Ho sempre avuto una speciale passione per il ferro battuto, le forge, i mantici, e persino per la mascalcia. Un’arte rude e sanguigna, somministrata al metallo a colpi di mazza, restia a cedere all’automazione.
Tanto da non doversi preoccupare troppo che nel tempo venga soppiantata da diavolerie a controllo numerico. Tuttavia, come è noto, anche le macchine mi attraggono, e quelle nel video esibiscono alcuni meccanismi decisamente affascinanti in azione.
Spesso gli operatori di sistemi CNC sono portati a pensare che le ragioni di una cattiva finitura siano imputabili a problemi hardware.
Queste sono le prime domande da porsi, ma la faccenda non finisce qui. Molti fattori influenzano la finitura della superficie, ed alcuni di questi dipendono più dal software CAD/CAM utilizzato che da motivi hardware. Ad esempio, le parti rappresentate nell’immagine presentano superfici sfaccettate. Questo è decisamente un problema software (anche se eccezionalmente una cattiva taratura di motori servo può produrre difetti similari).
Diamo un’occhiata più in profondità ad alcuni aspetti critici del software.
1) Tolleranza cordale
Il programmi CAD/CAM spesso simulano curve e superfici “morbide” con una serie di segmenti di linea. La rappresentazione del modello sullo schermo si avvale di tecniche antialiasing che sfruttano algoritmi supportati dal programma o dalla scheda grafica per rappresentare il modello nel modo migliore, ma internamente, in termini di dati geometrici disponibili, il modello viene discretizzato. Inoltre in generale la maggior parte dei controlli CNC è in grado di produrre solo linee ed archi, in contrasto con la moltitudine di tipologie di curve che possono esistere in un modello. Per queste ragioni è importante verificare le impostazioni della tolleranza cordale, considerando che in alcuni programmi questo parametro potrebbe essere definito con una terminologia diversa. Per comprendere la tolleranza cordale, pensiamo alla simulazione di un arco attraverso una serie di curve:
Nel disegno, i segmenti di linea (gialli) sono le corde dell’arco, da ciò il termine “tolleranza cordale”. Il criterio generale è quello di mantenere il valore di tolleranza cordale uguale o meglio ancora inferiore rispetto alla accuratezza della macchina.
I computer attuali sono estremamente potenti, e consentono di definire valori molto bassi di tolleranza cordale senza rallentare eccessivamente il calcolo. Se la tolleranza cordale è troppo elevata, si ottengono parti sfaccettate, come quelle rappresentate nell’illustrazione precedente.
2) Formato del file CAD
Strettamente correlato al problema della tolleranza cordale è il tipo di formato file utilizzato per importare il modello nel software CAM. Ad esempio, formati poligonali come il diffuso STL rappresentano le superfici 3D attraverso una moltitudine di piccole superfici triangolari. L’effetto nel contesto 3D è sostanzialmente analogo a quanto accade nel contesto 2D in relazione alla tolleranza cordale. Le considerazioni sono le stesse; la poligonizzazione deve dar luogo a poligoni di lato più piccolo dell’accuratezza della macchina per ottenere buoni risultati di finitura. Nota: anche utilizzando formati analitici (es. 3DM, Iges, Step etc.), la maggior parte dei programmi CAM all’atto dell’importazione del file converte comunque il modello analitico in un modello poligonale; di conseguenza è comunque necessario controllare come e con quali tolleranza tale poligonizzazione avviene. Un’eccezione a questo comportamento è rappresentata da SprutCAM, che effettua direttamente i calcoli su superfici e curve analitiche, senza poligonizzazione e senza errore cordale.
3) – 4) Passata laterale e strategie di lavorazione
Se è già abbastanza difficile ottenere buone finiture nelle lavorazioni 2,5D, ottenerle nelle lavorazioni 3D è ancora più difficile. Dopo tutto, in generale si utilizzano utensili sferici o raccordati per tentare di ottenere superfici levigate, ma ovviamente questi utensili producono inevitabilmente un più o meno marcato “effetto onda”, o meglio quello che tecnicamente viene definito “cresta”. In merito, ci sono almeno due importanti aspetti da tenere in considerazione nel progettare la lavorazione. Il primo è la passata laterale. Ci sono molti articoli sul web per approfondire i criteri di selezione di valori corretti per la passata laterale, ma questi sono i punti principali da considerare:
Il secondo aspetto chiave è la strategia da utilizzare. In particolare, l’orientamento delle passate rispetto all’angolo di incidenza frontale e laterale dell’utensile è un elemento critico. Alcuni programmi (es. SprutCAM) consentono di utilizzare strategie composte che adeguano automaticamente la direzione delle passate al grado di inclinazione delle superfici.
