Vuoi sentire il rumore più irritante che ci possa essere al mondo?
Quello delle vibrazioni durante le lavorazioni.
Prova a fresare un blocco in acciaio e te ne accorgerai.
Proprio così!
Oggi parleremo delle vibrazioni durante le lavorazioni, quelle che si generano durante l’asportazione dei trucioli.
E, al contempo, dei relativi consigli per ridurle.
La soluzione al problema delle vibrazioni e del fastidiosissimo ronzio, riguarda 3 aspetti fondamentali della lavorazione:
- il fissaggio del pezzo grezzo da lavorare;
- la scelta degli utensili da impiegare;
- la scelta del software CAM.
Punto di partenza: è bene considerare questi 3 aspetti come interconnessi tra loro.
Pertanto, se uno di questi punti è compromesso, gli altri due dovranno inevitabilmente compensare lo squilibrio.
Facciamo un esempio pratico: immaginiamo di ritrovarci a lavorare con una fresa particolarmente lunga;
In tal caso il bloccaggio dovrà essere ancora più efficiente e dovremo programmare dei percorsi utensili ottimizzati.
L’immagine seguente ben sintetizza la modalità di bloccaggio ottimale del pezzo.
Viene da sé che, quando l’utensile inizierà l’asportazione del materiale sulla parte del pezzo sporgente dalla morsa, esso determinerà maggiori vibrazioni.
E, di conseguenza, quel fastidiosissimo ronzio di cui parlavamo all’inizio.
Pertanto, il nostro sforzo, dovrà andare nella direzione di ridurre, prima di tutto, questo “squilibrio geometrico”.
Una prima soluzione, abbastanza intuitiva, sarebbe quella di posizionare, in maniera centrata, il pezzo all’interno della morsa.
Così facendo, tuttavia, otterremo soltanto una riduzione localizzata delle vibrazioni, che si riprodurranno, questa volta, in corrispondenza di entrambe le estremità del grezzo.
Dinanzi a questo problema, la soluzione più opportuna è quella di sostituire le ganasce.
Centrando il materiale e utilizzando ganasce più ampie, si otterrà una presa più salda e funzionale su tutta la lunghezza del pezzo.
Il risultato sarà una maggiore stabilità dello stesso.
Focalizziamo ora l’attenzione sugli utensili.
Di fondamentale importanza è la scelta della tipologia di utensile da impiegare nella lavorazione.
E, in modo particolare, il materiale e la forma della fresa: geometria delle eliche e numero di taglienti.
Per questo argomento, piuttosto che fornire una digressione troppo generica e quindi poco funzionale, pubblicheremo un articolo di approfondimento in seguito.
Relativamente alla questione vibrazioni durante le lavorazioni è bene sapere che la forma e il numero dei taglienti della fresa condiziona in maniera significativa la stabilità dell’utensile che, essendo il “ponte” tra il pezzo da lavorare e la struttura della macchina, è anche il “primo sospettato” di essere tra i principali responsabili di una lavorazione imprecisa e rumorosa.
Per cui:
- Più taglienti ci sono e più il nocciolo sarà grande, e più l’utensile sarà robusto; di conseguenza otteniamo che, un nocciolo maggiore, riduce lo spazio per l’evacuazione del truciolo.
Non solo.
Una volta selezionato l’utensile è buona regola inserire la fresa all’interno della pinza di bloccaggio, così che non sporga oltre il necessario.
A tal proposito, pensiamo alla fresa come ad una sorta di trampolino:
maggiore sarà la lunghezza della tavola che sporge dal bordo piscina, maggiore sarà la flessione della stessa e quindi la vibrazione che segue il tuffo.
Pertanto, per analogia, ad una fresa poco sporgente corrisponderà un’entità delle vibrazioni durante le lavorazioni significativamente inferiore.
Prima di affrontare l’ultimo aspetto della lavorazione, quello meno pratico ma più informatico, dove la soluzione che ci viene in aiuto nell’impresa, spesso avvilente, di liberarci dal rumore generato dalle vibrazioni durante le lavorazioni, è per l’appunto una macchina; più precisamente: un’intelligenza artificiale preconfezionata all’interno del software cam.
Proviamo adesso a definire il fenomeno fisico della “risonanza”.
Territorio, questo, dove i guru della “programmazione a bordo macchina” spesso e volentieri mettono a tacere gli hobbisti che hanno poca dimestichezza con la retorica ingegneristica.
Il tutto mediante una semplice osservazione di tipo scientifico, di ciò che avviene, inconsapevolmente, sotto gli occhi di tutti, all’interno dei parchi giochi.
Venghino signori, venghino!
Oggi vi illustreremo il funzionamento di un’affascinante opera ingegneristica ecosostenibile, che andava e va sempre tanto di moda.
E, cosa non meno importante, low-cost.
Di cosa si tratta?
Ovvio: della nostra vecchia e amata altalena!
Tutti sanno che, per dondolare una persona sull’altalena e farle compiere oscillazioni sempre più ampie, occorre imprimere delle spinte, quand’anche piccole, sempre opportunamente sincronizzate con il suo moto.
Si determina quindi risonanza, quando una forza esterna agisce su un sistema fisico con una frequenza capace di amplificare il moto del sistema stesso.
Nel caso dell’altalena, tale condizione viene sfruttata per amplificare il moto con un dispendio minimo di energia.
