Informazioni tecniche

Influenza del rilevamento di posizione sull'accuratezza
nella lavorazione a 5 assi
Produttività e accuratezza sono aspetti concorrenziali determinanti per le macchine utensili. La lavorazione a 5 assi offre notevoli potenziali
per incrementare la produttività. Rispetto alla lavorazione a 3 assi si possono ottenere in molti casi maggiori volumi di asportazione deltruciolo per unità di tempo. I tempi di produzione possono essere considerevolmente abbreviati grazie alla possibile riduzione delle
operazioni di riserraggio fino alla lavorazione completa in un solo attrezzaggio. La geometria dei pezzi, sempre più complessa, rende lalavorazione a 5 assi una componente insostituibile del processo di produzione.
Siccome la lavorazione a 5 assi richiede campi di traslazione nettamente maggiori degli assi lineari, è necessario impiegare macchine dielevata accuratezza nell'intera area di lavoro. I due assi rotativi di una macchina utensile a 5 assi possono inoltre influenzare in misuradeterminante la precisione raggiungibile del pezzo. Se cambia l'orientamento della fresa rispetto alla superficie del pezzo, oltre agli assi
rotativi occorre spostare nella maggior parte dei casi anche gli assi lineari. Sulla superficie del pezzo si possono così rilevare errori dovuti
alla movimentazione di tutti gli assi macchina rotativi e lineari anche per corse superiori a quelle delle dimensioni del pezzo in lavorazione.
Gli effetti che limitano l'accuratezza degli elementi che costituiscono il sistema di movimentazione assi, quali errori di passo vite e ditrasmissione, gioco di inversione e variazioni termiche possono causare più frequentemente scarti nella lavorazione a 5 assi.
L'accuratezza di posizionamento degli assi lineari e rotativi riveste a tale proposito un ruolo determinante nelle prestazioni di una
macchina utensile a 5 assi.
Sono sempre meno gli ambiti dove si
possa concepire la lavorazione adasportazione di truciolo senza la lavorazionea 5 assi. La possibilità di completare lalavorazione di pezzi con un unico
attrezzaggio comporta netti vantaggi
economici: i tempi di esecuzione sono
chiaramente più ridotti, con la possibilità diincrementare allo stesso tempo laprecisione del componente.
Gli assi rotativi supplementari consentono
inoltre un accesso facilitato ai profili
complessi del pezzo, come le cavità negli
stampi. In molti casi si possono impiegare
anche utensili più corti meno sensibili aproblemi di vibrazioni, raggiungendo
persino maggiori volumi di asportazione deltruciolo nell'unità di tempo.
Con la lavorazione simultanea a 5 assi èpossibile mantenere entro limiti definiti
anche le velocità di taglio sul tagliente
persino per profili complessi, con ovvi
vantaggi in termini di qualità superficiale
ottenibile. L'impiego di utensili altamente
produttivi (ad es. frese toroidali) nella
fresatura di profili a forma libera è possibile
grazie alla lavorazione simultanea a 5 assi.

Novembre 2012

Campi di applicazione della lavorazione a 5 assi

Componenti dell'industria aeronautica eaerospaziale
Elevate resistenze e peso ridotto sonocaratteristiche imprescindibili dei
componenti per l'industria aeronautica eaerospaziale. Per minimizzare il peso dicomponenti "volanti" si è affermata lastruttura integrale: componenti dalla forma
complessa vengono completamente
ricavati da un grezzo pieno, ottenendo cosìun grado di asportazione del materiale fino
al 95%. Questa elevata percentuale "buyto-fly" comporta considerevoli costi per ilmateriale grezzo dei componenti.
Nell'ambito degli elementi strutturali lalavorazione a 5 assi offre nuove opportunità
per ridurre il peso senza compromettere laresistenza dei componenti.
Si esegue dapprima una ottimizzazione
computerizzata della topologia, che adegua
la geometria di un componente alle relative
sollecitazioni. Di conseguenza, la sezionedel componente varia con continuità infunzione delle sollecitazioni meccanichepreviste. Nelle restanti parti si risparmia
materiale in modo mirato. Lo spessore disemplici rinforzi, ad esempio, può essere
adeguato alla distribuzione del carico nel
componente, e quindi essere ridotto
all'aumentare dell'altezza. Questa
geometria del pezzo può essere realizzata
con facilità impiegando la fresatura di
tasche a 5 assi.

