Le macchine utensili sono per l’appunto dei macchinari utilizzati per la trasformazione, nella forma e nella dimensione, di oggetti di qualsiasi materiale, mediante rimozione selettiva di materiale in eccesso, tramite l’uso di specifici utensili.
Storia delle macchine utensili
Il termine “macchina utensile” di solito viene usato per indicare dei macchinari che funzionano mediante una fonte di movimento diversa da quella umana, sebbene queste necessitino comunque di un operatore che le metta in funzione. Gli albori delle macchine utensili si ebbe da quando l’impiego di strumenti meccanici rese non più necessario l’uso diretto del lavoro umano, inteso come forza. Un esempio che può rendere l’idea di prima macchina utensile, è la stampatrice meccanica, con la quale si potevano stampare volantini e giornali in serie, senza che questi venissero scritti a mano.
La più comune macchina utensile utilizzata tutt’oggi è il tornio, uno strumento indispensabile per diverse tipologie di lavori manuali, come la lavorazione del ferro e del legno. La sua invenzione risalirebbe al 1751 e sarebbe da attribuire a Jascques de Vaucanson, il primo che montò l’utensile da taglio su un supporto meccanico regolabile.
Funzionamento delle macchine utensili
L’impiego principale delle macchine utensili è sicuramente nel campo dell’industria meccanica e manifatturiera, per la lavorazione sopratutto dei metalli.
Queste macchine hanno principalmente tre moti:
– Il moto lavoro, che in realtà è compiuto dal pezzo che si muove intorno all’untesile, mentre questo resta fermo, ma non sempre è così. Nel tornio parallelo per esempio, il moto lavoro è relativo all’oggetto, mentre nella fresatrice o nei trapani, il moto è relativo all’utensile.
– Il moto di alimentazione detto anche di avanzamento, permette di lavorare parti diverse del pezzo e solitamente viene trasmesso da cinghie o da rotazioni tramite motore elettrico, all’albero dell’utensile.
– Il moto di appostamento, così definito perché determina la quantità di sovramateriale asportabile durante il passaggio dell’utensile sul pezzo, ossia la profondità di passata.
Le macchine utensili vengono classificate anche in base al tipo di moto lavoro e possono essere:
– Macchine utensili a moto circolare uniforme, come il tornio, la fresalesatrice e il trapano.
– A moto rettilineo alternato come la piallatrice, la stozzatrice e la limatrice.
– A moto speciale come la brocciatrice e la mola.
– A moto circolare variabile che racchiude molti degli ultimi tipi di macchine utensili
Questa è una classificazione specifica che viene sfruttata in campo commerciale dai produttori e fornitori di macchine utensili, per suddividerle in vari categorie, mentre in ambito lavorativo, vengono classificate dagli addetti ai lavori in un modo più generico, ossia:
– Macchine a pezzo mobile, nelle quali è il pezzo da lavorare che viene fatto muovere in modo più o meno uniforme intorno all’utensile, il quale può essere fermo, o compiere solo movimento sull’asse longitudinale.
– Macchine a utensile mobile, nelle quale, esattamente in maniera opposta alle prime, l’utensile si muove intorno al pezzo che viene fissato sul banco da lavoro della macchina stessa, traslando o ruotando intorno a esso.
Le macchine utensili sono costituite da diversi componenti che in generale sono:
– Incastellatura o bancale
– Almeno un motore elettrico
– Testa motrice
– Alberi di trasmissione
Il bancale è una struttura di zavorra della macchina, cioè quella che conferisce peso per dare stabilità a essa, oltre alla resistenza a vari tipi di sollecitazione, come flessione, pressione e assorbimento delle vibrazioni generate dalla lavorazione del pezzo. Generalmente il materiale utilizzato per realizzare questa struttura è la ghisa o l’acciaio elettro saldato.
