La fresatura trocoidale e la fresatura dinamica sono due strategie di lavorazione a taglio che modificano il percorso dell’utensile rispetto alla fresatura convenzionale (lineare o circolare), per ottenere risultati più efficienti. A differenza della strategia tradizionale, dove l’utensile si muove in modo rettilineo o circolare lungo il profilo da lavorare, queste due strategie combinano un movimento di rotazione dell’utensile attorno al proprio asse con un movimento di avanzamento lungo una traiettoria curva (trocoide) o adattata in tempo reale.
Le proprietà chiave che definiscono il funzionamento di queste strategie sono:
La differenza tra le due strategie risiede nella flessibilità della traiettoria: la fresatura trocoidale utilizza un percorso predefinito e ripetibile, mentre la fresatura dinamica adatta la traiettoria in tempo reale in base alle condizioni di taglio rilevate dal sistema di controllo della macchina.
Per capire i vantaggi di queste strategie, è necessario analizzare come si comportano rispetto alla fresatura convenzionale in termini di forze di taglio, calore, formazione dei trucioli e usura dell’utensile.
Nella fresatura convenzionale, l’impegno radiale elevato genera forze di taglio molto alte, che possono causare vibrazioni, deformazioni del pezzo o rotture dell’utensile. Nella fresatura trocoidale e dinamica, invece, l’impegno radiale ridotto e il carico truciolo costante riducono le forze di taglio complessive del 30-50% rispetto alla fresatura convenzionale con la stessa velocità di asportazione. Questo è particolarmente vantaggioso per macchine con potenza o coppia limitata, come i centri di lavorazione verticali con mandrino elettrico ad alta velocità (es. GA-DV750, GA-VT445).
Il calore generato durante il taglio è proporzionale alla forza di taglio e alla velocità di avanzamento. Nelle strategie trocoidale e dinamica, la riduzione delle forze di taglio e il fatto che ogni tagliente rimanga a contatto con il materiale per un tempo più breve (grazie all’impegno radiale ridotto) riducono la temperatura del tagliente. Questo permette di lavorare a velocità di taglio più elevate senza danneggiare il rivestimento dell’utensile.
Il carico truciolo costante garantisce che i trucioli abbiano una dimensione uniforme, senza picchi di spessore che possono causare intasamenti o rotture. Inoltre, l’impegno radiale ridotto permette di evacuare i trucioli più facilmente, anche in lavorazioni di materiali tenaci come l’acciaio inossidabile o le leghe di titanio.
Nella fresatura convenzionale, l’usura dell’utensile è spesso non uniforme: i taglienti che lavorano in condizioni di carico truciolo più elevato si usurano più velocemente, mentre gli altri rimangono quasi intatti. Nelle strategie trocoidale e dinamica, invece, il carico truciolo costante distribuisce l’usura in modo uniforme su tutti i taglienti, prolungando la durata dell’utensile del 20-40% rispetto alla fresatura convenzionale. Inoltre, la riduzione delle forze e della temperatura riduce l’usura per adesione (tipica dei materiali tenaci) e l’usura per abrasione.
La scelta dei parametri di taglio dipende dal materiale da lavorare, dalla macchina utilizzata e dalla geometria dell’utensile. Ecco i range consigliati e i compromessi da considerare:
La velocità di taglio è la velocità periferica dell’utensile, espressa in metri al minuto (m/min). Nelle strategie trocoidale e dinamica, è possibile aumentare la velocità di taglio del 20-30% rispetto alla fresatura convenzionale, grazie alla riduzione della temperatura e delle forze di taglio.
Range consigliato per materiali comuni:
Compromesso: Velocità di taglio troppo elevate aumentano l’usura per diffusione, mentre velocità troppo basse riducono l’efficienza della lavorazione.
L’avanzamento per dente è la quantità di materiale che ogni tagliente rimuove per ogni giro dell’utensile, espressa in millimetri per dente (mm/dente). Il carico truciolo costante si ottiene mantenendo l’avanzamento per dente invariato durante tutta la lavorazione.
Range consigliato:
Compromesso: Avanzamento per dente troppo elevato aumenta le forze di taglio e può causare rotture dell’utensile, mentre avanzamento troppo basso aumenta l’usura per attrito e riduce la velocità di asportazione.
L’impegno radiale è la profondità di taglio laterale dell’utensile, espressa in millimetri (mm). Nelle strategie trocoidale e dinamica, l’impegno radiale è generalmente compreso tra il 10% e il 30% del diametro dell’utensile.
Range consigliato: 0,1 × D ≤ ae ≤ 0,3 × D (dove D è il diametro dell’utensile)
Compromesso: Impegno radiale troppo elevato aumenta le forze di taglio e riduce i vantaggi della strategia, mentre impegno troppo basso aumenta il numero di giri dell’utensile attorno alla propria traiettoria, prolungando il tempo di lavorazione.
L’impegno assiale è la profondità di taglio longitudinale dell’utensile, espressa in millimetri (mm). A differenza dell’impegno radiale, l’impegno assiale può essere molto elevato, anche uguale alla lunghezza del tagliente dell’utensile.
Range consigliato: 0,5 × L ≤ ap ≤ L (dove L è la lunghezza del tagliente dell’utensile)
Compromesso: Impegno assiale troppo elevato aumenta le forze di taglio assiali e può causare vibrazioni, mentre impegno troppo basso riduce la velocità di asportazione.