Per componenti di propulsori in acciaio lalavorazione a 5 assi è da tempo uno
standard. Elevati requisiti di efficienza
impongono un costante miglioramentodelle caratteristiche di portata di tutti icomponenti di un motore. Le geometrie
derivanti sono molto complesse e pertantorealizzabili esclusivamente con movimentidi fresatura simultanea a 5 assi.

Lavorazione a 5 assi nell'industria
automobilistica
Nell'industria automobilistica sono richiesti
numerosi stampi per la lavorazione dilamiere e materie plastiche. Gli stampi finoa 6 m di lunghezza per la foggiatura dilamiera devono essere fresati con
un'accuratezza molto elevata di ± 0,02 mm,
affinché stampo superiore e inferiore
possano combaciare correttamente. È
inoltre necessaria una qualità superficiale
molto elevata di tutte le superfici funzionali
al fine di garantire una lunga durata degli
stampi.

Nella realizzazione del profilo è necessario
rispettare una distanza molto piccola delle
traiettorie di fresatura per rispondere ai
requisiti dell'elevata qualità superficiale. Ne
risultano così automaticamente tempi diesecuzione lunghi dei programmi NC. La
precisione richiesta per la foggiatura
impone alle fresatrici una sfida particolare:elevata accuratezza per lunghi tempi diesecuzione dei programmi e componenti digrandi dimensioni richiedono un'altastabilità termica della struttura dellamacchina e degli azionamenti diavanzamento.
La lavorazione a 5 assi apre nuove
prospettive per la riduzione dei tempi dilavorazione, in quanto anche i profili
fortemente incurvati degli stampi difoggiatura diventano più accessibili.
Possono inoltre essere impiegati utensili
speciali, come frese toroidali e a raggio
frontale, che consentono distanze tra letraiettorie nettamente maggiori e diconseguenza inferiori tempi di esecuzione
dei programmi.

Lavorazione a 5 assi nel settore dellatecnologia medicale
Nel settore tecnologico medicale è presente
una forte domanda di apparecchiature
idonee per analisi e terapie speciali. In
questo modo i trattamenti possono essere
eseguiti in modo nettamente più preciso e
con meno effetti collaterali per il paziente. Le
apparecchiature presentano spesso
geometrie molto complesse che rendono
particolarmente interessante la lavorazione a
5 assi dei singoli particolari su fresatrici.
Le crescenti aspettative di vita comportano
inevitabilmente una maggiore richiesta di
impianti dentali e protesi per articolazioni. Giàoggi le protesi per anca e ginocchio offrono
l'opportunità di migliorare considerevolmente
la qualità della vita di molte persone. Gli
impianti dentali e le protesi per articolazioni
devono essere perfettamente adattati nella
loro forma esterna alle condizioni del corpo
umano. La produzione di impianti è affidata
per lo più a fresatrici, in quanto la fresatura
garantisce una maggiore economicità anche
per piccoli lotti. Considerata la complessa
sagomatura degli impianti la tecnologia
medicale rientra tra i maggiori campi
applicativi della lavorazione a 5 assi. La
produzione economica di componenti
complessi presuppone macchine con
rilevamento di posizione ultrapreciso per
movimenti di posizionamento esatti eaccurati.

