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Le macchine utensili

In meccanica, macchine semplici, denominazione generica di dispositivi statici capaci di equilibrare una forza (resistenza) con un’altra (potenza) di entità generalmente differente, cosicché la macchina stessa è detta vantaggiosa, svantaggiosa o indifferente a seconda che la potenza risulti minore, maggiore o uguale alla resistenza, o, il che è lo stesso, a seconda che il rapporto (vantaggio) tra la resistenza e la potenza sia maggiore, minore o uguale a uno; sono macchine semplici il cuneo, la leva, il piano inclinato, la puleggia, la vite, ecc.

Una macchina utensile è una macchina atta a trasformare forma e dimensione di oggetti di qualsiasi materiale, mediante asportazione selettiva di sovramateriale in varie forme, tramite utensili. Il termine macchina utensile è solitamente usato per definire macchine che utilizzano una fonte di moto e quindi di energia diversa dal movimento umano, sebbene a volte necessitino di un operatore che le faccia funzionare. Molti storici della tecnologia sostengono che le prime vere e proprie macchine utensili si ebbero quando i processi di produzione dei pezzi meccanici (nel caso di utensili, stampaggio e affilatura) non coinvolgevano più in modo diretto l'azione umana. In pratica nel momento in cui fu possibile usare le macchine per svolgere queste operazioni. Secondo questa definizione, si considera che l'invenzione del tornio sia ad attribuire a Jacques de Vaucanson (all'incirca risalente al 1751) perché fu il primo a montare l'utensile di taglio su un supporto regolabile meccanicamente. Le macchine utensili hanno il loro campo di applicazione primario nell'industria manifatturiera e meccanica, soprattutto nella lavorazione dei metalli.

La macchina utensile ha tre moti, alimentati da uno o più motori elettrici. moto di lavoro: il moto relativo con cui non si muove l'utensile lavorando il pezzo. Nel tornio parallelo il sistema di riferimento è basato sul pezzo che ruota, mentre nella fresalesatrice universale o nei Trapani-fresa è riferito alla fresa o alla punta elicoidale, cioè al movimento dell'utensile; Moto di alimentazione o di avanzamento: moto che permette alla macchina di lavorare di volta in volta parti diverse del pezzo, è solitamente trasmesso tramite cinghiale trapezoidale o ruotismi dal motore elettrico agli alberi della macchina utensile alimentando il cambio e la testa motrice; moto di appostamento: viene così definito il moto che determina la profondità di passata ovvero la quantità di sovrametallo asportata durante un passaggio dell'utensile sul pezzo.

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

  • macchine utensili a moto circolare uniforme (trapano, fresalesatrice, 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 (ultimi modelli macchine utensili).

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.

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 (opportinamente regolati) posizionano gli utensili nella posizione ideale, ottimizzando la produzione industriale. Nei torni a controllo numerico (Computerized Numeric Control) gli utensili vengono cambiati automaticamente da un apposito meccanismo. I mandrini più diffusi sono quelli di tipo autocentrante, con tre morse radiali poste a 120° di inclinazione tra loro, che scorrono tramite un sistema a cremagliera fino a prendere in morsa il pezzo. Questo sistema consente il montaggio e lo smontaggio del pezzo con estrema velocità, anche in modo completamente automatico. Nel mandrino "plateau" a 4 morsetti per pezzi non cilindrici ma squadrati, è necessario l'uso durante il montaggio di un comparatore centesimale per riscontrare l'efficacia del centraggio pezzo. La contropunta serve a effettuare la centratura sulla faccia del pezzo opposta al mandrino, per il montaggio in asse. Per pezzi lunghi montati a sbalzo serve anche a ridurre le vibrazioni durante l'asportazione del truciolo, permette con il montaggio di mandrino autocentrante l'esecuzione della centratura dei pezzi, la foratura, l'alesatura, la maschiatura, e l'esecuzione di piccole conicità. È in posizione fissa, e per il suo spostamento è necessario agire sugli appositi grani a brugola mentre il montaggio del pezzo va fatto tra le punte con l'uso della brida e del disco menabrida. È registrabile con utilizzo di un comparatore centesimale montato su supporto magnetico piazzato sulle guide di scorrimento carro o sul carro stesso.

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