La tornitura a Controllo Numerico Computerizzato (CNC) è un pilastro fondamentale della produzione moderna. Questo processo, in cui uno strumento da taglio rimuove materiale da un pezzo in rotazione per creare forme cilindriche, è cruciale in industrie ad alta richiesta come quella aerospaziale, automobilistica e medica. Il potenziale delle macchine CNC si realizza solo con la selezione e l'applicazione corretta del loro componente più critico: la strumento da taglio.

Lo strumento da taglio è il collegamento tra la macchina e il pezzo, il punto in cui le istruzioni digitali si trasformano in realtà fisica. La scelta informata del materiale dello strumento, della sua geometria e del suo sistema di fissaggio influisce direttamente su tutte le metriche di prestazione:

• Precisione dimensionale.

• Qualità della finitura superficiale.

• Durata dei cicli di produzione.

• Redditività e competitività dell'operazione.

Tipi di utensili per tornio CNC

Per comprendere l'ampia gamma di utensili disponibili, è necessario classificarli in base alla loro funzione, struttura e direzione di taglio.

Classificazione per operazione di lavorazione

Questa classificazione raggruppa gli utensili in base al compito specifico per cui sono stati progettati. Le operazioni principali includono:

• Utensili di tornitura (cilindratura)Per ridurre il diametro esterno del pezzo.

• Utensili di fresatura frontale: Per lavorare la faccia frontale del pezzo.

• Utensili di alesatura: Per ingrandire o rifinire diametri interni.

• Utensili per scanalatura: Per creare canali o scanalature di una larghezza specifica.

• Utensili di troncatrice: Per tagliare il pezzo finito dal materiale grezzo.

• Utensili per filettatura: Per generare filetti interni o esterni.

• Utensili di smussatura (chamfering): Per creare un bordo inclinato.

• Utensili di formatura: Con un profilo specifico per creare geometrie complesse in una sola passata.

Classificazione per struttura costruttiva

L'architettura fisica dell'utensile definisce la sua rigidità, costo e modularità.

• Tipo integrale (monoblocco): L'intero utensile è realizzato in un unico pezzo di materiale (es. HSS o carburo solido). Offre un'eccellente rigidità, ma una volta che il tagliente si consuma, l'intero utensile deve essere sostituito o riaffilato.

• Tipo di saldatura (saldato): Consiste in una punta di materiale duro (es. carburo) saldata a un gambo in acciaio più economico. Era una soluzione popolare prima dell'ascesa degli utensili intercambiabili.

• Tipo di morsetto (portaplacchette o intercambiabile): È il sistema dominante nella lavorazione CNC moderna. È composto da un portautensili riutilizzabile che tiene una placchetta da taglio (inserto) sostituibile. Quando il tagliente si consuma, la placchetta viene girata o sostituita in modo rapido ed economico.

Classificazione per direzione di avanzamento

La "manualità" dell'utensile determina la direzione in cui può tagliare efficacemente.

• Utensile a destra (Right-Hand): È il tipo più comune, progettato per lavorare avanzando dal contropunto (destra) verso la testa (sinistra).

• Utensile a sinistra (Left-Hand): Progettato per l'operazione inversa, tagliando dalla testa verso il contropunto.

• Utensile neutro: Non ha una direzione di taglio preferita e può lavorare in entrambe le direzioni, risultando utile per operazioni di profilatura e contornatura.

Materiali più usati negli utensili da taglio CNC

La prestazione di uno strumento è intrinsecamente legata alle proprietà del materiale del suo tagliente. Il materiale ideale deve avere una combinazione ottimale di durezza (resistenza all'usura) e tenacità (resistenza alla frattura).

• Acciai ad alta velocità (HSS): Sono leghe di acciaio complesse con una tenacità superiore ad altri materiali, che permette loro di resistere a urti e tagli interrotti. Sono utilizzati in operazioni a bassa velocità, su macchine meno rigide e per materiali morbidi come alluminio o acciai a basso tenore di carbonio.

• Metalli duri (carburi cementati): Sono i più versatili e utilizzati nella tornitura CNC. Consistono in particelle dure di carburo di tungsteno (WC) cementate in una matrice di cobalto (Co). Offrono un'eccellente durezza a caldo e resistenza all'usura, permettendo velocità di taglio molto superiori a quelle dell'HSS.

• Cermet e ceramiche: I cermet offrono maggiore resistenza all'usura rispetto ai carburi e producono finiture superficiali eccezionali, essendo preferiti per operazioni di finitura ad alta velocità. Le ceramiche, ancora più dure e resistenti al calore, permettono velocità di taglio estremamente elevate ma sono molto fragili. Sono usate nella lavorazione di ghisa grigia e acciai temprati.

• Materiali superduri (CBN e PCD):

• Nitruro di boro cubico (CBN): È il secondo materiale più duro conosciuto ed è la scelta per la "tornitura a duro" (lavorazione di acciai con durezza superiore a 45 HRC), ghise e superleghe.