Requisiti del rilevamento di posizione

Per la fresatura a 3 assi, gli assi diavanzamento si spostano nell'ambitodelle dimensioni del pezzo più il diametrodell'utensile. Contrariamente alla lavorazionea 3 assi, l'inclinazione della fresa rispetto alla
superficie del pezzo può essere regolata
nella lavorazione a 5 assi. Con posizione
invariata del centro dell'utensile (TCP), lavariazione dell'orientamento della fresarichiede principalmente movimenti
supplementari degli assi lineari. Questi
movimenti di compensazione aumentano
obbligatoriamente il campo di traslazione
necessario degli assi lineari. Siccome
aumentando il campo di traslazione possono
verificarsi anche maggiori errori diposizionamento, gli assi di avanzamento dimacchine a 5 assi devono presentare una
accuratezza e una ripetibilità nettamente piùelevate.
I movimenti di compensazione degli assi
lineari si sovrappongono ai movimenti
predefiniti dal programma NC del centrodell'utensile in X, Y e Z. Grazie a questa
sovrapposizione, gli avanzamenti degli assi
possono decisamente superare l'avanzamento programmato per il centro dell'utensile. L'incremento della velocità di avanzamento comporta un maggiore sviluppo
di calore nei motori, nei meccanismi ditrasmissione e nelle viti a ricircolo di sfere.
A seconda del rilevamento di posizione
possono verificarsi considerevoli errori diposizione a causa del calore sviluppatosi.
Per evitare pezzi difettosi, è indispensabile
rilevare con precisione il posizionamento
negli assi di avanzamento direttamente sui
componenti macchina in movimento.

BA

A: campo di traslazione per lavorazione a 3 assi
B: campo di traslazione per lavorazione a 5 assi,incl. movimento di compensazione

Rilevamento della posizione di assi
lineari
La posizione di un asse lineare può essere
fondamentalmente rilevata tramite vite aricircolo di sfere in combinazione con un
trasduttore rotativo o un sistema di misuralineare. Se la posizione dell'asse viene
determinata sulla base del passo di una
vite a ricircolo di sfere in combinazione con
un trasduttore rotativo (figura in alto), la vite
a ricircolo di sfere esercita una doppia
funzione: come sistema di azionamento hail compito di trasferire forze elevate, mentre
in qualità di componente che determina la
posizione è richiesta la massima precisionedel passo. L'anello di regolazione diposizione comprende tuttavia soltanto il
trasduttore rotativo. Non essendo possibile
compensare in questo modo le variazioni
dettate da usura e temperatura nel sistema
meccanico di azionamento, si parla in tal
caso di un funzionamento in Semi-Closed
Loop. Gli errori di posizionamento degli
assi risultano inevitabili e possono influire
notevolmente sulla qualità dei pezzi.
Se il sistema di misura lineare si impiega
per rilevare la posizione della slitta (figura alcentro), l'anello di regolazione di posizione
comprende la meccanica completadell'asse. Si parla in tal caso di un
funzionamento in Closed Loop. Giochi e
imprecisioni negli elementi di trasmissionedella macchina non hanno in tal caso
alcuna influenza sul rilevamento diposizione. L'accuratezza della misurazione
dipende praticamente soltanto dalla
precisione e dal corretto posizionamento emontaggio del sistema di misura lineare.
Le differenti condizioni di impiego nonché
le velocità e le forze di avanzamento
variabili comportano costanti cambiamentidello stato termico delle viti a ricircolo disfere. Si formano così eccessivi aumenti
locali di temperatura sulla vite a ricircolo disfere che variano ad ogni cambiamento diposizione e riducono sostanzialmentel'accuratezza nel Semi-Closed Loop.

In alternativa alla vite a ricircolo di sfere, gli
assi di avanzamento lineari possono essere
azionati direttamente tramite un motore
lineare. In tal caso la posizione dell'assemacchina viene rilevata con un sistema di
misura lineare sempre direttamente sulla
slitta assiale. Per un funzionamento

altamente dinamico e allo stesso tempo
silenzioso, i motori lineari dipendono già dasistemi di misura lineari accurati e ad altarisoluzione. Questo tipo di azionamento
sfrutta quindi senza alcuna restrizione ivantaggi del funzionamento in Closed
Loop.

Semi-Closed Loop: rilevamento di posizione dell'asse lineare con trasduttore rotativo nel
motore di avanzamento

Closed Loop: rilevamento di posizione dell'asse lineare con un sistema di misura lineare

Elevata ripetibilità e accuratezza sull'intero
campo di traslazione di assi lineari possono
essere pertanto ottenuti esclusivamente
nel funzionamento in Closed Loop. Ne
conseguono pezzi precisi e percentuali discarto drasticamente ridotte.