5) Troppi movimenti!
L’insieme degli stratagemmi che a questo punto si possono adottare si riassume con il concetto di “aumentare”. Aumentare il numero di segmenti (riducendo la tolleranza cordale), aumentare il numero di triangoli nella poligonizzazione, aumentare il numero di passate (riducendo la passata laterale), aumentare il numero di strategie utilizzate…. aumentare… aumentare…
Questo è probabilmente il momento di rivelare il “lato oscuro” di tutto ciò. E già. Percorrendo questa strada si può infatti arrivare ad un punto in cui viene prodotto un numero eccessivo di comandi G-Code, e questo può essere controproducente. Il primo limite che viene in mente è la capacità del controller di processare una moltitudine di comandi. In particolare i vecchi controller possono gestire file di limitate dimensioni; ma in realtà, in questo momento stiamo parlando di altri problemi, persino più gravi. Infatti, la scarsa capienza del controller è una difficoltà in qualche modo risolvibile, ad esempio inviando il file in diverse parti. Quello che invece generalmente non si può fare è far funzionare il controller in modo più veloce. Inviando una serie eccessiva di movimenti, i controller iniziano a degradare le prestazioni. All’estremo, possiamo calcolare il minimo tempo che il controller impiega a processare un singolo movimento G01 lungo un segmento di linea. Sulla base di questo dato, possiamo stabilire la lunghezza al di sotto della quale il tempo necessario a percorrerla diviene inferiore al tempo di processo del controller. Al di sotto di questo limite, è possibile riscontrare dei problemi di degradazione del percorso di finitura. Il controller resta sempre più indietro ad ogni ciclo, è può bloccarsi.
Cosa fare per evitare troppi movimenti
Ci sono due possibili contromisure.,La prima è ovviamente aumentare le tolleranze, e fare alcuni esperimenti sulle parti curve per individuare parametri accettabili che consentano di realizzare una soddisfacente finitura. E’ necessario anche tentare di individuare i limiti del controller; che vengono raggiunti quando vengono prodotti così tanti dettagli che la superficie inizia a degradare. Queste informazioni sono ovviamente particolarmente importanti, e possono essere ottenute soltanto attraverso una serie di prove ed errori. E’ consigliabile tenere traccia delle prove effettuate e dei loro risultati; una volta scoperti i limiti del sistema, sarà possibile introdurre altre strategie per aggirarli.
La seconda cosa da fare è ottimizzare il G-Code all’interno di questi limiti. A questo punto emerge l’utile pratica di approssimazione agli archi (“Arc Fitting”). L’idea è selezionare una tolleranza, e combinare i segmenti di linea in archi, che approssimano la curva da seguire all’interno di quella specifica tolleranze. Si tratta di una sorta di tolleranza cordale all’inverso. Il risultato finale è molto meno sfaccettato, e il programma risulta molto più corto, e facile da eseguire per un povero vecchio controller. Per sfruttare l’approssimazione agli archi è necessario ovviamente che questa venga supportata dal software. Alcuni programmi CAM la prevedono di serie, e sono disponibili altri applicativi che la offrono come utility.
6. Lavorazione ascendente o convenzionale. Sfruttare la deflessione.
Gli operatori CNC ricevono spesso l’insegnamento di utilizzare sempre lavorazioni ascendenti, e questo è un peccato, poiché vi sono occasioni nelle quali le lavorazioni convenzionali producono risultati migliori. Non voglio elencare tutte le circostanze nelle quali questo avviene; questo sarà oggetto di un approfondito articolo separato, ma consideriamo almeno gli aspetti base. C sono due essenziali concetti riguardo alle prerogative peculiari delle lavorazione ascendenti o convenzionali.
