UTENSILI E MACCHINE UTENSILI

DEFINIZIONI

L’utensile è ogni attrezzo semplice, atto alla lavorazione dei metalli, del legno o della pietra che si trova nelle botteghe artigiane, laboratori, officine, per esempio: il martello, lo scalpello, le tenaglie, le pinze, le forbici, la sega, la lima, il trapano, il punteruolo ecc..

Le macchine utensili sono le macchine operatrici che servono per la lavorazione di metalli, legnami, pietre e altri materiali impiegati nella tecnica.

A questo proposito si ricordano alcune definizioni:

• Macchina portatile è un apparecchio destinato ad essere sorretto dalla mano durante il suo impiego.
• Macchina trasportabile è un apparecchio in grado di essere sollevato a mano da una sola persona (~ 25 kg).
• Macchina spostabile è una macchina collocata sul pavimento stazionaria durante l’uso ed equipaggiata con un dispositivo, normalmente ruote, che permette lo spostamento fra diverse collocazioni.
• Macchina stazionaria è una macchina progettata per essere collocata o fissata al pavimento o altra parte della struttura edile e per essere stazionaria durante l’uso.

La utensileria è l’insieme degli utensili destinati all’esecuzione di una lavorazione, oppure un reparto di officina avente il compito di preparare gli utensili, i calibri e le attrezzature destinati a una data lavorazione, e di provvedere alla loro affilatura. È dotata perciò di macchine operatrici adeguate e di tutti gli strumenti di misura occorrenti.

Il truciolo è il materiale di scarto ottenuto in alcune lavorazioni del legno e dei metalli per l’azione su di essi esercitata dagli attrezzi o dagli utensili delle macchine (macchine per asportazione di truciolo). È formato da uno strato di piccolissimo spessore che l’utensile asporta dalla superficie in lavorazione.

CLASSIFICAZIONE DEGLI UTENSILI

Rispetto a un determinato oggetto si possono individuare, a scopo tipologico, due categorie di utensili:

• Quelli che servono a modificare l’oggetto.
• Quelli che non modificano l’oggetto.

 

UTENSILI CHE MODIFICANO L’OGGETTO

Nella prima categoria rientrano gli utensili che servono a rompere, a schiacciare, a tagliare, a dividere, a raschiare o a perforare. Essi funzionano a colpo, a pressione o a sfregamento.

Appartengono a questo gruppo:

• Il martello, l’ascia e l’accetta, presenti già nei livelli paleolitici.
• Lo scalpello, diffuso soprattutto in età neolitica.
• Il coltello, di epoca aurignaziana.
• La sega, già presente nel Paleolitico, con gli affini grattatoio e raschiatoio.
• II piccone, grossolano strumento di perforazione.
• Il punteruolo, di origine musteriana; da esso derivò l’ago, generalmente d’osso, molto frequente nei livelli maddaleniani.
• Il trapano ha attraversato almeno cinque fasi di evoluzione, dalla semplice bacchetta rigida, fatta rotare fra il palmo delle mani, fino al trapano ad archetto; a questa evoluzione si accompagnò il graduale perfezionamento anche dello strumento per perforare, cioè la saetta, inizialmente di pietra appuntita.

 

UTENSILI CHE NON MODIFICANO L’OGGETTO

Gli utensili che non modificano l’oggetto, ma che servono per mantenerlo fermo, per fissarlo, per svellerlo o per sollevarlo, sono per lo più semplici: pinza, chiodo, tenaglie, leve. Un altro utensile di questa categoria è la vite.

UTENSILI PORTATILI

Gli utensili portatili sono definiti come utensili che possono essere trasportati a mano. Questi utensili possono essere suddivisi in:

• Utensili portatili (a mano) non motorizzati includono seghe, martelli, cacciaviti, pinze, picconi e chiavi. I rischi maggiori legati a questi utensili derivano dall’utilizzo scorretto e dalla manutenzione impropria. Gli utensili smussati, per esempio, possono rendere più difficile il lavoro e causare un numero maggiore di lesioni.
• Utensili portatili motorizzati sono presenti praticamente in tutti i settori industriali. Essi aiutano a svolgere operazioni che richiederebbero altrimenti un estenuante lavoro manuale.

