Che cos’è la fresatura di contorno CNC? Progettazione del percorso di avanzamento e dei parametri di taglio

Nella lavorazione CNC, il percorso seguito dal punto di posizione della fresa rispetto al pezzo è denominato “percorso di lavorazione”. La progettazione del percorso influisce direttamente sulla precisione dimensionale e sulla rugosità superficiale. Un percorso adeguato dovrebbe rispettare quattro principi:

1. Dovrebbe garantire la precisione e la finitura superficiale richieste, mantenendo al contempo un'elevata efficienza.
2. Dovrebbe semplificare i calcoli numerici e ridurre il lavoro di programmazione.
3. Dovrebbe essere il più breve possibile, per ridurre sia i blocchi di programma che i tempi di inattività.
4. Dovrebbe tenere conto della tolleranza di materiale disponibile e della rigidità della macchina, dell’utensile e del pezzo.

Lead-in, lead-out e compensazione del raggio della fresa

La fresatura di contorno richiede generalmente la compensazione del raggio della fresa. Il percorso utensile deve impostare la compensazione prima che la fresa entri nel pezzo e annullarla solo dopo che la fresa ha lasciato il pezzo.

Quando si entra o si esce da un profilo, la fresa deve seguire una linea o un arco tangente al contorno. L'ingresso e l'uscita tangenziali evitano i segni lasciati dall'utensile che possono derivare da un approccio diretto normale e contribuiscono a mantenere liscio il contorno finito.

Un metodo semplice prevede la compensazione del raggio mentre la fresa si sposta in linea retta dal punto S verso il profilo. La fresa ritorna successivamente a S in linea retta e la compensazione viene annullata durante il ritorno. Questo approccio diretto è efficiente, ma il contatto nel punto in cui la fresa incontra il profilo può lasciare un segno visibile. È quindi più indicato quando i requisiti del profilo non sono rigorosi.

Per ottenere un contorno di alta qualità, la compensazione del raggio viene attivata durante una corsa rettilinea dal punto S che non tocca il profilo finito. Con la compensazione attiva, un arco porta quindi la fresa in modo naturale e tangenziale all’interno del contorno circolare. Una volta completato il contorno, la sequenza di uscita viene invertita e la compensazione viene disattivata durante la corsa rettilinea finale di ritorno.

Al termine della fresatura di un contorno esterno, la fresa deve entrare tangenzialmente dall'esterno del profilo e ritirarsi lungo una tangente una volta completata la lavorazione.

Parametri di taglio per la fresatura di contorni

Profondità di taglio assiale e radiale

La lunghezza della canna, ovvero la lunghezza del tagliente laterale, determina la profondità massima di taglio. In pratica, la profondità assiale di taglio nella direzione Z (a_p) non dovrebbe superare 1,5 volte il diametro della fresa. La profondità di taglio radiale (a_w) non deve superare il raggio della fresa.

Una fresa a diametro ridotto richiede una profondità di taglio minore per garantire un'adeguata rigidità.

Quando una fresa a candela esegue la sgrossatura di una superficie non lavorata, è possibile utilizzare una fresa a candela da sgrossatura dentellata per tagli pesanti, purché il sistema macchina-utensile-pezzo lo consenta. Se è necessario asportare un grande margine di asportazione, è preferibile utilizzare una fresa a candela di diametro maggiore e di lunghezza inferiore.

Questa combinazione contribuisce a prevenire le vibrazioni e la deformazione della fresa durante i tagli pesanti, o quantomeno riduce al minimo entrambi questi effetti.

Velocità di avanzamento

Condizioni operative diverse richiedono velocità di avanzamento diverse. Il movimento di avanzamento può essere suddiviso in due tipi:

• Velocità di traslazione rapida: la velocità di avanzamento utilizzata per le corse senza asportazione di materiale.
• Velocità di avanzamento nella lavorazione: il nastro trasportatore utilizzato durante l'ingresso, l'uscita e il taglio.

Per migliorare l'efficienza e ridurre i tempi non di taglio, l'avanzamento rapido dovrebbe essere il più veloce possibile e, di norma, si utilizza la velocità massima consentita dalla macchina.

La velocità di avanzamento di lavorazione (v_f) è correlata alla velocità della fresa (n), numero di denti (z), e razione per dente (f_z) come segue:

v_f = f_z · z · n      Equazione (5-1)

dove:

• v_f è la velocità di avanzamento;
• f_z è l'avanzamento per dente, espresso in millimetri per dente (mm/dente);
• z è il numero di denti della fresa; e
• n è la velocità di rotazione della fresa.