Certamente, la questione è sottile. Con una forza di taglio inferiore, la deflessione è minore e non costituisce motivo di preoccupazione. D’altro lato, quando si osserva la parte con un angolo particolarmente obliquo, è possibile notare con sorpresa minute variazioni. Se l’utensile deflette verso la parte anche in maniera minima, produce inevitabilmente un effetto onda che può risultare visibile.
Il fatto è che ciascuna lavorazione è diversa, e questo fenomeno può accadere o meno. Io tendo sempre ad utilizzare la lavorazione convenzionale per le finiture, per poter sfruttare i vantaggi di una minore forza di taglio necessaria. Ma se la qualità di finitura è una necessità assoluta, allora è il caso di sperimentare anche la lavorazione ascendente e comparare i risultati.
7. Considerazioni tattiche sul percorso utensile: Approcci, ritrazioni, angoli, Dwell
L’ultimo punto di questo post riguarda alcuni aspetti della tattica, secondo il concetto per cui qualsiasi variazione nel percorso è un’occasione per creare problemi nella qualità di finitura. Ciascuno degli eventi elencati nel titolo del punto 7 è un elemento di disturbo per l’utensile, che può lasciare un segno nella finitura. Tutto ciò che può essere fatto per minimizzare le variazioni migliora la finitura. Ad esempio, i migliori programmi CAM non cambiano la direzione dei movimenti G01 durante il taglio. Tendono anzi a rendere più fluido il percorso includendo archi su ciascuno spigolo esterno. E’ sorprendente quanto ciò influenzi la qualità di finitura.
Nello stesso modo, entrando o uscendo da un contorno, dovremmo cercare di evitare movimenti perpendicolari alla parete, ma usare curve tangenti. Se è possibile allineare gli ingressi e le uscite tangenti ad uno spigolo, si otterrà la migliore qualità possibile.
Per alcuni programmi può essere complesso ottenere dei percorsi simili a quello rappresentato, ma vale la pena tentare di produrli.
Questo articolo è rivolto a coloro che non hanno mai sperimentato la cera per prototipi industriale, e soprattutto a quelli che l’hanno sperimentata, e che, pur avendone apprezzato le eccellenti qualità, la trovano troppo costosa e non disdegnano un più economico fai-da-te. La cera per prototipi è ottenuta miscelando a caldo paraffina e polietilene a bassa (LDPE) o alta (HDPE) densità, nella proporzione di circa 4:1. L’aggiunta della plastica permette di ottenere un materiale più duro, con una temperatura di fusione maggiore e una migliore qualità di finitura.
Alcune caratteristiche della cera per prototipi
Cosa serve
Gli ingredienti possono essere facilmente accessibili. Diversi forum amatoriali propongono svariate ricette alternative. MadModder è uno tra quelli che forniscono le migliori istruzioni. Anche su Weaponer forum ci sono decenti ricette in formato PDF.
Istruzioni per la sicurezza
Ci sono alcune cose da tenere a mente prima di preparare la cera.
Alcuni ulteriori suggerimenti:
Alcuni argomenti tendono di tanto in tanto a riemergere. Uno di questi è la delicata gestione della lavorazione con microfrese. E già… questi piccoli utensili hanno la spiccata attitudine a rompersi, spesso in circostanze apparentemente imprevedibili. Oltre al danno economico immediato (talvolta le microfrese sono davvero costose), questa problematica investe altri aspetti. Per evitare le rotture (e le conseguenti riprese), si tende ad usare parametri di taglio estremamente cautelativi, con un impatto fortemente negativo sui tempi di lavorazione. Si è costretti a presidiare la lavorazione per evitare la sorpresa di ritrovare dopo qualche ora un pezzo solo minimamente lavorato, e il mandrino che prosegue inutilmente un complesso percorso facendo girare a 24000 giri un inutile moncone dell’utensile nell’aria… E spesso, neppure questo basta.
Così, ho raccolto alcuni accorgimenti e considerazioni per minimizzare i rischi di rottura e contemporaneamente impiegare parametri efficienti e produttivi.