Tuttavia questi utensili di uso quotidiano possono provocare gravi lesioni, come lesioni alle dita o alle mani o gravi lesioni agli occhi, se non vengono usati o sottoposti a manutenzione in maniera appropriata. Gli utensili guasti (difettosi) o modificati in modo non professionale possono essere pericolosi necessario prestare particolare attenzione alla manutenzione degli utensili portatili per evitare o eliminare i pericoli.

Esistono diversi tipi di utensili motorizzati che si distinguono per la rispettiva fonte di energia in:

• Utensili elettrici (seghe circolari, macchine perforatrici).
• Utensili pneumatici (per esempio martelli, sminuzzatrici, pistole ad aria compressa).
• Utensili a combustibile (gas) liquido (per esempio seghe).
• Utensili idraulici (martinetti), e utensili azionati da polvere (pistole sparachiodi).

DEFINIZIONE DI MACCHINA UTENSILE

Si definiscono macchine utensili, in particolare, macchine operatrici impiegate nella lavorazione di pezzi meccanici con lo scopo di modificarne forma, dimensioni o finitura superficiale (rugosità), mediante taglio di sovrametallo con asportazione di truciolo, effettuato tramite apposito utensile.

Il termine macchina utensile è solitamente usato per definire macchine che utilizzano una fonte di movimento e quindi di energia diversa dal movimento umano, sebbene a volte necessitino di un operatore che le faccia funzionare.

Le macchine utensili hanno il loro campo di applicazione primario nell’industria manifatturiera e meccanica, soprattutto nella lavorazione dei metalli.

 

MOTI DELLE MACCHINE UTENSILI

Le macchine utensili sono caratterizzate da due moti di lavoro fondamentali:

• Il moto di taglio, che è il moto relativo fra l’utensile e il pezzo e che consente di eseguire l’operazione di taglio con asportazione di truciolo.
• Il moto di avanzamento (o di alimentazione), che consente all’utensile di venire a contatto con nuovo sovrametallo.

A questi due moti fondamentali se ne aggiunge ancora un terzo, detto moto di registrazione, che permette di posizionare l’utensile rispetto al pezzo prima della fase di taglio e di definire lo spessore di sovrametallo da asportare.

In edilizia sono usate diverse tipologie di macchine utensili: trapani, fresatrici, troncatrici, seghe da cantiere, seghe circolari da banco, seghe a nastro, martelli demolitori, mole, piegaferri, cesoie, smerigliatrici, sabbiatrici, apparecchi a carica esplosiva ed a impatto.

CLASSIFICAZIONE DELLE MACCHINE UTENSILI

Vi sono vari sistemi di classificazione. Il primo si basa sul tipo di moto di lavoro:

• Macchine utensili a moto circolare uniforme (trapano, fresatrice, tornio).
• Macchine utensili a moto rettilineo alternato (rettifica per piani, piallatrice, limatrice, stozzatrice).
• Macchine utensili a moto speciale (mola, brocciatrice).
• Macchine utensili a moto circolare variabile.

Una classificazione un po’ più grossolana ma assai comune distingue:

• Macchine utensili a pezzo mobile in cui il pezzo da lavorare è in movimento più o meno uniforme e l’utensile compie solo moto di traslazione longitudinale o trasversale (tornio, piallatrice).
• Macchine utensili a utensile mobile in cui il pezzo è fermo o compie un moto limitato, è l’utensile trasla o ruota nella lavorazione (fresatrice, trapano, limatrice, stozzatrice).