Immagine termografica di una vite a ricircolo di sfere riscaldata

Rilevamento della posizione di assi
rotativi
La considerazione fondamentale per gli
assi lineari è valida nella stessa misura per
gli assi rotativi. Anche in tal caso la
posizione può essere rilevata tramite un
trasduttore rotativo integrato nel motore otramite un sistema di misura angolare
ultrapreciso sull'asse della macchina.

Una posizione particolare assumono gli assi
rotativi azionati direttamente da un motore
torque. La speciale struttura dei motori
torque consente coppie molto elevatesenza meccanismi meccanici
supplementari. Gli assi rotativi con motori

torque necessitano di un sistema di misuraangolare ad alta risoluzione direttamente
sull'asse della macchina. Vengono pertantoazionati in linea generale in configurazione
Closed Loop.

Se la posizione dell'asse viene rilevata con
un trasduttore rotativo sul motore diavanzamento, si parla anche in questo casodi Semi-Closed Loop, in quanto gli errori
dei meccanismi di trasmissione non
vengono compensati dall'anello chiuso diregolazione di posizione.
Gli errori dei meccanismi di trasmissione inassi rotativi sono causati da• eccentricità delle ruote dentate,• gioco o• attrito e deformazioni elastiche deicontatti tra i denti e nei cuscinetti deglialberi di trasmissione.
Nei meccanismi precaricati si forma inoltre
notevole attrito che può comportare il
riscaldamento degli assi rotativi e diconseguenza – a seconda dell'esecuzione
meccanica – errori di posizionamento.
Nel Semi-Closed Loop gli errori dei
meccanismi di trasmissione di assi rotativi
comportano considerevoli errori diposizionamento e una ripetibilità
estremamente ridotta. Gli errori degli assi
rotativi si trasmettono sulla geometria dei
pezzi realizzati e il numero di scarti può
crescere notevolmente.
L'accuratezza di posizionamento e laripetibilità degli assi di avanzamento
possono aumentare considerevolmente sesi impiegano sistemi di misura angolariprecisi. Siccome le posizioni degli assi non
vengono più misurate sul motore, madirettamente sugli assi rotativi dellamacchina, si parla anche di Closed Loop.
Gli errori dei meccanismi di trasmissione diassi rotativi non hanno in tal caso alcuna
influenza sull'accuratezza di posizionamento.
Anche l'accuratezza con cui un asserotativo può raggiungere ripetutamente
una determinata posizione per un periodo
prolungato viene oltremodo incrementata.
Ne consegue una produzione economica
con minimo scarto.

Semi-Closed Loop: misurazione di posizione con trasduttore rotativo sul motore diavanzamento; gli errori nel sistema meccanico di azionamento non vengono rilevati.

Closed Loop: misurazione di posizione con sistema di misura angolare sull'asse della macchina;
gli errori del sistema meccanico di azionamento vengono rilevati e compensati.

Motore torque: gli assi rotativi con motore torque vengono azionati nel Closed Loop.

Esempi di lavorazione
Lavorazione simultanea a 5 assi di massima precisione

Pallone da calcio Telstar
Il pallone da calcio dei campionati mondiali
FIFA del 1970 e 1974 ha preso il nome di
Telstar, il primo satellite di comunicazione
civile, che nel 1963 venne inviato nello
spazio dalla Nasa e da AT&T. Il pallone dacalcio Telstar è composto da 20 esagoni
bianchi e 12 pentagoni neri, con relative
cuciture.
Questo pallone funge da modello per un
pezzo che può essere fresato su una
macchina utensile a 5 assi. Il pezzo cosìcreato trova impiego come pezzo di prova
per attestare l'accuratezza di lavorazionedella fresatura a 5 assi.
Il pezzo Telstar è stato realizzato in tre fasi
di lavorazione sulla base di grezzi pretorniti:• lavorazione di fresatura a 3 assi dei
pentagoni con traiettorie verticali e fresa
inclinata,• lavorazione di fresatura a 3 assi degliesagoni con traiettorie orizzontali e fresa
inclinata,• lavorazione di fresatura a 5 assi dellecuciture.
Un'immagine perfetta dal punto di vista
ottico del pezzo Telstar presuppone che le"cuciture" tra i pentagoni e gli esagoni
vengano fresate con elevata precisione
costante nonostante la durata dellalavorazione di oltre due ore.