Per prima cosa, è necessario utilizzare avanzamenti e regimi appropriati. Meglio fare uso di un buon calcolatore (es. G-Wizard feeds and speeds software ). Gli utensili di diametro inferiore a 3 mm (1/8”) appartengono ad un mondo diverso, rispetto alle comuni frese. Le formule che consentono di determinare avanzamenti e regimi ottimali che producono calcoli relativamente affidabili per le frese di medie o grandi dimensioni hanno bisogno di aggiustamenti che tengano conto delle diverse caratteristiche delle microfrese. Ad esempio, la geometria a queste scale presenta molto spesso un angolo di spoglia negativo.
Per ottenere i migliori risultati, è necessario comunque andare oltre l’aspetto avanzamento-regime. Ecco quindi un elenco di accorgimenti da adottare per individuare, in caso di rottura, la causa del problema e superarlo.
1) Non ridurre mai il regime di rotazione senza prima ridurre l’avanzamento. Riducendo il regime, aumenta la spinta del truciolo, e questa spinta è una delle principali, se non la principale causa di rottura. Per contro, un eventuale regime troppo elevato presenta come conseguenza un meno grave problema di riduzione della vita utile dell’utensile.
2) Attenzione al Runout. Le piccole macchine hobbistiche o destinate alla produzione di prototipi hanno maggiori irregolarità di rotazione rispetto alle costose fresatrici professionali. Questo è un grosso problema, perché le microfrese sono particolarmente sensibili a queste tolleranze (Runout). in quanto riferite ad una percentuale rispetto al diametro utensile. Più piccolo è il diametro, maggiore è il rischio di rottura causato da tolleranze di rotazione. Ad esempio, una tolleranza di 0,02 mm produce effetti ben modesti usando una fresa da 12 mm; ma genera un tracciato realmente ellittico usando un bulino da due centesimi in punta… Persino le grandi macchine industriali, anche se originariamente forniti con tolleranze minime, i mandrini tendono ad accumulare tolleranze col tempo, a causa dell’usura dei cuscinetti. Va notato che talvolta il problema della tolleranza “elevata” di rotazione non è imputabile direttamente al mandrino, ma bensì alla pinza elastica, che tende a danneggiarsi col tempo. O addirittura può essere almeno in parte causata da utensili sbilanciati. Per questi motivi, andrebbe misurata direttamente sull’utensile, con precisi comparatori. La cosa non è sempre facile, ma il Runout va considerato, in caso di rotture ripetute, una delle probabili cause da indagare. Un’ultima cosa sul Runout: nel punto 1, viene citato l’aumento della spinta del truciolo come la principale causa di rottura. In questo senso va detto che un utensile che ruota con eccessiva tolleranza tende ad impegnare maggiormente uno dei canali di scarico trucioli, a seconda di come questo è orientato rispetto al punto di maggiore deviazione dalla rotazione ideale.
3) Essere paranoici riguardo all’evacuazione dei trucioli. Uno degli aspetti maggiormente trascurati, in particolare dagli hobbysti, è la corretta evacuazione del truciolo. E’ frequente vedere un cratere di trucioli attorno all’utensile, nelle lavorazioni amatoriali o nella prototipazione. Raccogliere i nuovi trucioli e tentare di spingerli oltre le pareti di questo cratere è un bello sforzo, per il vostro povero vecchio utensile. Dal momento che gli hobbisti non dispongono spesso di un buon sistema di lubrificazione, talvolta i trucioli si ammonticchiano anche quando un sistema di lubrificazione è comunque presente. Per questo preferisco un sistema energico (qualcosa di simile ad un autolavaggio….), o quando questo non è possibile, un forte getto di aria eventualmente integrato con uno spray di lubrificante in presenza di materiali che tendono ad impastare (es. alluminio). Siate paranoici rispetto all’evacuazione dei trucioli, e i benefici nella riduzione del numero di rotture risulteranno immediatamente evidenti.
4) Fare attenzione alla deflessione dell’utensile. G-Wizard ed altri calcolatori di permettono di calcolare la deflessione ed ottimizzare i parametri contenendo la deflessione entro i limiti consentiti. L’effetto della deflessione nei piccoli utensili è sostanzialmente simile a quello prodotto da eccessive tolleranze di rotazione.