Avanzamento per dente (f_z) viene scelta principalmente in base alle proprietà meccaniche del materiale del pezzo, del materiale della fresa e alla rugosità superficiale richiesta.

Man mano che la resistenza e la durezza del pezzo aumentano, f_z dovrebbero diminuire; man mano che diminuiscono, f_z può aumentare. Una fresa in carburo consente normalmente un avanzamento per dente maggiore rispetto a una fresa analoga in acciaio rapido.

Un requisito di rugosità superficiale più rigoroso richiede un f_z. Anche un pezzo da lavorare a bassa rigidità o una fresa con resistenza limitata richiedono un valore inferiore.

Velocità di avanzamento sugli archi circolari

Durante l'interpolazione circolare, la velocità di avanzamento effettiva nel punto di taglio (v_T) differisce dalla velocità di avanzamento selezionata al centro della fresa (v_f) a causa del raggio dell'arco.

Per un arco esterno, la velocità di avanzamento effettiva nel punto di taglio è:

v_T = RR + r · v_f

Pertanto: v_T < v_f

Per un arco interno, la velocità di avanzamento effettiva nel punto di taglio è:

v_T = RR − r · v_f

Pertanto: v_T > v_f

Se R ≈ r, la velocità di avanzamento effettiva nel punto di taglio diventa estremamente elevata e può danneggiare l'utensile o il pezzo. È quindi necessario tenere conto dell'influenza del raggio dell'arco quando si seleziona la velocità di avanzamento programmata.

Anche altri fattori specifici influenzano la scelta dell'avanzamento. Nella lavorazione a contorno, ad esempio, l'inerzia o la deformazione del sistema di lavorazione possono causare un avanzamento eccessivo o insufficiente in corrispondenza di un angolo.

Se la fresa si sposta dal punto A verso il punto B a un'elevata velocità di avanzamento, l'inerzia potrebbe causare un superamento della corsa e un taglio eccessivo all'angolo B. Il materiale in eccesso viene asportato dall'angolo, creando un errore di contorno.

Una velocità di avanzamento variabile può risolvere questo problema. Ridurre l'avanzamento in modo adeguato prima di raggiungere l'angolo, quindi aumentarlo gradualmente dopo che la fresa ha superato l'angolo.

Velocità del mandrino della fresa a candela

Nella lavorazione dell'acciaio, una fresa a inserto in carburo dovrebbe generalmente funzionare a una velocità del mandrino superiore rispetto a una fresa standard in acciaio rapido (HSS).

Man mano che la velocità del mandrino aumenta durante la lavorazione del carburo, aumenta anche la temperatura dell'acciaio a contatto con il tagliente. Il materiale si ammorbidisce localmente, creando condizioni di taglio più favorevoli.

La velocità del mandrino utilizzata con una fresa in metallo duro è solitamente da tre a cinque volte superiore a quella impiegata con una fresa standard in acciaio rapido (HSS). L'utilizzo di una fresa frontale con inserti in metallo duro a una velocità del mandrino troppo bassa può causare scheggiature o addirittura la rottura del metallo duro.

Nel caso di una fresa in acciaio rapido, tuttavia, una velocità del mandrino eccessivamente elevata accelera l'usura dell'utensile.

La velocità di fresatura può essere selezionata anche consultando un'apposita tabella delle velocità di taglio.

[SPAZIO RISERVATO ALL'IMMAGINE: Tabella di riferimento per le velocità di taglio nella fresatura]

Figura: Tabella di riferimento per le velocità di taglio nella fresatura

Vibrazioni e correzione dei parametri di taglio

Una fresa a candela può presentare vibrazioni durante la lavorazione. Tra le cause più comuni figurano un serraggio non corretto dell'utensile, un'eccessiva sporgenza della lama dal portautensili, una profondità di taglio o una velocità di avanzamento eccessive nella lavorazione di pareti sottili e la flessione della lama.

Le vibrazioni causano un innesto non uniforme lungo i taglienti periferici della fresa. Il carico di taglio effettivo può superare il valore previsto, riducendo la precisione di lavorazione e la durata dell'utensile.

In caso di vibrazioni, ridurre sia la velocità di taglio che la velocità di avanzamento. Se, dopo averle ridotte entrambe di 40%, le vibrazioni persistono in misura significativa, ridurre la profondità di taglio.

Se il rumore persiste, verificare il metodo di lavorazione e la rigidità dell'allestimento.