Produzione a 5 assi del pallone "Telstar" dei campionati mondiali del1970 e 1974

Sequenza della lavorazione a 5 assi sul pezzo Telstar

Fresatura dei pentagoni:a 3 assi con fresa inclinata
Fresatura concordeTempo di lavorazione: 22 min
Avanzamento:
6 m/minFresa:
Ø = 16 mm
Distanza tra le righe: 1,5 mm
Angolo di inclinazione: 40°

Fresatura degli esagoni:a 3 assi con fresa inclinata
Fresatura concordeTempo di lavorazione: 2 h 17 min
Avanzamento:
6 m/minFresa:
Ø = 16 mm
Distanza tra le righe: 0,2 mm
Angolo di inclinazione: 40°

Fresatura delle cuciture:a 5 assi simultanea
Tempo di lavorazione: 11 min
Avanzamento:
0,4 m/minFresa:
Ø = 25 mm
Angolo di inclinazione: 55°

Nei punti di intersezione si incontrano le tre
cuciture fresate con inclinazioni dell'utensile
differenti. Un punto di intersezione puòpertanto essere realizzato con precisione
soltanto se il centro (TCP) della fresa viene
posizionato esattamente nello stesso punto
con tre diverse inclinazioni.
I tre angoli di inclinazione della fresarichiedono tuttavia grandi movimenti dicompensazione degli assi lineari. Per ogni
cucitura risulta quindi una posizione molto
diversa degli assi lineari e rotativi nella
posizione TCP di un punto di intersezione.
Gli errori di posizionamento di uno o più
assi di avanzamento comportano necessariamente che la posizione TCP non coincida
nel punto di intersezione alla fresatura delletre cuciture. Per una lavorazione precisadelle cuciture inclusi i punti di intersezione
è pertanto indispensabile un'elevata accuratezza di posizionamento di tutti gli azionamenti di avanzamento.

Semi-Closed Loop: influenze del sistema meccanico diazionamento compromettono l'accuratezza di lavorazione. La
larghezza delle cuciture è diversa. I punti di intersezione dellecuciture non sono chiaramente precisi.

Per una semplice valutazione visiva dell'accuratezza del pezzo Telstar la cucitura dellaprofondità di 0,15 mm viene realizzata con
una fresa del diametro di 25 mm. Ne risultacosì una sezione molto piatta della cucitura
e gli errori già minimi nella profondità dellacucitura (±10 µm e inferiori) si ripercuotono
in notevoli oscillazioni della larghezza dellacucitura.
Se il pezzo Telstar viene realizzato su una
macchina nel Semi-Closed Loop, l'accuratezza di posizionamento e la ripetibilità sono
limitate dagli errori di trasmissione delleviti a ricircolo di sfere negli assi lineari e dai
meccanismi negli assi rotativi. Il pezzo Telstar
presenta di conseguenza una larghezza variabile della cucitura. I punti di intersezione
non possono pertanto coincidere con precisione per ogni cucitura comportando un notevole offset del centro delle cuciture.
Nel Closed Loop gli assi di avanzamento
raggiungono un'elevata accuratezza diposizionamento e ripetibilità sull'intero
campo di traslazione. I campi adiacenti
sul pezzo possono essere realizzati con
precisione anche modificando considerevolmente l'inclinazione della fresa e con
notevole intervallo di tempo tra le singole
fasi di lavorazione. La precisione conseguita si evidenzia nei punti di intersezione,
ciascuno raggiunto con precisione da tutte
le tre cuciture. La larghezza della cucitura
rimane inoltre costante sull'intera
circonferenza del pezzo Telstar.