5) La deflessione dell’utensile può anche risentire del tipo di struttura della macchina. Nelle architetture nelle quali è il mandrino a spostarsi (es. Gantry e SemiGantry, in genere usate per router, macchine da incisoria o macchine per prototipazione desktop), la deflessione è maggiore rispetto alle macchine in cui è la parte a muoversi (es., macchine con struttura a ginocchio e tavola a croce). Questo è un aspetto del quale tenere conto. Sulle piccole macchine, anche se con tavola a croce (es. SherlLine, Taig etc.), può essere conveniente ridurre la potenza del mandrino per compensare la limitata rigidità. Anche il telaio della macchina tende a flettere, e questo non aiuta a porsi al riparo da rotture.
6) Fissare nel modo più rigido possibile la parte e gli staffaggi. Vibrazioni e microspostamenti della parte possono essere fatali per l’utensile.
7) Non ridurre eccessivamente le passate; l’utensile asporterebbe così poco materiale da sporcarsi, anziché produrre truciolo.
8) Usare utensili con un numero dispari di taglienti (es. 3). Ciò implica minori vibrazioni e una migliore asportazione del truciolo. L’aumento del numero di taglienti tende inoltre ad irrobustire l’utensile e a minimizzare gli effetti delle tolleranze di rotazione. In considerazione del fatto che tuttavia l’aumento del numero di taglienti comporta inevitabilmente una riduzione della dimensione dei canali di evacuazione truciolo, il numero ideale è probabilmente 3. In un utensile con tre taglienti a 120°, uno dei tre taglienti ingaggia sempre il materiale mentre sopraggiunge il tagliente successivo.
9) Usare ove possibile degli utensili da sgrossatura, anche se spesso nelle microlavorazioni è possibile usare lo stesso utensile sia per la sgrossatura sia per la finitura.
10) Considerare l’impiego di utensili in HSS anziché carbide. Questo materiale è meno fragile e può flettersi maggiormente.
Spesso mi chiedono se è possibile lavorare l’alluminio con dei router CNC. Questa macchine vengono prevalentemente usate per lavorare legno e plastica. La mia risposta a questa domanda è sempre “Si, se con i giusti accorgimenti”.
Ci sono alcune cose da ricordare riguardo alle differenze tra l’alluminio (ed altri metalli) e il legno/plastica. Per prima cosa, hanno parametri di rotazione ed avanzamento ottimali diversi. Operando al di fuori di questi parametri ottimali, si può causare la rottura dell’utensile, un consumo eccessivo e nel migliore dei casi una finitura imperfetta. In effetti, i parametri ottimali possono variare all’interno di alcuni accoppiamenti regime/avanzamento, a seconda dei risultati che si vogliono ottenere.
La seconda cosa, ben nota a chiunque abbia lavorato l’alluminio con qualsiasi utensile, è che questo materiale tende ad “impastare”. I trucioli tendono ad “incollarsi” sull’utensile. In alcuni casi, i trucioli letteralmente si saldano all’utensile. Una volta che si formano depositi gommosi sull’utensile, ques’ultimo non è più per questo mondo, specialmente ad elevati regimi.
Nonostante queste problematiche, è possibile lavorare con successo l’alluminio praticamente su qualsiasi router. Ci sono dieci suggerimenti da seguire, per lavorare l’alluminio con successo:
1 - Non avere fretta
Un router CNC può lavorare l’alluminio, ma non è la macchina ideale per farlo. Il prezzo che si paga è un generale rallentamento del processo di lavorazione. Nota: non mi riferisco in termini letterali alla necessità di ridurre i parametri di regime ed avanzamento, ma piuttosto al fatto che in termini generali l’MRR è inferiore rispetto a quello ottenibile con una fresatrice dotata di una struttura specifica per lavorare alluminio. Inoltre, un router di medio-grandi dimensioni può ospitare molto più materiale sul piano di lavoro di quanto non possano fare la maggior parte delle fresatrici CNC. Quindi, caricate il materiale, premete il pulsante verde, rilassatevi e andate a fare una passeggiata…
2 – Usare un calcolatore di avanzamenti e regime
Tenete conto che opererete in prossimità dei limiti di quello che la vostra macchina può verosimilmente affrontare. Tagliare alluminio su un router non è un gioco da ragazzi, perciò fatelo bene. Non fissate i parametri di taglio “ad orecchio”, basandovi sul rumore della lavorazione, come facevano gli operatori di fresatrici manuali. State operando con una macchina CNC, ed un percorso che si dipana tra tratti lineari e curvi, spigoli e pocket. Un minuto le cose vanno bene. Il minuto dopo, l’utensile si è spezzato e schizza rimbalzando per l’officina… Così, procuratevi un calcolatore di avanzamenti e regime, ed usatelo. Molti vanno bene. Un buon calcolatore è G-Wizard Feeds and Speeds Calculator.
