La lavorazione a cinque assi posizionali 3+2 (anche chiamata lavorazione indicizzata) è una tecnica di lavorazione CNC che combina la precisione dei tre assi lineari (X, Y, Z) con due assi rotativi (generalmente A e B, o C e B) che vengono bloccati in una posizione fissa prima di iniziare ogni operazione di taglio. A differenza della lavorazione a cinque assi continua, dove tutti e cinque gli assi si muovono simultaneamente durante il taglio, nel 3+2 gli assi rotativi servono solo per orientare il pezzo o l'utensile in una posizione specifica, dopo di che la lavorazione procede come in un centro di lavorazione a tre assi.
Le proprietà chiave che definiscono questo processo e che lo rendono utile nella lavorazione sono:
Per applicazioni specifiche, questo processo può essere implementato su diversi modelli di macchine Gree CNC:
Il comportamento del processo 3+2 durante il taglio dipende in gran parte dalla rigidità della configurazione, dalla lunghezza dell'utensile e dalla posizione degli assi rotativi. Ecco i principali aspetti da considerare:
Le forze di taglio sono influenzate da due fattori chiave: l'orientamento del pezzo e la rigidità dell'utensile. Quando il pezzo è orientato correttamente, le forze di taglio sono dirette lungo l'asse dell'utensile, riducendo le forze laterali che possono causare deviazioni. Inoltre, l'uso di utensili più corti aumenta la rigidità dell'insieme utensile-mandrino, permettendo di applicare forze di taglio più elevate senza vibrazioni.
Per esempio, nella lavorazione di una cavità profonda a tre assi, un utensile lungo e sottile può deviare anche con forze di taglio moderate, mentre nella lavorazione 3+2 lo stesso pezzo può essere orientato in modo che la cavità sia perpendicolare all'utensile, permettendo l'uso di un utensile più corto e resistente.
Il calore generato durante il taglio dipende dalla velocità di taglio, dal materiale del pezzo e dal tipo di utensile. Nella lavorazione 3+2, l'orientamento corretto del pezzo permette di ottimizzare l'accesso del refrigerante alla zona di taglio, riducendo l'accumulo di calore. Inoltre, l'uso di utensili più corti migliora la dissipazione del calore dal tagliente al mandrino, poiché la lunghezza dell'utensile è un fattore limitante per la conduzione termica.
La formazione dei trucioli è influenzata dalla geometria del tagliente e dall'orientamento del pezzo. Nel 3+2, è possibile orientare il pezzo in modo che i trucioli vengano espulsi lontano dalla zona di taglio, evitando che si accumulino e causino difetti sulla superficie lavorata. Questo è particolarmente utile nella lavorazione di materiali tenaci come l'acciaio inossidabile o il titanio, dove i trucioli lunghi possono causare problemi di intasamento.
I principali meccanismi di usura nella lavorazione 3+2 sono l'usura per abrasione, l'usura per adesione e l'usura per diffusione. Grazie alla rigidità maggiore e all'uso di utensili più corti, l'usura per abrasione è ridotta rispetto alla lavorazione a tre assi, poiché le vibrazioni sono minori. Inoltre, l'accesso migliore del refrigerante riduce l'usura per adesione e diffusione, che sono causate dalle alte temperature nella zona di taglio.
I parametri di lavorazione per il processo 3+2 dipendono dal materiale del pezzo, dal tipo di utensile e dalle caratteristiche della macchina. Ecco i parametri generali per i materiali più comuni, con le relative compromessi:
La velocità di taglio è la velocità periferica del tagliente dell'utensile, espressa in metri al minuto (m/min). Ecco i range per i materiali più comuni:
Compromessi: Velocità più elevate aumentano la produttività ma possono causare usura rapida dell'utensile e difetti di superficie. Velocità più basse riducono l'usura ma aumentano i tempi di lavorazione. Per esempio, nella lavorazione dell'alluminio su un centro di lavorazione a cinque assi GA-FA500 con mandrino elettrico, è possibile raggiungere velocità fino a 600 m/min, mentre su un centro GA-UHD500 con mandrino a cono HSK-A63 e potenza maggiore, la velocità può essere limitata dalla coppia disponibile per tagli più profondi.
L'avanzamento per giro è la distanza che l'utensile avanza per ogni giro del mandrino, espressa in millimetri per giro (mm/giro). Ecco i range:
Compromessi: Avanzamenti più elevati aumentano la produttività ma possono causare vibrazioni e difetti di superficie. Avanzamenti più bassi migliorano la qualità della superficie ma aumentano i tempi di lavorazione. Per esempio, nella lavorazione dell'acciaio inossidabile su un centro GA-MV856 con mandrino meccanico a cono BT40 e coppia massima di 95,5 Nm, è possibile usare avanzamenti più elevati rispetto a un centro GA-DV750 con mandrino elettrico e coppia massima di 12,15 Nm, grazie alla maggiore rigidità del mandrino.
