Tornitura a gradini nella lavorazione CNC: spiegazioni sulle operazioni di tornitura

La lavorazione CNC è un processo di lavorazione che prevede numerose tecniche specifiche, e la tornitura a gradini è una di queste. Questa operazione di taglio comporta la rimozione di materiale da un pezzo in lavorazione lungo tutta la sua lunghezza. È un'operazione di lavorazione fondamentale utilizzata per creare parti di precisione con diametri variabili in un'unica configurazione. In questo blog, esamineremo le basi della tornitura a gradini per consentirvi di comprendere meglio questa tecnica di lavorazione.

Definizione, caratteristiche e applicazioni del metodo di tornitura a gradini

La tornitura a gradini è un'operazione di lavorazione che rimuove materiale in zone assiali distinte, parallele all'asse di un pezzo rotante, producendo più segmenti cilindrici di diametri diversi. Ogni variazione di diametro forma una "spalla" che deve essere dimensionalmente precisa e visibilmente nitida, salvo diversa indicazione.

Durante la tornitura a gradini, la macchina definisce un diametro alla volta, spostando la posizione dell'utensile lungo l'asse per creare una serie di segmenti. Il risultato è un profilo "a gradini": piani cilindrici separati da transizioni brusche. Sui torni CNC, le coordinate sono programmate per indicizzare con precisione la stazione successiva, garantendo lunghezze e posizioni di spallamento ripetibili sui pezzi.

Terminologia tipica

Dove viene utilizzata la tornitura a gradini

La tornitura a gradini è presente ovunque nei sistemi meccanici: alberi e assali per autoveicoli, corpi di fissaggio con diametri multipli, steli delle valvole, boccole, componenti delle pompe e pulegge a gradini. Lo scopo della tornitura a gradini è quello di produrre parti che soddisfano specifici requisiti di progettazione, con superfici di montaggio e spalle per un montaggio affidabile, in modo che possano interagire senza problemi con diversi componenti di accoppiamento, cuscinetti, ingranaggi, giunti e distanziali.

Macchine, utensili e componenti essenziali per l'installazione

La tornitura a gradini può essere eseguita sia manualmente che con tornio Lavorazione CNC. I requisiti fondamentali sono sostanzialmente simili: serraggio sicuro, allineamento assiale, una configurazione rigida dell'utensile e un piano chiaro per l'ordine dei tagli. In questa parte, ci concentreremo su come viene eseguita la tornitura a gradini nella lavorazione CNC.

Fissaggio e centraggio

• Fissaggio del lavoro: Mandrini a tre griffe, pinze o ganasce morbide trattengono il pezzo. Le pinze offrono una concentricità superiore sulle barre rettificate, mentre le ganasce morbide sono ideali per diametri personalizzati e superfici delicate.
• Supporto: Le parti lunghe e sottili traggono vantaggio da una contropunta centrale o da una lunetta fissa per evitare flessioni e vibrazioni durante i tagli di spallamento.
• Allineamento assiale: Ciò è garantito principalmente dalla precisione intrinseca della macchina CNC, del mandrino e del sistema di serraggio (mandrino o pinza). Per i requisiti di massima precisione, è possibile indicare il diametro esterno (OD) o utilizzare un registro rettificato durante la configurazione per verificare e perfezionare l'allineamento.

Utensili da taglio, inserti e geometria

• Tipo di strumento: Per la maggior parte delle operazioni di tornitura a gradini si utilizza un inserto intercambiabile o un utensile di tornitura a punta singola. È preferibile un utensile con punta robusta in grado di sopportare carichi interrotti in ingresso allo spallamento. Per gole o rilievi specifici, è possibile utilizzare un utensile di troncatura.
• Geometria: L'angolo di spoglia positivo con gioco adeguato riduce lo sfregamento: un piccolo raggio della punta dell'utensile aiuta a ottenere un angolo della spalla più affilato. Tuttavia, un raggio maggiore migliora la durata dell'utensile e finitura superficiale ma creerà un piccolo filetto sulla spalla.
• Strumenti specializzati: Gli utensili per scanalatura o profilatura possono essere utilizzati per ripulire le spalle o generare efficacemente rilievi e smussi.

Velocità, avanzamenti, refrigerante e misurazione

• Velocità/avanzamento: Adattare al materiale e all'utensile. Le leghe più dure richiedono velocità superficiali contenute e inserti più tenaci. Ad esempio, l'alluminio, essendo un metallo relativamente tenero, consente velocità più elevate e avanzamenti generosi. Iniziare con le raccomandazioni del produttore e adattare in base alla formazione del truciolo e all'usura dell'utensile.
• refrigerante: Utile per l'evacuazione del truciolo e il controllo della temperatura, soprattutto su acciai e acciaio inossidabile. Nei materiali autolavorabili, il taglio a secco o a nebbia d'olio può essere efficace quando i trucioli si rompono bene.
• Misurazione: Dopo il processo CNC, spesso si utilizza un calibro per misurare le variazioni di diametro e le lunghezze dei passi durante la configurazione e l'ispezione.