Closed Loop: grazie ai precisi sistemi di misura lineari e angolari diHEIDENHAIN gli errori del sistema meccanico di azionamento non
hanno alcuna influenza sul risultato della lavorazione. La cucitura
viene fresata nella larghezza corretta con un andamento preciso
nelle giunzioni delle cuciture.

Fresatura simultanea a 5 assi

Nel Semi-Closed Loop gli errori meccanici
di assi rotativi possono comportare errori
di posizionamento e di conseguenza
imprecisioni sul pezzo. Gli assi orientabilipresentano spesso un azionamento con
meccanismi di trasmissione a più gamme.
Per un movimento uniforme dell'asseorientabile tutti i componenti delmeccanismo di trasmissione devonopresentare un'elevata accuratezza di
produzione ed essere montati con
massima precisione. Già con minimi erroridi eccentricità di una ruota dentata
possono verificarsi considerevoli oscillazioni
dell'asse orientabile.

Il pezzo poligonale rappresentato è stato
realizzato su una fresatrice il cui asseorientabile presenta una riduzione delmeccanismo di trasmissione di i = 120.
Il pignone del motore ha un diametro di
40 mm. L'errore di oscillazione radiale delpignone è di ± 0,058 mm.

i=1
Movimentodell'asse orientabile

Movimento diazionamento

Meccanismo di trasmissionesenza errori
Meccanismo di trasmissione
con errore di eccentricità

effettivo

Movimento

Il pezzo poligonale viene lavorato sul
perimetro in un giro dell'asse C concontemporaneo movimento diorientamento interpolato dell'asse B.
Durante la lavorazione della superficie
perimetrale l'asse B viene avvicinato eallontanato cinque volte in un campo diorientamento compreso tra 1° e 19°.

L'effetto dell'eccentricità di una gamma di
trasmissione è illustrata nelle figure. Un
meccanismo con ruote dentate montate
esattamente trasmette il movimento delmotore di azionamento senza errori
sull'asse orientabile. Se una ruota dentatadel meccanismo di trasmissione presenta
una eccentricità, si riscontra nel movimentodell'asse orientabile un errore sinusoidale.

Movimento ideale

360°

Errori di posizionamento su assi rotativi a causa di eccentricità nel
meccanismo di trasmissione, riduzione i = 1

i = 120
Movimento diazionamento

Movimentodell'asse orientabile

10”
Meccanismo di trasmissionesenza errori
Meccanismo di trasmissione
con errore di eccentricità

effettivo

Una lavorazione precisa con cinque assi diavanzamento spostati simultaneamente
impone elevati requisiti di accuratezza degliazionamenti degli assi. A seconda del tipo
di rilevamento di posizione gli errori degli
assi rotativi e orientabili aggiuntivi richiesti
possono causare considerevoli limitazionidella qualità del pezzo. Occorre dedicare
pertanto massima attenzione nella sceltadel corretto sistema di misura e alla relativa
integrazione nel loop di regolazione.

Per analizzare l'effetto del rilevamento diposizione sul piano di lavoro, i pezzi sono
stati realizzati in funzionamento Closed
Loop e Semi-Closed Loop dell'asse B. Tutti
gli altri assi si trovano permanentemente in
Closed Loop.

Movimento

Pezzo poligonale
La lavorazione a 5 assi offre notevoli
potenziali per ridurre i tempi di lavorazione.
La superficie perimetrale di un pezzo
poligonale viene rifinita con lavorazione
simultanea a 5 assi utilizzando una fresa
cilindrica in una rotazione del pezzo.
Rispetto alla lavorazione a 3 assi dellasuperficie perimetrale con fresa a sfera, lalavorazione a 5 assi riduce i tempi diproduzione del 30%.

3°
Movimento ideale

Errori di posizionamento su assi rotativi a causa di eccentricità nel
meccanismo di trasmissione, riduzione i = 120

Se l'asse orientabile viene azionato nel
Semi-Closed Loop, gli errori diposizionamento sinusoidali generati dal
meccanismo di trasmissione possono nonessere rilevati dalla regolazione diazionamento. Un giro del motore con
pignone eccentrico causa errori dell'ordine
di ± 10 secondi d'arco nel movimentodell'asse orientabile. Tali errori si ripetono
ogni 3° rispetto all'angolo di rotazione.