• Diamante policristallino (PCD): È il materiale per utensili più duro disponibile. Offre una resistenza all'usura impareggiabile. Non è adatto per lavorare acciai a causa della sua reattività chimica con il ferro. La sua applicazione si concentra su materiali non ferrosi (alluminio, rame) e materiali molto abrasivi (compositi, plastiche rinforzate).

• Rivestimenti (PVD e CVD): Sono strati ceramici molto sottili che si depositano su un substrato (generalmente carburo) per migliorare le proprietà superficiali senza compromettere la tenacità del nucleo.

• CVD (Deposizione chimica da vapore): Produce rivestimenti spessi ideali per sgrossatura ad alte velocità su acciai e ghise.

• PVD (Deposizione fisica da vapore): Produce rivestimenti più sottili e lisci, preferiti per operazioni di finitura e per lavorare materiali che tendono ad aderire al tagliente, come acciai inossidabili e superleghe.

Come scegliere lo strumento giusto per ogni operazione

La selezione dell'utensile ottimale deve seguire un processo logico e sistematico per assicurare che tutte le variabili critiche siano considerate.

1. Analisi del pezzo e del materiale: Il punto di partenza è sempre il pezzo. Deve essere identificato il materiale (acciai, inox, ghise, ecc.) per selezionare il grado (materiale e rivestimento) della placchetta. Devono inoltre essere analizzate la geometria, le tolleranze e i requisiti di finitura superficiale.

2. Definizione dell'operazione: Deve essere determinato il tipo di lavorazione (cilindratura, scanalatura, ecc.) e distinguere chiaramente tra sgrossatura (priorizza la rimozione del materiale) e finitura (priorizza la precisione e la qualità superficiale).

3. Selezione della geometria della placchetta:

• Angolo della punta: Un angolo grande (es. 80°) fornisce un filo resistente, ideale per sgrossatura, mentre un angolo piccolo (es. 35°) offre maggiore accessibilità per profili complessi.

• Dimensione della placchetta: Deve essere proporzionale alla profondità di taglio per garantire la stabilità.

• Raggio della punta (RE): Un raggio grande permette avanzamenti maggiori e conferisce un filo più robusto, ma può causare vibrazioni. Un raggio piccolo riduce le vibrazioni e consente finiture migliori, ma limita l'avanzamento.

4. Selezione del grado e rompitruciolo: In base al materiale e all'operazione, si seleziona il grado di carburo e il rivestimento (CVD per sgrossatura di acciai, PVD per inox e finitura). Si sceglie un rompitruciolo che corrisponda all'intervallo di avanzamento e profondità di taglio per assicurare un adeguato controllo del truciolo.

5. Selezione del portautensili: Deve essere scelto un portautensili che offra la massima rigidità (la sporgenza più corta possibile) e che garantisca un accesso libero all'area di lavorazione senza rischio di collisione.

Consigli per l’uso corretto degli utensili per tornio CNC

L’uso e la manutenzione corretti sono cruciali per ottimizzare la durata dell’utensile e l’efficienza del processo.

Diagnosi e gestione dell’usura dell’utensile

L’usura è un processo inevitabile che fornisce informazioni preziose sulla lavorazione. Monitorare l’usura è fondamentale per prevenire guasti catastrofici. I tipi comuni di usura e le loro soluzioni sono:

• Usura del fianco: Causato principalmente da una velocità di taglio troppo elevata. La soluzione è ridurre la velocità o selezionare una qualità più resistente all’usura.

• Craterizzazione: Formazione di un cratere sulla faccia dell’utensile, causata da alte temperature. La soluzione è usare un rivestimento più spesso (tipo CVD) o ridurre la velocità.

• Filo di adesione (BUE): Materiale del pezzo saldato al filo, comune a basse velocità. La soluzione è aumentare la velocità di taglio o usare un rivestimento più liscio (tipo PVD).

• Scheggiature/sbeccature: Piccole fratture sul filo, spesso dovute a mancanza di tenacità o vibrazioni. Si risolve selezionando una qualità più tenace o riducendo l’avanzamento.

Applicazione dei refrigeranti

Il fluido da taglio o refrigerante ha molteplici funzioni: ridurre la temperatura, lubrificare, proteggere dalla corrosione e aiutare a evacuare il truciolo.

• Raffreddamento per immersione: È il metodo tradizionale, che applica un grande volume di refrigerante a bassa pressione.

• Raffreddamento ad alta pressione (HPC): Dirige getti di refrigerante ad alta pressione direttamente sul filo di taglio. È estremamente efficace per rompere ed evacuare il truciolo, permettendo aumenti significativi nei parametri di taglio.

Manutenzione preventiva della macchina

Una macchina mal mantenuta può indurre vibrazioni o imprecisioni che causano un'usura prematura dell'utensile. Un programma di manutenzione regolare che includa pulizia, verifica dei lubrificanti, ispezione dell'allineamento e calibrazione degli assi è cruciale per assicurare una piattaforma stabile e precisa affinché gli utensili funzionino correttamente.