Aspetti da considerare nella scelta di un pantografo CNC

Da professionista nella progettazione e nella realizzazione di macchine a controllo numerico so bene che, quando si parla di pantografo CNC, è un po’ come apprestarsi ad attraversare un campo minato, opportunamente corredato da torrette con cecchini che, prima ancora che si faccia il primo passo, iniziano già ad accarezzare il grilletto.

Eh sì, proprio così!

E allora, che si fa? Si torna indietro?

Ma no, ci mancherebbe!

Ecco, questo è un po’ il clima che qualche volta si respira quando si prova a fare un po’ il punto della situazione o un resoconto su tutta una serie di aspetti relativi alla meccanica di precisione.

Uno di questi è il pantografo CNC.

Si perché, quello del pantografo CNC è uno di quegli argomenti del settore meccanico dove un po’ tutti, professionisti e semplici appassionati di macchine a controllo numerico, si sentono in un modo o in un altro chiamati in causa.

Lungi da me urtare la sensibilità degli addetti ai lavori o ferire nell’orgoglio gli Alan Turing dell’analisi FEM (Finite Element Method) o i numerosi tuttologi di macchine CNC.

Tantomeno beccarmi un’accusa di lesa maestà da parte di produttori-profeti della fresatura, ingegneri con propensioni oracolari nell’ambito della tornitura o di progettisti-alchimisti della animatronica.

Ho dimenticato qualcuno?

No, pare di no!

Si, invece!

Come ho fatto non lo so, erano qui proprio un attimo fa.

Ma quelli, si sa, non stanno fermi un secondo.

In perenne ascesa verso le sfere più alte della conoscenza.

Chi sono?

Si tratta degli “hobbisti evoluti”, come simpaticamente li definisce il mio caro amico Stefano il Falegname.

Ecco esplorato il campo, ci apprestiamo a partire, non prima aver fatto una doverosa precisazione.

Mi chiamo Maurizio Palmieri, sono un ingegnere meccanico e mi occupo di progettazione e realizzazione di macchine a controllo numerico, oltre che di animatronica.

Animatronica?

Proprio così!

Una cosa fantastica, sensazionale è a dir poco ma… ma niente da fare.

Oggi ho deciso che parliamo di pantografo CNC e che pantografo CNC sia!

Dicevo, prima di essere un professionista sono innanzitutto un grande appassionato di meccanica.

Il mio lavoro come possibilità per ricercare, creare e sperimentare.

I seminari, i corsi di formazione e gli eventi di settore come occasione confronto e di scambio di idee con allievi e addetti ai lavori.

E perché allora non un bel blog in cui affrontare gli argomenti del settore?

Detto, fatto!

 

La struttura del pantografo CNC

La struttura del pantografo CNC la possiamo suddividere in due differenti gruppi: Base e Ponte.

La Base è generalmente in acciaio al carbonio, soprattutto quando si parla di macchine con piano utile particolarmente grande.

Fin qui, tutti d’accordo!

Il problema subentra quando si arriva a parlare di ponte.

La maggior parte dei costruttori, purtroppo, non avendo a disposizione un’officina di carpenteria metallica o non potendo contare su un personale opportunamente qualificato per quanto concerne la saldatura, opta per l'utilizzo di profili in alluminio strutturale.

Profili fantastici, ci mancherebbe.

Perfetti sotto l'aspetto della leggerezza e della resistenza a torsione, ma…

Ma, cosa?

Ma date un po’ un’occhiata al grafico qui sotto.

Lascio a voi la conclusione!

Potete notare come l’elasticità dell’alluminio è nettamente inferiore, per non parlare del carico di snervamento.

Non solo.

Vorrei soffermarmi un’istante sulle caratteristiche della rugosità del materiale lavorato con un ponte in alluminio.

Per ottenere una buona rugosità è opportuno ricorrere ad un basamento molto pesante.

Ciò lo possiamo desumere soprattutto dalla produzione di torni o fresatrici da parte delle grandi aziende.

La leggerezza in questi casi è addirittura controproducente.

Certo con motori con una coppia minore è possibile raggiungere velocità superiori, ma al primo ostacolo, oppure quando vogliamo andare a fresare materiali più duri come il marmo o lo stesso alluminio, iniziano i problemi.

Giusto per fare un esempio vorrei ricordare che la deformazione di un profilo di alluminio rispetto ad un carico di flessione è circa 3 volte superiore rispetto allo stesso su un tubo in acciaio.

Consideriamo un tubo in alluminio di 45x120, lungo 2500, poggiato alle due estremità, caricato da 1200 Newton, quindi circa 120 kg al centro.

Si deformerà di circa 2.5 mm.

Quello in acciaio, invece, sarà di circa 0.5mm. Se poi si costruisce un traliccio progettato per resistere a flessione, potrebbe addirittura avere una deformazione dell'ordine del centismo di millimetro. j

Cosa vuol dire tutto questo?

Questo vuol dire che già il profilo in alluminio ha difficoltà a reggere il peso di un mandrino da 3kw con asse z montato, figuriamoci per mandrini più grandi.

Di contro però sul tubolare in acciaio dovremo fresare la parte dove fisseremo la guida, così da avere un allineamento, una planarità e rettilineità come prevedono le tolleranze che vogliamo avere con quella macchina.

Macchine CNC passaggio ponte

Il passaggio ponte è una tra le caratteristiche più importanti della macchina.

Di recente ho letto di alcune aziende che hanno un passaggio ponte da 300, 400mm.

Giusto una curiosità: ma cosa dovete lavorarci?

Tra i cursori dell'asse y e la fresa si genera una vibrazione durante il cammino della macchina lungo l'asse y e dei “giochi” molto pesanti sugli stessi.