In una seconda prova l'asse orientabile è
stato azionato nel Closed Loop, impiegando
un sistema di misura angolare HEIDENHAIN
con scansione ottica. Il sistema di misuraangolare rileva la posizione dell'asse
direttamente sull'asse orientabile. In questo
modo l'effetto dell'errore di trasmissionedel meccanismo viene subito riconosciuto.
La regolazione degli assi reagisce immediatamente al più piccolo errore misurato e
genera un relativo movimento contrappostodel motore di avanzamento. Gli errori delmeccanismo di trasmissione non hanno
alcun effetto sul risultato della lavorazione.

In una prima prova il pezzo poligonale viene
realizzato nel Semi-Closed Loop. Gli errori
di posizionamento generati dal meccanismo
di trasmissione si riscontrano chiaramente
nella superficie perimetrale del pezzo poligonale come ondulazione superficiale.
Il risultante errore di forma è di ± 0,015 mm.
L'errore del meccanismo di trasmissione è
rilevabile soltanto nelle superfici parziali delpezzo in cui l'asse orientabile si muove.

Grazie ai sistemi di misura angolari
HEIDENHAIN negli assi rotativi, lasuperficie perimetrale può così essere
fresata simultaneamente a 5 assi con brevi
tempi di lavorazione e allo stesso tempo
con qualità superficiale e accuratezza
elevate.

Semi-Closed Loop: pezzo poligonale con errore superficiale.

Asse Borientato

Asse B
fermo

Lavorazione di un pezzo poligonale nella fresatura con asse rotativoe orientabile

Closed Loop: pezzo poligonale con massima qualità superficiale.

Lavorazione con rotazione

Requisiti di accuratezza delle tavole
rotanti
Le superfici laterali di componenti
prismatici vengono spesso lavorate con
rotazione. Viene infatti lavorata dapprima
una superficie laterale, eventualmente
inclinando il pezzo rispetto all'utensile con
un asse orientabile. Il pezzo viene quindi
ruotato su una tavola rotante di 180° perlavorare la superficie laterale opposta.
La lavorazione con rotazione impone elevati
requisiti di accuratezza di posizionamentodella tavola rotante. Già minimi errori
angolari nel movimento di rotazione
comportano errori di parallelismo delle
superfici laterali contrapposte del pezzo.
Un errore di posizionamento di soli 2
millesimi di grado genera con un pezzo con
lato di 500 mm serrato al centro dellatavola rotante un errore di 0,01 mm
perpendicolarmente alla superficie laterale.

Gli errori di posizionamento possono
presentarsi in assi rotativi se la posizione
viene rilevata sull'albero del motore diazionamento (Semi-Closed Loop), poiché
gli errori nel meccanismo di trasmissionedell'asse rotativo (gioco, elasticità, oscillazione radiale degli alberi di trasmissione)
non possono essere rilevati e compensati
dalla regolazione di posizione. A seconda
dell'esecuzione del sistema meccanico
di azionamento possono verificarsi nel
Semi-Closed Loop errori di posizionamento
nel movimento di rotazione di ±10 millesimi
di grado e oltre.

Per illustrare gli influssi dell'accuratezza diposizionamento di tavole rotanti sulla
lavorazione con rotazione è stata realizzata
una scritta sulle superfici laterali di unparallelepipedo. Su una fresatrice a 5 assi ilcomponente viene dapprima tastato nel
piano ruotato su una delle superfici laterali.
Quindi la scritta viene realizzata con una
fresa a sfera mediante fresatura concordee discorde interpolata a 3 assi. Le lettere
presentano un'altezza di 0,025 mm.
Il componente viene infine ruotato sulla
tavola rotante di 180°, per eseguire laseconda scritta con stessa altezza dellelettere sul lato opposto.

