possibilità: o corredare la macchina stessa di un organo di calcolo o ricorrere ad un calcolatore esterno. In ambedue i casi il programmatore prepara un nastro perforato su cui sono riportate le caratteristiche della curva e le informazioni tecnologiche. Il nastro viene quindi inviato alla macchina, se essa è provvista dell'organo di calcolo; altrimenti esso è inviato al calcolatore, che provvede ad elaborarne un altro, di solito magnetico, atto a essere utilizzato dalla macchina. L'apparato elettronico di controllo della macchina utensile deve dunque essere fornito di un organo di ingresso (lettore) in grado di leggere le informazioni contenute sul nastro. Nel caso questo sia di tipo magnetico, il lettore è costituito da una usuale testina magnetica; se, invece, esso è perforato il dispositivo di lettura può essere di tipo meccanico o fotoelettrico. I ' vantaggi dei nastri magnetici consistono nel presentare lunghezze inferiori (circa 30 volte) a parità di infprmazIor4,j;qntenute e nel permettere velocità di lettura più elevate (circa 20 volte). Qualunque sia il tipo di lettore impiegato, ha il compito di trasformare i dati memorizzati sul nastro, secondo un codice opportuno, in equivalenti segnali elettrici. Questi ultimi, adeguatamente elaborati dall'apparato elettronico, costituiscono i segnali di ingresso del servosistema. Da un punto di' vista funzionale il servosistema è costituito: a) da un dispositivo di misura (trasduttore di posizione o di spostamento); b) da un dispositivo di confronto (comparatore); c) da un apparato di potenza (amplificatore e motore). Il comparatore II dispositivo di misura rileva il valore della posizione (trasduttore di posizione') o dello spostamento (trasduttore di spostamento) dell'organo in moto e lo trasforma in un segnale elettrico (segnale di reazione) che viene inviato al comparatore. Per un ottimo funzionamento del servosistema si richiede al dispositivo di misura di rilevare anche variazioni minime delle grandezze controllate. Attualmente si trovano in commercio dispositivi capaci di sentire spostamenti dell'ordine del millesimo di millimetro. Il comparatore a sua volta fornisce in uscita un segnale dato dalla differenza fra la quota che l'organo mobile deve raggiungere e quella effettivamente raggiunta. E' appunto questo segnale che, opportunamente amplificato, comanda l'apparato di potenza. Parte essenziale di quest'ultimo sono i motori, che possono essere di tipo idraulico o elettrico. In genere i primi sono preferiti nel caso siano richieste potenze elevate. Il progetto del servosistema va particolarmente curato giacché dalle sue prestazioni dipendono in modo notevole quelle complessive della macchina. Questa deve poi avere caratteristiche costruttive e funzionali superiori a quelle delle normali macchine utensili, in quanto, oltre a garantire lavorazioni precise, deve anche permettere un funzionamento ottimo del servosistema. E' chiaro che le macchine a controllo numerico costano di più di quelle tradizionali. Tuttavia, se convenientemente impiegate, i vantaggi economici con esse ottenibili sono notevoli, come è dimostrato dalla loro rapida diffusione. dr. ing. Antonino Musso Istituto per le Ricerche di Tecnologia Meccanica di Vico Canavese