Cosa fa e come funziona un macchinario CNC?

da | Lug 5, 2020 | tecnologia |

Il restauro delle auto storiche, come molte altre categorie del vintage appartenenti all’artigianato di antiquariato, hanno sempre avuto un rapporto speciale con l’unicità, al quale si unisce un secondo grande valore, quello del tempo.

Bisogna pensare al tempo come un alleato che dona valore all’oggetto, ma anche ciò da cui l’oggetto stesso va protetto. 

Un bravo restauratore impara di fatto a conservare, a proteggere o a riportare alla bellezza originaria l’oggetto, ma dato che nulla è eterno, l’unico vero modo per garantire l’immortalità ad un oggetto è sapere come riprodurlo.

Negli ultimi anni, il mondo dell’artigianato e della tecnologia industriale stanno convergendo verso l’obiettivo di garantire alle opere dell’ingegno umano ormai divenute rare, di sopravvivere.

A rappresentare bene questa convergenza è l’Additive manufacturing, una categoria di progettazione industriale nata per produrre in piccole quantità.

Nel mondo della produzione additiva vi sono diversi metodi di produzione, votati a scopi molti differenti: velocizzare il tempo di produzione (stampaggi ad iniezione), produrre oggetti complessi, resistenti o microscopici (3d printing), utilizzando i materiali tra i più disparati.

Tra questi metodi, spicca per longevità ed affidabilità il CAD-CAM. L’esordio è negli anni ‘60 grazie alla nascita dell’elettronica, anche se frese comandate tramite schede perforate risalgono addirittura agli anni ‘40. 

L’approccio congiunto del CAD, computer aided design, e del CAM computer aided manufacturing, permise di ottenere uno standard di precisione ancora oggi ineguagliato da altre tecnologie.

Dagli anni ‘90, sia il mondo del CAD, ovvero il design di oggetti attraverso software di modellazione specializzati, che quello del CAM, ovvero la gamma dei macchinari in grado di produrre quegli oggetti, ha percepito una forte spinta all’innovazione, alla specializzazione e alla diversificazione, a seconda dei numerosi campi dell’industria meccanica.

La rivoluzione arriva con le macchine CNC, le più versatili e complete.

Si trovano sotto forma di presse piegatrici, punzonatrici, torni, fresatrici, saldatrici e macchine di taglio lamiera  (a laser, al plasma e a getto d’acqua le più comuni), in grado quindi di garantire il flusso di lavoro più adatto a seconda del settore meccanico e di accompagnare il processo di produzione dal prototipo al prodotto finale.

Le CNC, ovvero Computerized Numerical Control, sono  macchine a controllo numerico, sostanzialmente in grado di muovere utensili nello spazio. 

L’esempio che meglio rappresenta nel complesso le potenzialità del CNC è la gamma delle fresatrici. Queste “scolpiscono” blocchi di materiale pieno fino a lasciare visibile solo l’oggetto progettato, mimando l’antico procedimento dello scultore Michelangelo Buonarroti, che sottraeva materiale dal blocco di marmo per far venire alla luce la statua “nascosta”.

Con la differenza che a tirar fuori la forma non è uno scalpello ma frese azionate su binari di movimento continuo, il che permette di ottenere superfici complesse, pareti perfettamente a squadro e levigate con precisioni al centesimo di millimetro di media, arrivando fino al micron.

I materiali lavorabili da una fresatrice possono essere tra i più disparati: legno, plastiche dure, metalli morbidi come alluminio o rame e, salendo di potenza, acciaio, leghe metalliche o marmo. Spesso la frizione è tale da generare alte temperature, in grado di usurare gli utensili e rovinare le pareti del blocco, motivo per cui con metalli duri e pietra si accompagna un getto refrigerante e lubrificante sul punto di contatto tra utensile e parete.

Ma nel dettaglio, con quale logica questi macchinari di precisione lavorano? Consideriamo 3 criteri per classificare il loro potenziale:

La grandezza dell’area di lavoro, ovviamente;

La potenza della fresa, o comunque dell’utensile montato sul macchinario, sia esso una punzonatrice, una taglio laser o un tornio, grazie alla quale si lavorano materiali via via meno resilienti;

Il più discriminante, la quantità di movimenti che la macchina riesce a permettere all’utensile sui 3 assi in una sola sessione.

Il mercato ha così iniziato a diversificare le fresatricI in base al numero di assi sui quali gli utensili erano in grado di lavorare contemporaneamente: 

3, 4, 5, 6 e 7 assi.

Come accennato poco fa, il software di controllo numerico produce un binario di movimento per l’utensile, ovvero una lunghissima sequenza continua di coordinate xyz (altresì chiamato .gcode, da decenni lo standard per l’intero settore dell’additive manufacturing, comprendente oggi anche la stampa 3D).

Immaginando un oggetto tridimensionale mediamente complesso, il binario di coordinate potrebbe bastare per un tornio, ma una 3 assi, ad esempio, non riuscirebbe a descrivere dettagli sulla faccia opposta.

Per fresare completamente Per fresare completamente bisogna quindi che la sessione si interrompa e il pezzo ruoti (può avvenire in modo manuale o automatizzato), in modo che l’utensile possa proseguire sul nuovo piano di lavorazione.

Queste “sessioni” sono meno numerose tanto quanto la macchina sale di assi.

Già con una 5 o 6 assi ad esempio, il macchinario può spostare o ruotare anche il blocco di materiale, in accompagnamento ai percorsi della fresa perchè possa raggiungere angoli maggiori.ù

All’apice della categoria, una 7 assi è praticamente un braccio robot, agile al punto di produrre fuori-squadro, riseghe, insenature e incavi nell’oggetto. 

Il vantaggio di salire di assi in una CNC corrisponde quindi ad un crescente standard di automazione verso design sempre più complessi.

Va tenuto conto infatti che maggiore è la potenza, maggiore è l’assorbimento elettrico. Una maggiore automazione corrisponde quindi ad un’esecuzione più rapida, in grado di contenere i costi e rendere la lavorazione competitiva verso il mercato.

Per contro, maggiori sono gli assi, più cresce l’investimento iniziale: 

una buona 3 assi volendo, può essere acquistata anche come macchina da hobby o per produzioni artigianali già intorno ai 1.000 €, ma nonostante si trovino low-cost, in una linea di produzione professionale l’affidabilità per le 4 o 5 assi è garantita a partire dalla fascia di prezzo 5-10.000 €, per le 6 e 7 assi si toccano i 100-500.000 €.

In conclusione, abbiamo usato la fresatrice come tipologia di riferimento nella famiglia delle CNC, ma è spesso solo un tassello in catene composte da diversi tipi, intorno alle quali ruotano team di operatori specializzati rispondenti a rigide normative di certificazione di qualità.