Una volta che avrete effettato i calcoli, vi accorgerete che probabilmente il regime di rotazione suggerito è troppo basso. Una delle caratteristiche comuni alla maggior parte dei router CNC è il loro mandrino ruota a regimi molto più veloci rispetto alla maggior parte delle fresatrici CNC. Mediamente, le più recenti fresatrici CNC raggiungono un regime massimo di 10.000 giri, mentre il router CNC non possono funzionare così lentamente. La vita per loro inizia a circa 20.000 giri minuto. I prossimi due suggerimenti sono focalizzati su soluzioni a questo problema.
3 – Utilizzare utensili in carbide con rivestimento
un modo per superare i regimi rotazione raccomandati e quello di impiegare utensili ben felici di andare così veloce. Il parametro relativo a questo aspetto viene spesso denominato “velocità superficiale” o “velocità lineare di taglio”. Gli utensili in carbide possono raggiungere velocità lineare di taglio molto maggiori rispetto agli utensili HSS. Dimenticate gli utensili HSS e quelli trattati al cobalto per la maggior parte dei casi. Particolari trattamenti superficiali come il TiAIN possono permettere agli utensili di operare a velocità ancora più elevate. Acquistate utensili in carbide integrale trattati al TiAIN. Costano un po’ di più, ma possono cambiare così tanto il risultato da risultare denaro davvero ben speso.
Ad esempio, supponiamo che si debba ricavare una gola usando un utensile da 6,35 mm. Selezionando un utensile in HSS, G-Wizard suggerisce un regime di 5877 giri/min., e un il mandrino di un router raramente può funzionare a questa velocità. Passando ad un utensile in carbide rivestito TiAIN, il regime raccomandato diviene di 16897 giri/min., più prossimo alle possibilità del mandrino. Questo, con una velocità superficiale di 1106 SFM. Su alluminio, è possibile spingere il regime sino a 20000 giri/min. per questa lavorazione, senza incontrare eccessivi problemi.
4 – Usare utensili di piccolo diametro
Un altro modo per superare i regimi di rotazione raccomandati è quello di impiegare utensili di piccolo diametro. Dimenticate le frese piane da 12 mm. Usate al massimo frese da 6 mm o meno. Dal momento che il diametro viene ridotto, gli utensili dovranno essere più rigidi, per evitare che la deflessione possa rappresentare un problema. Il carbide è molto più rigido rispetto all’HSS, e questa è un’ulteriore ragione per preferirlo.
Facendo riferimento all’esempio della raccomandazione 3, supponiamo di utilizzare anziché una fresa da 6,35mm venisse utilizzata una fresa da 4,75 mm. Questo relativamente piccolo cambiamento comporterebbe un regime suggerito di 21241 giri/min, molto simile al regime ideale di un tipico mandrino di router. Diviene facile a questo punto ridurre il regime a 20000 giri, guadagnando una superiore durata dell’utensile.
La morale è che bisogna porre molta attenzione nella scelta dell’utensile rispetto alle potenzialità della macchina.
5 – Essere paranoici rispetto all’evacuazione del truciolo
La cattiva evacuazione del truciolo è la principale causa di rottura degli utensili. Siate paranoici riguardo all’evacuazione del truciolo. Non fate troppo conto su un generico sistema di aspirazione trucioli, a meno che non abbiate verificato che sia in grado di rimuovere i trucioli anche dalla cava più profonda. E molto più affidabile un sistema di soffiaggio ad aria compressa fissato sul mandrino, in modo che l’ugello sia direttamente orientato sul punto di lavorazione. Se tentate di eseguire manualmente quest’operazione, con la pistola del compressore in mano (o peggio, con un pennello), allora non siete abbastanza paranoici riguardo all’evacuazione del truciolo.