Come funziona il processo di tornitura a gradini

La tornitura a gradini produce caratteristiche cilindriche precise di diversi diametri su un singolo pezzo. Per ottenere questo risultato, è necessario concentrarsi su tre principi chiave: pianificazione meticolosa, mantenimento della rigidità durante la sgrossatura ed esecuzione di passate di finitura accurate e controllate.

Pianificazione dal disegno

Per i torni CNC, la pianificazione avviene nel programma, dove si definiscono le coordinate del percorso utensile e si includono movimenti di verifica per garantire che ogni passaggio venga eseguito in modo pulito. Una strategia chiave per l'efficienza è quella di sequenziare le operazioni per completare il maggior numero possibile di feature con un unico utensile prima di passare a un altro, riducendo al minimo i cambi utensile e l'errore cumulativo.

Taglio grezzo e sequenziamento per rigidità

L'obiettivo della sgrossatura è rimuovere il materiale in modo efficiente senza compromettere la stabilità. Lavorare sempre partendo dalla condizione più rigida verso quella meno rigida. Una strategia comune ed efficace consiste nel sgrossare prima i diametri più grandi. Lasciare un piccolo sovrametallo di finitura uniforme su ogni passaggio.

La rigidità è un fattore determinante. Mantenere al minimo assoluto la sporgenza sia dell'utensile che del pezzo. Per alberi sottili, utilizzare una contropunta o una lunetta mobile per contrastare la flessione e sopprimere le vibrazioni. Per il controllo del truciolo, selezionare un avanzamento e una profondità di taglio appropriati per favorire la rottura dei trucioli.

Finitura di spalle, smussi e raccordi

Le passate di finitura richiedono un tocco più leggero e un maggiore controllo sulla superficie del pezzo. Eseguire tagli leggeri e uniformi per ottenere le dimensioni finali e la finitura superficiale desiderata. Quando ci si avvicina a una spalla, mantenere un avanzamento stabile e continuo per evitare segni di sosta.

Per una spalla quadrata di alta qualità, posizionare la spalla leggermente Dopo tornire il diametro adiacente. Se il disegno lo consente, aggiungere un piccolo smusso o un sottosquadro nel gradino facilita l'assemblaggio e protegge i bordi da eventuali danni. Avere in mente una strategia di sbavatura: rompere tutti i bordi taglienti sugli angoli non di riferimento. Se un bordo tagliente è funzionalmente necessario, deve essere mascherato durante il processo di sbavatura e verificato attentamente in seguito, possibilmente sotto ingrandimento.

Sbavatura e ispezione

Nel processo CNC, la sbavatura spesso comporta la rimozione delle bave dai bordi dei gradini e dalle spalle utilizzando utensili di sbavatura dedicati. Infine, è necessario effettuare un'ispezione accurata per misurare tutti i diametri e verificarne la precisione.

Tolleranze, finitura superficiale e controllo qualità

La tornitura di precisione a gradini bilancia il controllo del diametro, la geometria della spalla e la finitura superficiale.

Controllo dimensionale e squadratura

• Tolleranze: molti alberi a gradini richiedono un diametro di ±0,001 o inferiore. Le lunghezze dei gradini possono essere mantenute entro limiti simili a seconda della funzione. Gli spallamenti spesso fanno riferimento a un riferimento e possono includere limiti di perpendicolarità o di eccentricità.
• Ortogonalità: verificare le superfici delle spalle rispetto all'asse di riferimento con una scansione dell'indicatore o assemblando i componenti accoppiati durante i controlli del primo articolo. Qualsiasi conicità o flessione dell'utensile verrà visualizzata come spallamento fuori squadra.

Rugosità superficiale e rotture dei bordi

• Obiettivi di finitura: le superfici funzionali per cuscinetti e tenute richiedono generalmente finiture più lisce rispetto alle superfici non critiche. Raggiungere il valore Ra desiderato mediante un raggio di punta appropriato, passate di finitura e, se necessario, una leggera lucidatura, assicurandosi che non vi siano derive dimensionali.
• Rottura dei bordi: a meno che non sia specificato un angolo acuto, uno smusso controllato o un raggio ridotto proteggono i bordi, facilitano il montaggio e riducono il rischio di formazione di bave durante l'uso.

Difetti e soluzioni nell'operazione di tornitura

Nella tornitura a gradini, piccoli problemi di impostazione diventano rapidamente evidenti, come errori di dimensione, vibrazioni o difetti di spallamento. Un manuale conciso è essenziale per la risoluzione.