L'accuratezza di una tavola rotante può
incrementare notevolmente impiegando
sistemi di misura angolari precisi che
determinano direttamente il movimentodella tavola. Gli errori di trasmissione nei
meccanismi di tavole rotanti vengono
rilevati con il sistema di misura angolare ecompensati dalla regolazione di posizione(Closed Loop). Nel funzionamento Closed
Loop la precisione del sistema di misuraangolare è determinata ampiamente
dall'accuratezza del movimento dirotazione. I sistemi di misura angolari conscansione ottica sono in grado di garantire
valori inferiori a 0,3 millesimi di grado.

180°

180°

Fresa
non inpresa
Profondità
di incisione

Profondità
di incisione

ugualevariabile

Closed Loop
Posizionamento preciso,
il profilo viene realizzato con esattezza

Semi-Closed Loop
L'errore di posizionamento comporta
un errore del profilo sul pezzo.

Il pezzo è stato dapprima fresato nel
Closed Loop (vedere 9 sul pezzo). Quindi
un secondo pezzo è stato realizzato sulla
stessa macchina nel Semi-Closed Loop(vedere sul pezzo). La differenza èchiaramente evidente. Mentre le scritte nel
funzionamento Closed Loop vengono
realizzate senza errori con sistemi di misuralineari e angolari precisi su entrambe lesuperfici laterali, nel Semi-Closed Loop si
riscontrano errori di lavorazione: sul retrodel componente fresato nel Semi-Closed

Loop l'incisione è più profonda a sinistra,
mentre a destra la fresa non era più in presa.
Gli errori di posizionamento correlati a
posizione e direzione causano nel SemiClosed Loop una posizione inclinata dellatavola della macchina e del pezzo. Questo
comporta una incisione eseguita non aregola d'arte e di conseguenza il pezzo viene
scartato.

Semi-Closed Loop: gli influssi del sistema meccanico diazionamento (ad es. errori del meccanismo di trasmissione)
possono compromettere l'accuratezza della macchina e quindi
la precisione di lavorazione e la qualità superficiale.

Closed Loop: gli influssi del sistema meccanico di azionamento
che limitano l'accuratezza non si ripercuotono sul risultato dilavorazione. I sistemi di misura angolari precisi di HEIDENHAIN
consentono di ottenere un'elevata accuratezza di lavorazione e
un'eccellente qualità superficiale.

Sistemi di misura

La lavorazione a 5 assi impone requisiti
particolarmente elevati di accuratezza degliazionamenti, in quanto i campi di traslazione
e gli avanzamenti degli assi sono maggioririspetto alla lavorazione a 3 assi. Lo sviluppo
di calore e gli errori meccanici di trasmissione negli azionamenti degli assi comportanoche l'accuratezza di lavorazione sia determinata in misura preponderante dal rilevamento
di posizione degli azionamenti. Rilevando
correttamente la posizione scarti e costi si
riducono al minimo.
Su macchine utensili dai requisiti elevati intermini di precisione di posizionamento evelocità di lavorazione è indispensabile
impiegare sistemi di misura lineari esistemi di misura angolari di massima
qualità e accuratezza.
I sistemi di misura lineari e angolari diHEIDENHAIN rilevano il movimento degli
assi direttamente e immediatamente.
Le imprecisioni introdotte dagli elementi ditrasmissione meccanici non hanno quindi
alcuna influenza sul rilevamento dellaposizione: gli errori cinematici e termici o
gli effetti delle forze esterne vengono
rilevati dai sistemi di misura HEIDENHAIN
e considerati nel loop di regolazione dellaposizione, escludendo così una serie dipossibili cause di errore:• errori di posizionamento dovuti alriscaldamento della vite a ricircolo disfere,• errori di inversione,• errori dovuti alla deformazione dellameccanica per effetto delle forze dilavorazione.

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH
Dr.-Johannes-Heidenhain-Straße 583301 Traunreut, Germany{ +49 8669 31-0
| +49 8669 5061
E-mail: info@heidenhain.dewww.heidenhain.de895283-40 · 11/2012 · PDF

Per ulteriori informazioni:• Catalogo Sistemi di misura lineari per
macchine utensili a controllo numerico• Catalogo Sistemi di misura angolari
assoluti• Catalogo Sistemi di misura angolarisenza cuscinetto