Il motore o i motori elettrici si occupano della trasformazione dell’energia elettrica, la quale alimenta la macchina utensile in regime continuo o alternato, in energia meccanica. In genere le macchine utensili contano di due motori elettrici di potenze diverse, in base alla quantità di moto lavoro da alimentare.
La testa motrice è il pezzo più complesso della macchina e contiene gli organi di trasmissione e i comandi meccanici per trasformare il moto indotto dai motori elettrici, per diminuire o aumentare il numero di giri e quindi la coppia torcente.
La testa motrice bilancia la rotazione del mandrino e con delle opportune leve è possibile impostarla, per calibrare il livello di materiale da rimuovere dal pezzo.
Gli alberi di trasmissione fanno da tramite tra i motori e la testa, questi infatti trasmettono la rotazione generata dal motore, alla testa motrice. Fondamentalmente gli alberi possono essere “motore“, quando è direttamente mosso dal rotore del motore elettrico, o “condotto” quando è collegato tramite ulteriori alberi o snodi.
Le macchine utensili che vengono utilizzate nelle grandi aziende devono essere collegate al sistema di alimentazione, attraverso dei quadri elettrici, i quali dispongono di determinate misure di sicurezza, per fare in modo che gli addetti all’uso di tali macchine, possano operare in un ambiente sicuro.
Cablaggio quadri elettrici
Nell’era dell’industria moderna il cablaggio dei quadri elettrici delle macchine industriali avviene tramite il cosiddetto sistema di bus, grazie agli enormi vantaggi che questo comporta in termini di efficienza produttiva.
I sistemi bus sono di facile progettazione e installazione, permettono di usufruire di ampia gamma di funzioni attraverso la personalizzazione di specifici parametri per ogni macchina e inoltre, facilitano la diagnosi di eventuali malfunzionamenti del macchinario o dell’impianto stesso.
Nel cablaggio tradizionale, l’installatore deve contrassegnare ogni singolo cavo, che a sua volta deve corrispondere a ogni singolo switch, relè o altro componente facente parte dell’impianto di alimentazione elettrica della macchina, affinché questa possa ricevere la quantità di energia necessaria a operare e disporre di tutte le derivazioni per i sistemi di sicurezza.
Un cablaggio classico fatto a regola d’arte può richiedere molto tempo, inficiando sui tempi di produzione della macchina e inoltre anche nel post cablaggio del quadro elettrico, potrebbe essere necessario eseguire delle modifiche dell’ultimo minuto o per riadattare l’impianto a determinati settaggi della macchina.
Un sistema che sfrutta bus di campo invece, permette di collegare diversi disposti tramite un unico cavo, riducendo drasticamente costi e tempi d’installazione, nonché numero di cavi, rendendo molto più semplici e rapidi eventuali interventi futuri.
Questa soluzione tuttavia non elimina completamente la scelta di continuare a utilizzare un cablaggio tradizionale verso il quadro lato macchina. Perché?
I cavi dei sistemi bus sono onerosi e la lunghezza richiesta per il collegamento tra quadro e macchina, richiederebbe una spesa troppo elevata. Per questo motivo i sistemi bus si rivelano convenienti solo per cablaggi ai quadri lato macchina.
Attualmente una soluzione che rappresenta una via di mezzo tra i due sistemi, prevede l’uso di flat cable multipolari che trasformano componenti standard come pulsanti, contatori di potenza, partenze motore ecc… in dispositivi intelligenti tramite connettori specifici. Il flat cable consente sia l’alimentazione che la comunicazione tra i vari dispositivi. In un sistema di comando vengono utilizzati dei gateway, interfacciati con il PLC, tramite sistemi bus di campo standard. Questo sistema di collegamento consente di poter rimuovere buona parte del cablaggio classico tra i vari moduli, semplificando l’intero impianto.
Queste innovazioni permettono la riduzione dei tempi d’installazione e quindi aumentano la velocità di produzione, risparmiando sui costi di assemblaggio tra macchine e quadri.