NOTA: in alcuni router l’elettronica o le guide possono non essere sufficientemente protetti per consentire il soffiaggio dei trucioli; trattandosi di metallo potrebbero verificarsi dei cortocircuiti. Accertatevi che per la vostra macchina non vi siano controindicazioni per questa pratica.
6 -Fare attenzione ai tagli profondi e alle gole -
La rimozione dei trucioli in queste aree è molto più complessa.Più profondo è il taglio (o peggio, il foro), più complessa è la rimozione del truciolo di lavorazione. Effettuate più passate per raggiungere la profondità desiderata, e per ottenere trucioli più leggeri da evacuare.
7 – Utilizzare la microlubrificazione
Assumendo che siate sufficientemente paranoici rispetto all’evacuazione dei trucioli, il successivo passaggio è provvedere un’adeguata lubrificazione, per evitare che una parte di questi ultimi aderisca ai taglienti dell’utensile. Dovete necessariamente impiegare un lubrificante. Dal momento che presumibilmente avete già predisposto il convogliamento di un flusso di aria compressa sull’utensile, attraverso lo stesso circuito potete anche provvedere alla lubrificazione. In effetti, è sufficiente aggiungere un sistema di microlubrificazione per poter raggiungere la zona di lavoro con uno spray lubrificante. E’ facile e relativamente poco costoso. Alcuni sistemi di lubrificazione minimale sono particolarmente efficaci, consumano minime quantità di olio ecologico e non producono nebbie dannose.
8 – Non ridurre gli avanzamenti eccessivamente!!!
Se il feedrate viene eccessivamente ridotto, rischiate di sporcare l’utensile anziché tagliare. Questo è un rischio maggiore per un router che per una fresatrice, dal momento che il mandrino gira molto più velocemente. Per mantenere una corretta asportazione con regimi elevati, è necessario che il taglio avvenga velocemente. Ad esempio, il nostro utensile da 4,35 mm vuole “mangiare” a 2300 mm/min. Riducendo drasticamente l’avanzamento (es., portandolo ad ¼ di questo valore), si potrebbe pensare che l’usura della macchina e dell’utensile possano trarne beneficio. Niente di più falso. Il calore generato a 20000 giri ridurrebbe sensibilmente la vita utile dell’utensile.
9 – Se la macchina non è sufficientemente veloce da consentire adeguati avanzamenti, ridurre il numero dei taglienti
Normalmente si utilizzano per l’alluminio utensili con 3 o meno taglienti. Gli utensili a 4 taglienti non sono neppure da prendere in considerazione per l’alluminio. La ragione di questo è che l’alluminio tende a produrre trucioli particolarmente larghi. Minore è il numero di taglienti, più spazio di evacuazione è disponibile tra questi ultimi. Più spazio, che consente ai trucioli larghi di venire convenientemente evacuati. Con troppi taglienti, i trucioli vengono compressi lungo il percorso di evacuazione, intasano l’utensile e rapidamente lo rompono. Immaginiamo che stiate usando il calcolatore per determinare gli avanzamenti e il regime, e proviamo ad ipotizzare qualche dato. Con il solito utensile da 4,35 mm, ad un regime di 21000 giri/min., supponiamo di asportare 1mm per passata. G-Wizard suggerisce una fresa piana a 3 taglienti con un avanzamento di 6500 mm/min. Ipotizziamo che il vostro router possa lavorare in modo accurato solo fino a 2500 mm/min. Cosa fare?
La risposta è utilizzare un utensile con meno taglienti. Un utensile con due taglienti richiede con gli stessi parametri un avanzamento di 2700 mm/min. Ridurre l’avanzamento a 2500 mm/min. non comporta un grave rischio, poiché la riduzione è inferiore al 10%.