Gradini di grandi/piccole dimensioni

Le cause principali degli errori dimensionali includono offset errati dell'utensile, dilatazione termica, forza di misurazione incoerente o tagli a molla che non riescono a rimuovere il materiale. Per correggere questo problema, ritoccare gli utensili, lasciare che il pezzo e l'utensile raggiungano l'equilibrio termico e utilizzare una tecnica micrometrica costante. Lasciare sempre una sovrametallo di finitura prevedibile e verificare l'effettivo carico di truciolo per evitare "tagli a vuoto" non produttivi.“

Vibrazioni, conicità e usura degli utensili

Le vibrazioni si risolvono riducendo la sporgenza dell'utensile e del pezzo, aggiungendo supporto con una contropunta o una lunetta fissa e aumentando leggermente l'avanzamento o riducendo la velocità per uscire da una zona di risonanza. Anche passare a un inserto più affilato con angolo di spoglia positivo è utile. La conicità richiede il controllo dell'allineamento della contropunta, la verifica dell'eccentricità del mandrino o del mandrino e la verifica che l'utensile sia posizionato esattamente all'altezza del centro. Sulle macchine CNC, confermare i valori di compensazione e gli offset termici. L'usura dell'utensile è fondamentale, poiché i profili a gradini penalizzano gli utensili smussati in ingresso alla spalla. È importante monitorare la durata dell'utensile, sostituire tempestivamente gli inserti e ispezionare il tagliente per individuare microscheggiature che arrotondano le spalle.

Sbavature e scarsa finitura della spalla

Questi difetti sono in genere causati da utensili poco affilati, da un raggio di punta eccessivo per la lavorazione o da sfregamento dovuto a un avanzamento troppo leggero in prossimità della spalla. I rimedi consistono nell'utilizzare un raggio di punta più piccolo per le spalle affilate, mantenere un avanzamento di finitura costante nella spalla ed eseguire un leggero taglio di finitura.

Sicurezza e controllo dei trucioli

Mantenere sempre le protezioni in posizione, indossare protezioni per gli occhi e utilizzare un gancio o una spazzola per trucioli, mai le mani, per la rimozione dei trucioli. I tagli a spalla possono proiettare trucioli caldi e arricciati verso l'operatore, quindi applicare refrigerante o regolare la geometria del rompitruciolo per controllarne il flusso. Fermarsi sempre per rimuovere i trucioli prima di misurare in prossimità delle spalle.

Confronto tra la tornitura a gradini e le operazioni correlate

La tornitura a gradini viene spesso discussa insieme ad altre operazioni simili. Comprendere le differenze evita errori di modellazione o programmazione.

Tornitura rettilinea, scanalatura e spianatura

• Tornitura dritta: Si riferisce alla creazione di un diametro unico e uniforme lungo l'intera lunghezza del pezzo. La tornitura a gradini può essere concepita come l'esecuzione di più operazioni di tornitura rettilinea in diverse posizioni assiali per creare diametri a gradini.
• Scanalatura: Produce strette rientranze o rilievi, non ampie variazioni di diametro. Le scanalature possono accompagnare la tornitura a gradini per creare rilievi alle radici delle spalle o per gli anelli di ritegno.
• Di fronte: Squadra la fine del lavoro o la superficie di una spalla. Completa la tornitura a gradino per finalizzare le lunghezze dei gradini e la finitura della spalla.

Tornitura conica e tornitura di forma

• Tornitura conica: crea una transizione graduale e conica anziché una spalla brusca. Utilizzare le conicità per accoppiamenti con interferenza o per elementi di allineamento in cui una modifica graduale risulterebbe troppo brusca.
• Tornitura di forma: utilizza utensili speciali o profili CNC per generare contorni complessi. Può includere passaggi all'interno di una forma più complessa, ma l'intento è quello di ottenere una geometria non lineare piuttosto che superfici piane discrete.

Considerazioni CNC contro manuale

• Torni CNC: offrono ripetibilità, facile sequenziamento di più fasi, cicli fissi e posizioni precise delle spalle su più lotti. Perfetti per alberi multidiametro con tolleranze ristrette e requisiti di documentazione.
• Torni manuali: ideali per prototipi o piccoli volumi, quando un operatore esperto può tracciare transizioni, impostare arresti e misurare frequentemente. Il successo si basa su una marcatura accurata, una tecnica coerente e controlli in corso d'opera rigorosi.

Conclusione

La tornitura a gradini è una tecnica di lavorazione fondamentale utilizzata per creare componenti con diametri multipli e spallamenti precisi in un'unica ed efficiente configurazione. Il suo principale vantaggio è garantire dimensioni e relazioni precise tra le caratteristiche, essenziali per i componenti che devono adattarsi correttamente ad altri componenti.

Padroneggiare questo processo richiede la comprensione dell'intero flusso di lavoro di lavorazione, dalla pianificazione alla verifica. Essendo un'abilità versatile ed essenziale, la competenza nella tornitura a gradini costituisce la base per lavorazioni più complesse ed è fondamentale per la produzione di componenti a gradini presenti nella maggior parte degli assemblaggi meccanici.

Domande frequenti