La geometria dell'utensile dipende dal tipo di operazione (fresatura, foratura, alesatura) e dal materiale del pezzo. Ecco le caratteristiche generali:
Compromessi: Utensili con angoli di spoglia positivi sono più efficaci per materiali teneri ma si usurano più rapidamente per materiali duri. Utensili con un numero maggiore di taglienti migliorano la finitura ma possono causare intasamento dei trucioli in operazioni di sgrossatura.
Il processo 3+2 è generalmente affidabile, ma può presentare alcuni problemi comuni. Ecco i modi per riconoscerli e risolverli:
Sintomi: Dimensioni del pezzo fuori tolleranza, difetti di superficie. Cause: Rigidità insufficiente della configurazione, utensile troppo lungo, forze di taglio troppo elevate. Soluzioni: Orientare il pezzo in modo che le forze di taglio siano dirette lungo l'asse dell'utensile, usare utensili più corti, ridurre la profondità di taglio o l'avanzamento, aumentare la rigidità del fissaggio del pezzo.
Sintomi: Segni di vibrazione sulla superficie del pezzo, usura rapida dell'utensile, rumore eccessivo durante il taglio. Cause: Rigidità insufficiente dell'insieme utensile-mandrino, velocità di taglio troppo elevata, avanzamento troppo basso, fissaggio del pezzo non adeguato. Soluzioni: Usare utensili più corti, ridurre la velocità di taglio, aumentare l'avanzamento, migliorare il fissaggio del pezzo, controllare che gli assi rotativi siano bloccati correttamente.
Sintomi: Rugosità superiore alla specifica, segni di taglio irregolari. Cause: Usura dell'utensile, velocità di taglio non adeguata, avanzamento troppo elevato, refrigerante insufficiente. Soluzioni: Sostituire l'utensile, regolare la velocità di taglio, ridurre l'avanzamento, aumentare la portata del refrigerante, controllare l'orientamento del pezzo per garantire l'accesso del refrigerante alla zona di taglio.
Sintomi: Usura rapida dell'utensile, difetti di superficie, rottura dell'utensile. Cause: Formazione di trucioli lunghi, espulsione dei trucioli non adeguata, velocità di taglio troppo bassa. Soluzioni: Orientare il pezzo in modo che i trucioli vengano espulsi lontano dalla zona di taglio, usare utensili con rompitruciolo, aumentare la velocità di taglio, aumentare la portata del refrigerante.
Il processo 3+2 presenta alcuni limiti che lo rendono una scelta non adatta per alcune applicazioni:
Superfici complesse con curve continue: Per superfici che richiedono un orientamento continuo dell'utensile o del pezzo durante il taglio, come le pale di turbine o le stampi per iniezione con forme complesse, il processo 3+2 non è adatto. In questi casi, è necessaria la lavorazione a cinque assi continua.
Pezzi con molte superfici orientate in modo diverso: Se un pezzo richiede più di 3-4 orientamenti diversi per completare la lavorazione, il tempo necessario per orientare gli assi rotativi e riposizionare il pezzo può rendere il processo 3+2 meno produttivo della lavorazione a cinque assi continua. Per esempio, un pezzo con 10 superfici orientate in modo diverso richiede 10 operazioni di orientamento, che possono richiedere più tempo della lavorazione continua.
Precisione per orientamenti estremi: Quando gli assi rotativi sono orientati in posizioni estreme (per esempio, 90° rispetto alla posizione di partenza), la rigidità della configurazione può ridursi, causando deviazioni del pezzo. Questo è particolarmente evidente su macchine con tavoli rotativi di grandi dimensioni o con fissaggi non adeguati.
Accesso limitato a superfici profonde: Anche se il processo 3+2 permette l'uso di utensili più corti rispetto alla lavorazione a tre assi, per superfici molto profonde o inaccessibili anche dopo l'orientamento del pezzo, può essere necessario usare utensili lunghi, perdendo i vantaggi di rigidità del processo.