Tra parentesi, stiamo parlando di tagliare alluminio, ma questo problema si può riscontrare (anche con conseguenze peggiori) tagliando legno. Provate ad impostare questi valori con G-Wizard, e a selezionare come materiale il legno duro. Otterrete una velocità di avanzamento ottimale di 21.150 mm/min. per il regime di 20000 giri/min.!
Beh, per fortuna sono disponibili anche utensili monotaglienti, che permettono di affrontare con successo queste situazioni.
Se in questo scenario passiamo ad un utensile monotagliente con un regime di 20000 giri/min., la raccomandazione di GW si riduce a 7400 mm/min. Se il legno si brucia, l’avanzamento è troppo basso e l’utensile sta raccogliendo polvere di truciolo.
L’altro aspetto da tener presente è lo “spessore radiale del truciolo”. Se la profondità del taglio è inferiore ad ½ del diametro utensile, è necessario aumentare l’avanzamento, perché la macchina produce uno spessore radiale “innaturale”. Di nuovo, si potrebbe pensare che con passate “ultraleggere” e bassi valori di avanzamento si possa prolungare la vita dell’utensile. Al contrario, a causa del fattore “spessore radiale truciolo” e della polvere che si crea, la vita dell’utensile viene drasticamente ridotta. G-Wizard Feed and Speeds Calculator tiene automaticamente conto di questo fattore.
10 – Usare un limitatore di potenza per compensare la limitata rigidità
Ok, avete adottato tutti i nove suggerimenti, e le cose sembrano andare per il meglio. Ma ora va affrontato il problema della rigidità della macchina. Se lavorate a piena potenza, vi aspettano brutte sorprese. La macchina si muove a scatti e distrugge l’utensile, la finitura è pessima, o il telaio si flette e il taglio risulta molto inaccurato.
Le forze di taglio implicate nel taglio del metallo sono molto maggiori rispetto a quelle necessarie per il legno, e i router CNC (in genere con una struttura a ponte Gantry) sono considerevolmente meno rigidi di una equivalente fresatrice CNC. Questo è semplicemente un dato di fatto. Basta comparare il rapporto tra campo di lavoro utile (considerevolmente inferiore in una fresatrice) e il peso della macchina (considerevolmente superiore), per ottenere valori di “peso specifico” completamente differenti. Ad eccezione che per i grandi router industriali, non c’è paragone tra una fresatrice ed un router. E per questa ragione, un router non sarà mai rigido quanto una fresatrice. Quindi, dobbiamo compensare questa carenza.
Non sappiamo esattamente quanto sia rigida una macchina. Non ci sono specifiche riguardo a questo aspetto che possiamo usare per comparazioni o calcoli. Ma possiamo usare la potenza del mandrino come un valore di riferimento. Questa potenza “è applicata” alla parte durante la lavorazione, e la rigidità deve essere sufficiente a contrastare questa “spinta”. G-Wizard è in grado di calcolare la riduzione di potenza necessaria in relazione al campo di lavoro utile e al peso della macchina, fornendo indicazioni sulla appropriata potenza del mandrino per quel dato livello di rigidità. I risultati possono essere sorprendenti, ma sono basati su misurazioni empiriche reali.
Ad esempio, supponiamo di lavorare con un router da 1200 x 2400 mm con una corsa Z di 500 mm che pesi 450 Kg. Notare che anche una leggera fresatrice commerciale ha un rapporto peso-corse totalmente differente. Ad esempio, una Haas TM-1 ha corse di 760x300x400 mm ed un peso di 1450 Kg. Per ottenere lo stesso livello di rigidità di una Haas TM-1 (che comunque non è certo all’apice, in termini di rigidità), secondo i calcoli di GW dovremmo ridurre la potenza mandrino a 0,17 Hp.
La riduzione porterebbe i valori a 22000 giri/min ed un avanzamento di 2 mt/min per un cava di 4,35 mm ed un utensile a 2 taglienti. Ma otterremmo una buona qualità di finitura, e una minore tendenza della macchina a flettersi o muoversi a scatti.
Conclusioni
La lavorazione dell’alluminio su un router è generalmente fattibile. E’ questione di adattare i parametri correttamente alle capacità della macchina, preoccuparsi dell’evacuazione del truciolo ed adottare una conveniente lubrificazione.