Soltanto per capirci: non ho mai visto lavorare pannelli o pezzi di altezza superiore a 100 mm.

Per altri usi sarebbe meglio utilizzare un altro tipo di macchina chiamata fresatrice e non pantografo.

Pantografo CNC piano di lavoro

Il piano di lavoro, generalmente costruito in alluminio strutturale, deve essere fissato su un appoggio almeno ogni 400 /500 mm per non rischiare che il piano si imbarchi.

Pertanto controllate che il piano sia stato allineato nella maniera più opportuna.

Mandrini

I Mandrini sono dei motori ad alta velocità che consentono di trasmettere il moto di taglio alla fresa.

Spesso come mandrini vengono venduti dei motori trifase.

Altre volte, nelle migliori delle ipotesi, ho visto montare dei trapani o addirittura oggetti a dir poco improbabili (diciamolo pure: ridicoli!), non certo degni di una lavorazione di alta professionalità.

Il mandrino deve garantire, nel caso di lavori su pannelli, almeno dei cuscinetti reggispinta tali da resistere anche a sollecitazioni lungo l'asse di rotazione ed avere  potenze adeguate.

In questo modo si garantisce la rotazione della fresa anche su materiali che resistono agli sforzi di taglio.

Un altro parametro che non viene quasi mai preso in considerazione è la coppia resistente del mandrino.

Ricordiamo che:

Potenza = (Coppia motrice * 2π *giri al minuto) /60

Quindi

Coppia motrice = (potenza * 60) / 2π * giri al minuto

Questo semplice calcoletto (inserendo i giri del mandrino con 18000 o 24000, che sono i modelli standard) ci aiuta a capire quali sono i mandrini che possono davvero tagliare.

Dalle mie esperienze e dalla teoria di Merchant, posso dire che serve almeno una coppia che vada da 1N*m a 10 N*m.

Numero motori macchine CNC

Per far scorrere il ponte di una macchina lungo l’asse Y è impensabile utilizzare un unico motore, poiché avrebbe un braccio troppo lungo rispetto al cursore e questo lo farebbe procedere in maniera inadeguata, aumentandone le vibrazioni ma anche le deformazioni tra un taglio lungo il bordo o al centro.

Ecco perché suggerisco di avere sempre un trascinamento dell’asse Y con almeno due motori.

Sicurezza macchine CNC

La sicurezza e l’ergonomia delle macchine CNC non va assolutamente sottovalutata.

Cosa impedisce all’operatore di farsi male lavorando col pantografo?

Esistono delle protezioni al mandrino?

Esiste un convogliatore per i trucioli dove attaccare alla condotta di aspirazione?

Esistono delle barriere che impediscono all’operatore di avvicinarsi alla macchina?

Vi invito a fare un test: posizionatevi di fronte alla macchina e cercate di capire cosa succederebbe se la fresa dovesse spezzarsi durante la lavorazione.

Verificate che i connettori siano a norma e che possiate smontare facilmente la box di comando dalla macchina per eventuali manutenzioni o spostamenti.

(Conosco diverse macchine che per fare manutenzione elettriche sono state rispedite al mittente interamente. Ne vogliamo parlare? … Magari un’altra volta!).

La box di controllo non deve avere all’interno switching per alimentare i driver, a rischio la vostra incolumità.

La normativa a riguardo, infatti, impone l’utilizzo dei trasformatori e la messa a terra indipendentemente dal cavo.

Trasporto Macchine CNC

Il trasporto macchine CNC va effettuato con mezzi adeguati.

La macchina CNC va consegnata con un mezzo idoneo e il montaggio del ponte va completato in sede.

In questo modo si evita il rischio, durante il trasporto, di ricevere tutta una serie di carichi che potrebbero far allentare le viti di serraggio o addirittura danneggiare i cursori in maniera irreversibile.

Inoltre, installata la macchina, deve essere messa in bolla da un tecnico.

Pertanto la macchina CNC deve avere piedi regolabili e smorzanti.

Non meno importante è la prima accensione di un’apparecchiatura, che va sempre effettuata da un tecnico qualificato dalla casa madre.

Ricordate sempre che le macchine CNC sono Macchine Utensili.

In quanto tali devono essere sempre e comunque trattate con tutta le prevenzione e l’accortezza del caso.

 

Estetica delle macchine CNC

L’estetica di una macchina CNC è un aspetto tutt’altro che secondario per un’apparecchiatura.

Funzionalità ed efficienza sono aspetti imprescindibili, ci mancherebbe.

Però, diciamocela tutta: anche l’occhio vuole la sua parte!

Sarà dinanzi ai nostri occhi tutti i giorni, per tante ore al giorno.

Per cui è importante che sia anche bella, che abbia un design accattivante e una grazia nelle geometrie.

Una Consolle di comando con tasti fisici facilmente riconoscibili ed interfaccia semplice da utilizzare.

Il tutto unito alla possibilità di poter contare su un sistema di illuminazione diretta sul pannello da lavorare.

Dettagli in apparenza trascurabili, ma che in realtà fanno la differenza, incidendo in maniera diretta sulla qualità del lavoro da svolgere.

Eh si lo so, lo so.

 

Già me li vedo gli "hobbisti evoluti"! lì, proprio lì, che storcono il naso.

Tranquilli ragazzi.

Il mondo dei pantografi e delle macchine a controllo numerico è un mondo affascinante, da esplorare nei suoi tantissimi aspetti.

E noi, siamo soltanto all'inizio.

Allacciate le cinture e tenetevi forte.

Ce n'è per tutti i gusti.

Buona giornata a tutti, al prossimo articolo!