| Categoria | Dettagli | Range | Compromessi | Risoluzione dei problemi |
|---|---|---|---|---|
| Velocità di taglio (Vc) | Alluminio | 150-600 m/min | Velocità più elevate aumentano la produttività ma causano usura rapida | Usura eccessiva: ridurre Vc; Produttività bassa: aumentare Vc |
| Acciaio al carbonio | 60-200 m/min | Velocità più basse riducono l'usura ma aumentano i tempi | Difetti di superficie: regolare Vc; Vibrazioni: ridurre Vc | |
| Acciaio inossidabile | 30-120 m/min | Velocità più elevate migliorano la finitura ma aumentano il calore | Intasamento trucioli: aumentare Vc; Rottura utensile: ridurre Vc | |
| Titanio | 20-80 m/min | Velocità più basse riducono il calore ma aumentano i tempi | Deviazione pezzo: ridurre Vc; Finitura scarsa: aumentare Vc | |
| Avanzamento per giro (f) | Alluminio | 0,1-0,5 mm/giro | Avanzamenti più elevati aumentano la produttività ma causano vibrazioni | Vibrazioni: ridurre f; Produttività bassa: aumentare f |
| Acciaio al carbonio | 0,05-0,3 mm/giro | Avanzamenti più bassi migliorano la finitura ma aumentano i tempi | Difetti di superficie: ridurre f; Sgrossatura lenta: aumentare f | |
| Acciaio inossidabile | 0,03-0,2 mm/giro | Avanzamenti più elevati aumentano le forze di taglio ma migliorano l'espulsione dei trucioli | Rottura utensile: ridurre f; Intasamento trucioli: aumentare f | |
| Titanio | 0,02-0,15 mm/giro | Avanzamenti più bassi riducono le forze di taglio ma aumentano i tempi | Deviazione pezzo: ridurre f; Finitura scarsa: regolare f | |
| Geometria utensile | Angolo di spoglia (alluminio) | 10-20° positivo | Angoli più elevati riducono le forze ma si usurano più rapidamente | Usura rapida: ridurre l'angolo di spoglia; Forze eccessive: aumentare l'angolo |
| Angolo di spoglia (acciaio temprato) | -5-0° negativo | Angoli più negativi aumentano la resistenza ma aumentano le forze | Rottura utensile: ridurre l'angolo di spoglia; Deviazione pezzo: aumentare l'angolo | |
| Numero di taglienti (sgrossatura) | 2-4 | Numero minore migliora l'espulsione dei trucioli ma riduce la finitura | Intasamento trucioli: ridurre il numero di taglienti; Finitura scarsa: aumentare il numero | |
| Numero di taglienti (finitura) | 4-8 | Numero maggiore migliora la finitura ma aumenta il rischio di intasamento | Difetti di superficie: aumentare il numero di taglienti; Intasamento: ridurre il numero |
Prima di iniziare una lavorazione 3+2, seguire questa checklist per garantire risultati ottimali:
Analisi del pezzo:
Scelta della macchina:
Scelta dell'utensile:
Fissaggio del pezzo:
Programmazione:
Preparazione della macchina:
Qual è la differenza tra lavorazione 3+2 e lavorazione a cinque assi continua? Nella lavorazione 3+2, gli assi rotativi vengono bloccati in una posizione fissa prima del taglio, mentre nella lavorazione a cinque assi continua tutti e cinque gli assi si muovono simultaneamente durante il taglio. Il 3+2 è più semplice da programmare e offre maggiore rigidità, mentre la lavorazione continua è più adatta per superfici complesse e pezzi con molti orientamenti.
Su quali macchine Gree CNC è possibile eseguire la lavorazione 3+2? È possibile eseguire la lavorazione 3+2 su tutti i centri di lavorazione a cinque assi Gree CNC, come GA-FA320, GA-FA500, GA-UHD500 e GA-FMB3020D. Inoltre, è possibile adattare alcuni centri di lavorazione a tre assi aggiungendo un tavolo rotativo esterno, ma questo richiede modifiche alla macchina e alla programmazione.
Quali sono i vantaggi del 3+2 rispetto alla lavorazione a tre assi? I principali vantaggi sono: eliminazione dei riposizionamenti manuali del pezzo, uso di utensili più corti e rigidi, migliore accesso a superfici inaccessibili, maggiore rigidità durante il taglio e programmazione più semplice rispetto alla lavorazione a cinque assi continua.
Come si calcola la velocità di rotazione del mandrino per la lavorazione 3+2? La velocità di rotazione del mandrino (n, in giri al minuto) si calcola con la formula: n = (Vc × 1000) / (π × D), dove Vc è la velocità di taglio in m/min e D è il diametro dell'utensile in mm. Per esempio, per un utensile di diametro 10 mm e Vc di 200 m/min, la velocità di rotazione è (200 × 1000) / (3,14 × 10) ≈ 6369 giri al minuto.
Quali materiali sono più adatti per la lavorazione 3+2? Il processo 3+2 è adatto per quasi tutti i materiali lavorabili, tra cui alluminio, acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, titanio e leghe di rame. È particolarmente vantaggioso per materiali duri come il titanio e l'acciaio inossidabile, dove la rigidità maggiore del processo riduce l'usura dell'utensile e migliora la precisione.