Ahimè, non sempre il fenomeno della risonanza rappresenta il fedele alleato di un lavoro di precisione.
Tant’è vero che, durante una lavorazione per esportazione di un truciolo, quel “simpaticissimo” ronzio fluttuante, che abbiamo associato ad una vibrazione che rappresenta per definizione un meccanismo oscillante, è un chiaro sintomo di ciò che abbiamo imparato a chiamare risonanza.
Facciamo un piccolo passo indietro.
Qualche riga fa abbiamo definito l’utensile fresa come “l’anello critico” di giunzione tra il pezzo e la macchina durante la lavorazione.
Pertanto la vibrazione “più dannosa” presente in macchina non puo’ non avere una frequenza corrispondente alla sua velocità di rotazione.
La cosa più vicina ad un pulsante magico su un centro di lavoro è il potenziometro che regola la velocità di rotazione (“spindle speed”).
Questo perchè, molto spesso, quando lo stridore inizia ad aumentare perchè comincia ad “andare in risonanza”, talvolta puo’ bastare “giocare” con questo parametro per far diminuire drasticamente le vibrazioni durante la lavorazione.
Se ciò non dovesse bastare, allora potrebbe tornare utile modificare la velocità di avanzamento, e quindi di lavorazione, attraverso il potenziometro “feed rate”.
In questo modo è possibile ottimizzare la sincronizzazione tra rotazione del dente ed esportazione del truciolo.
Adesso vi immagino incollati al pannello di controllo della vostra cnc, con un orecchio fuori dalle cuffie, a modificare, stile DJ, la posizione dei due potenziometri, lasciandovi ispirare dalle variazioni di rumore.
Uno schiaffo morale a chi vi diceva: ”E che ci vuole…basta premere un pulsante e la macchina fa tutto da sola”.
Tranquilli, tranquilli, non sarà necessario trasformarci in fuoriclasse della console o, peggio ancora, di musica trap.
Ecco, forse di più fastidioso al mondo delle vibrazioni durante le lavorazioni, vi è solo la musica trap!
… Non me ne vogliano gli amici appassionati del genere.
A venirci in soccorso e strapparci dall’abbisso della follia o dell’acufene, fanno finalmente capolinea i moderni software CAM.
Riassumendo: con un po’ di fortuna, riducendo le RPM (“revolutions per minute”, ovvero “giri al minuto”) il ronzio scompare; ma citando una famosa raccolta di libri horror, “a volte ritornano”, anche dopo pochi secondi di tregua.
Eh si, ahimè!
A volte ritornano, altrochè!
Che fare, allora?
Soprattutto, perché questo accade?
La risposta possiamo trovarla nel percorso utensile.
In dettaglio, soffermandoci su un dato fondamentale:
– l’impegno dell’attrezzo;
Ovvero la percentuale della fresa che è impegnata nel materiale durante la lavorazione per asportazione del truciolo; percentuale che cambia costantemente in funzione del tracciato che percorre l’utensile.
Prendiamo come esempio la fresatura di una tasca.
A un certo punto, all’interno della cavità, potremmo avere un impegno del 15%, con la fresa che sarà contenta di girare intorno alle 3.000 RPM.
In un altro punto sulla cavità, potremmo avere un impegno del 40%; in quel punto, dovremmo ridurre le RPM a 2.000 RPM per liberarci del ronzio.
In questa fessura o canale, con un attrezzo molto lungo, dovremmo ridurre le RPM a 1.000 perchè abbiamo il 50% dell’attrezzo impiegato in quel taglio.
L’esperienza insegna che è impossibile trovare dei parametri di lavorazione perfetti che possano funzionare su ogni angolo di questa cavità.
Pertanto, molto spesso, si è costretti a rallentare tutto il programma per evitare il ronzio in quei punti in cui mettiamo a dura prova l’utensile.
I più moderni ed avanzati software Cam, effettuando una simulazione della lavorazione, realizzano una previsione sulle “dimensioni dei trucioli”, quindi generano un tipo di percorso utensile intelligente che garantisce un impegno costante dell’attrezzo.
È doveroso fare una precisazione.
Quelli mostrati finora, sono solo i principali accorgimenti da tenere bene a mente durante le tre fasi della lavorazione, ovvero: il bloccaggio del pezzo grezzo da lavorare, la scelta delle frese e l’utilizzo del software che genera il percorso utensile.
Qualcuno di voi avrà notato che non abbiamo mai menzionato quelle che sono le vibrazioni derivanti dalle criticità strutturali della macchina.
In uno dei prossimi articoli analizzeremo un classico “pantografo fai da te” e metteremo in evidenza i più comuni errori progettuali che possono interferire sulla stabilità di quest’ultimo.
Infine, a tal proposito, illustreremo alcune soluzioni adottate in azienda (LABMEC).
Sottolineo “alcune” perché, per scoprirle tutte, è bene che veniate a trovarci e le scopriate da vicino!
Chiosa finale, sussurratami all’orecchio da un mio caro amico appassionato di tecnologia C.N.C. :
“Che te pienz c’aizz a coscia e fai a ballerina?”
Ovvero: credi davvero che basti sollevare una gamba per definirti ballerina?
…questa, rigorosamente, dedicata a tutti gli hobbisti evoluti della penisola.
Ciao e buona lavorazione a tutti!
A presto!