Un’altra importante e più generale classificazione riguarda la produzione che si può ottenere coi vari tipi di macchine:

• Macchina universale: a comando manuale o a comando numerico è usata per le lavorazioni più varie.
• Macchina per grandi produzioni: macchina che permette di produrre grandi quantità di pezzi a basso costo, utilizzando diversi utensili contemporaneamente.
• Macchina speciale: macchina costruita apposta per eseguire una determinata lavorazione.
• Macchina combinata: la macchina combinata è un insieme di più macchine speciali che lavorano un pezzo bloccato su una piattaforma.
• Macchina transfer: è composta da varie stazioni, e il pezzo passa da una all’altra a seconda della lavorazione da eseguire.

In base al diverso grado di automazione posseduto (programmazione delle lavorazioni, compensazione di eventuali errori ecc.), le macchine utensili, possono classificarsi in:

• Macchine utensili universali: costituiscono una categoria molto diffusa in quanto sono caratterizzate da elevata versatilità e costi di investimento contenuti.
• Macchine utensili a controllo digitale: costituiscono un’evoluzione delle precedenti e sono dotate di un elevato grado di automazione.
• Centri di lavoro: sono derivati dalle macchine utensili a controllo digitale e ne estendono le possibilità di applicazione, in quanto consentono di impiegare utensili di tipo diverso e di operare la loro sostituzione automatica durante un ciclo di lavorazione.
• Sistemi di lavorazione: sono costituiti da gruppi di macchine utensili a controllo digitale costruttivamente separate, ma collegate da dispositivi di trasporto dei pezzi e asservite a un elaboratore centrale che ne controlla e coordina le funzioni.

FORMA, DIMENSIONI E CARATTERISTICHE DEGLI UTENSILI

La forma, le dimensioni e le caratteristiche dell’utensile dipendono dal tipo di operazione da eseguire e dal materiale da lavorare, sia nel caso più generale di lavorazione con asportazione di truciolo sia nel caso particolare di lavorazione per deformazione plastica (come nell’imbutitura al tornio). Considerando il caso più semplice di un utensile mono tagliente si osserva che esso presenta una forma tipica a cuneo, simile a quella di uno scalpello. Tale utensile è definito da due superfici piane a e b, che si intersecano in uno spigolo tagliente, e da due superfici laterali che lo delimitano in larghezza. Durante il moto di taglio c, l’utensile distacca dalla superficie del pezzo uno strato di sovrametallo e lo trasforma in truciolo d.

La faccia a dell’utensile che è in contatto con il truciolo in formazione è detta petto, mentre la faccia b, rivolta verso la superficie lavorata, è detta dorso. L’angolo γ formato fra il petto dell’utensile e la normale alla superficie in lavorazione è detto angolo di spoglia frontale (o angolo di taglio frontale); l’angolo α formato fra il dorso dell’utensile e la direzione della superficie lavorata è detto angolo di spoglia dorsale (o angolo di taglio dorsale); l’angolo β compreso fra petto e dorso dell’utensile è detto angolo di acutezza. L’angolo di spoglia frontale γ ha grande influenza sulla formazione del truciolo: valori più elevati di γ determinano migliori condizioni di strisciamento del truciolo lungo il petto dell’utensile e minore assorbimento di potenza durante il taglio.

La presenza dell’angolo di spoglia dorsale α ha lo scopo di impedire lo strisciamento del dorso dell’utensile sulla superficie lavorata, in modo da evitare il danneggiamento di quest’ultima e una rapida usura dell’utensile. L’angolo β, complementare di α+γ, influenza la resistenza meccanica del tagliente. Conclusa la passata, al pezzo viene conferito il moto di avanzamento parallelo allo spigolo tagliente dell’utensile. Terminato il piano in lavorazione alla macchina utensile è dato il moto di registrazione e. Il grande sviluppo nei materiali per utensile e una progettazione avanzata degli organi di comando delle macchine utensili hanno condotto a un incremento delle velocità di taglio durante le lavorazioni per asportazione di truciolo.