La geometria dell’utensile influisce in modo significativo sulle prestazioni delle strategie trocoidale e dinamica:
Anche se le strategie trocoidale e dinamica sono molto efficienti, possono verificarsi guasti se i parametri non sono impostati correttamente. Ecco le modalità di guasto più comuni:
Le vibrazioni sono causate da parametri di taglio non corretti o da una rigidità insufficiente della macchina, dell’utensile o del pezzo.
La rottura dell’utensile è causata da forze di taglio troppo elevate o da un carico truciolo non costante.
L’intasamento dei trucioli è causato da una evacuazione dei trucioli insufficiente.
L’usura eccessiva è causata da velocità di taglio troppo elevate o da un carico truciolo non corretto.
Le strategie trocoidale e dinamica non sono adatte a tutte le applicazioni. Ecco i casi in cui è meglio utilizzare la fresatura convenzionale:
Le strategie trocoidale e dinamica sono progettate per l’asportazione di materiale elevato (lavorazioni di sgrossatura). Per le lavorazioni di finitura, dove è richiesta una precisione e una finitura superficiale molto elevate, la fresatura convenzionale è più adatta, perché permette di ottenere traiettorie più precise e una finitura migliore.
Per pezzi con geometrie molto complesse, come cavità molto piccole o profili con angoli acuti, la traiettoria trocoidale può essere difficile da calcolare o può non adattarsi alla geometria del pezzo. In questi casi, la fresatura convenzionale è più flessibile.
Anche se le strategie trocoidale e dinamica riducono le forze di taglio, richiedono comunque una potenza e una coppia sufficienti per mantenere la velocità di taglio e l’avanzamento. Per macchine con potenza inferiore a 3 kW, come alcuni centri di lavorazione piccoli, le strategie trocoidale e dinamica possono non essere efficienti.
Per materiali con durezza superiore a 55 HRC, la fresatura convenzionale con utensili in diamante policristallino (PCD) o in nitruro di boro cubico (CBN) è più adatta, perché permette di mantenere una velocità di taglio più elevata e una durata dell’utensile maggiore.
| Categoria | Dettagli |
|---|---|
| Parametri di taglio consigliati | Acciaio dolce: Vc 150-250 m/min, fz 0,1-0,3 mm/dente, ae 10-30% D Acciaio legato: Vc 100-180 m/min, fz 0,08-0,25 mm/dente, ae 10-30% D Acciaio inossidabile: Vc 80-150 m/min, fz 0,05-0,2 mm/dente, ae 10-30% D Leghe di titanio: Vc 30-80 m/min, fz 0,03-0,15 mm/dente, ae 10-30% D Alluminio: Vc 300-800 m/min, fz 0,15-0,4 mm/dente, ae 10-30% D |
| Modalità di guasto e risoluzione | Vibrazioni: Ridurre ae/ap, aumentare la rigidità dell’utensile, ridurre Vc/fz Rottura utensile: Verificare il calcolo CAM, ridurre fz/ae, controllare potenza/coppia della macchina Intasamento trucioli: Ridurre il numero di taglienti, aumentare Vc, utilizzare refrigerante ad alta pressione Usura eccessiva: Ridurre Vc, aumentare fz, utilizzare utensile con rivestimento resistente |
| Macchine Gree CNC adatte | GA-DV750, GA-VT445, GA-VT540, GA-VT540P (per lavorazioni di alluminio e materiali morbidi) GA-MV856, GA-MVD2560, GA-UHD500 (per lavorazioni di acciaio e materiali tenaci) GA-FA500, GA-FMB3020D (per lavorazioni a 5 assi) |
Prima di iniziare una lavorazione con strategie trocoidale o dinamica, verifica i seguenti punti:
Qual è la differenza tra fresatura trocoidale e fresatura dinamica? La fresatura trocoidale utilizza una traiettoria predefinita e ripetibile calcolata dal software CAM, mentre la fresatura dinamica adatta la traiettoria in tempo reale in base alle condizioni di taglio rilevate dal sistema di controllo della macchina. La fresatura dinamica è più flessibile, ma richiede una macchina con un sistema di controllo avanzato.
Le strategie trocoidale e dinamica sono adatte a tutte le macchine CNC? No. Queste strategie richiedono una macchina con un sistema di controllo in grado di gestire traiettorie complesse e una velocità di avanzamento sufficiente. Macchine con sistemi di controllo obsoleti o con velocità di avanzamento inferiore a 10 m/min non sono adatte.
Come si calcola il carico truciolo costante? Il carico truciolo costante si ottiene mantenendo l’avanzamento per dente (fz) invariato durante tutta la lavorazione. Il software CAM calcola la traiettoria dell’utensile in modo che, indipendentemente dalla profondità di taglio o dalla forma del pezzo, ogni tagliente rimuova la stessa quantità di materiale per ogni giro dell’utensile.
Qual è il vantaggio principale delle strategie trocoidale e dinamica rispetto alla fresatura convenzionale? Il vantaggio principale è l’aumento della velocità di asportazione di materiale (MRR) del 20-50% rispetto alla fresatura convenzionale, mantenendo o aumentando la durata dell’utensile. Questo permette di ridurre il tempo di lavorazione e i costi per pezzo.
È possibile utilizzare le strategie trocoidale e dinamica per lavorazioni a 5 assi? Sì, è possibile. Molte macchine a 5 assi come il GA-FA500 o il GA-FMB3020D supportano queste strategie, che permettono di aumentare l’efficienza delle lavorazioni di sgrossatura di pezzi con geometrie complesse. È necessario però che il software CAM supporti il calcolo di traiettorie trocoidali o dinamiche per lavorazioni a 5 assi.