Le lavorazioni ad alta velocità permettono, oltre che un aumento sensibile del volume di truciolo asportato nel tempo, anche una riduzione dello sforzo di taglio e una migliore finitura superficiale; inoltre, tutto il calore generato viene evacuato insieme ai trucioli, con un riscaldamento del pezzo e dell’utensile quasi insignificante.

PROGRAMMAZIONE AUTOMATICA

La crescente automazione presentata dalle macchine utensili consente di eseguire la lavorazione che interessa sulla base di istruzioni programmate dall’utente e quindi trasferite all’unità di governo della macchina in oggetto. Mentre in passato la programmazione della macchina era di tipo manuale, oggi è possibile la programmazione automatica della macchina stessa. I programmi di progettazione CAD consentono inoltre di generare automaticamente, a partire dalla geometria del pezzo da lavorare, le istruzioni per il controllo adottato.

 

COMPONENTI DI UNA MACCHINA UTENSILE

I componenti di una macchina utensile sono vari, in genere sono costituite da:

• Un’incastellatura (detta bancale).
• Uno o più motori elettrici.
• La testa motrice (il componente più complesso e importante).
• Gli alberi tramite i quali viene trasmesso il moto.

Bancale

Il bancale è la struttura portante della macchina utensile e necessita di un peso elevato per conferire stabilità e rigidità alla stessa, nonché di buona resistenza a vari tipi di sollecitazione e capacità di assorbimento delle vibrazioni che si generano durante la lavorazione del pezzo. Per questi motivi il materiale spesso utilizzato è la ghisa, tuttavia è nelle macchine più moderne è diffusa anche la struttura in acciaio saldato.

Motori elettrici

I motori elettrici trasformano l’energia elettrica in energia meccanica e possono essere a corrente continua o alternata.

I motori elettrici, che possono essere in numero variabile (generalmente uno o due), forniscono l’energia per tutti i moti della macchina ed hanno potenza diversa, a seconda del moto che devono alimentare. Il motore con il carico più gravoso è quello che alimenta il moto di lavoro, la potenza complessiva si aggira nell’ordine di grandezza dei KW.

Testa motrice e cambio

Contengono i comandi meccanici e gli organi di trasmissione atti a trasformare il moto dei motori elettrici, aumentandone o diminuendone il numero di giri e di conseguenza la coppia torcente.
La testa motrice consente il bilanciamento e la rotazione del mandrino, mentre le apposite leve variano il numero di giri che sono espressi in (giri/min).

Alberi

Gli alberi sono gli elementi che convogliano il moto, girando ad un determinato numero di giri, su di essi possono essere calettati degli organi di trasmissione. In genere gli alberi si distinguono:

• albero motore (mosso direttamente dal rotore del motore elettrico)
• alberi condotti (collegati all’albero motore o ad altri alberi condotti tramite organi di trasmissione).
• L’ultimo albero motore o mandrino fornisce il moto di lavoro, su di esso vengono innestati gli organi di serraggio del pezzo o dell’utensile.

Fissaggio dell’utensile

Nella fresa e nel trapano l’utensile viene montato sul mandrino. Nel tornio, invece, gli organi per il fissaggio sono generalmente di due tipi: torretta e contropunta.

La torretta è un dispositivo montato sul carro per permettere il rapido cambio di appositi portautensili, i quali (opportunamente regolati) posizionano gli utensili nella posizione ideale, ottimizzando la produzione industriale. Nei torni a controllo numerico gli utensili vengono cambiati automaticamente da un apposito meccanismo.

Mandrino

Albero della macchina utensile che trasmette il moto all’utensile o al pezzo in lavorazione. Nell’uso comune, il nome è dato a parecchie attrezzature che servono per afferrare e centrare pezzi in lavorazione o utensili, come punte da trapano, alesatoi e simili.

Altre attrezzature chiamate mandrini. sono supporti fatti di volta in volta dall’attrezzista per montare su una macchina utensile un pezzo da lavorare in serie: per es., un mandrino a espansione per fissare al fuso di un tornio a revolver pezzi cilindrici cavi o campaniformi.

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