Macchine di fresatura a 5 assi con cinematica parallela

Centri di lavorazione eccezionali programmati con hyperMILL in Germania

In Germania l’industria delle macchine utensili è all’avanguardia. In questo settore, tuttavia, solo raramente si registrano innovazioni di straordinaria entità. Una delle poche eccezioni è costituita dai centri di lavorazione della società Metrom, con sede ad Hartmannsdorf, dotate di una cinematica parallela a 5 aste, che offre numerosi vantaggi. Queste speciali macchine utensili vengono programmate tramite il sistema CAM hyperMILL

A prima vista si rimane stupiti e ci si chiede spontaneamente se si tratta davvero di un centro di lavorazione o di un oggetto non identificato proveniente da un altro pianeta.
Il termine “cinematica articolare ad aste” non è del tutto nuovo, ma funziona davvero? Persino chi scrive nelle riviste specializzate non nasconde un certo scetticismo. Diffidenza che però risulta ingiustificata se si esaminano le nuove macchine utensili della Metrom Mechatronische Maschinen GmbH, con sede ad Hartmannsdorf nei pressi di Chemnitz (Sassonia). I numerosi premi conferiti a questa società, ultimo fra i quali il premio intec, parlano da sé.

Ma partiamo dall’inizio. Come tante altre innovazioni nel campo delle macchine utensili, anche questa ha le sue origini nel Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (Istituto Frauenhofer per le macchine utensili e la tecnologia di trasformazione) di Chemnitz, prestigiosa istituzione presso la quale aveva lavorato in precedenza Michael Schwaar, fondatore di Metrom. “Il nostro istituto ha sviluppato la prima macchina utensile tedesca con cinematica articolare ad aste.

Purtroppo la realizzazione della macchina a livello industriale procedeva con lentezza”, ricorda Schwaar. Fu precisamente questa circostanza a convincerlo, nel 2001, a fondare la società Metrom.

L’avventura ebbe inizio in un centro tecnologico, con pochi dipendenti. “Lo spazio a disposizione era talmente ristretto, che eravamo costretti ad assemblare le nostre prime macchine direttamente presso le sedi dei clienti”, continua Schwaar. L’iniziativa ha avuto successo e lo sviluppo dell’azienda e dei suoi prodotti è stato estremamente positivo. Oggi Metrom può vantare una sede propria, situata in un moderno parco industriale alle porte di Chemnitz, e il numero di dipendenti è salito a circa una ventina.

Tecnologia innovativa – risultati di prim’ordine

Le macchine di Metrom si basano sui seguenti elementi fondamentali:

–   Un telaio a forma di icosaedro, ottimizzato al massimo mediante programmi basati sul metodo degli elementi finiti e caratterizzato da altissima rigidità e leggerezza.

–   Cinematica parallela composta da cinque aste, rappresentate come sistema a ricircolo di sfere (diametro 63 mm). Sono collegate tramite snodi sia al telaio che al mandrino. Grazie a questa disposizione, sulle aste vengono esercitate fondamentalmente solo forze orizzontali (trazione e spinta). Nel caso di viti a ricircolo di sfere da 63 cm ciò non comporta modifiche formali degne di nota. Il risultato, a prescindere dalla rigidità del telaio, è un’elevata precisione di lavorazione del grezzo. Metrom garantisce una precisione di volume di +/- 10 µm.

–   I motori di azionamento per gli avanzamenti sono disposti in modo tale che i dadi dei sistemi a ricircolo di sfere corrispondenti sono al tempo stesso i rotori. Inoltre, i motori sono motori lineari con avvolgimenti e vengono regolati in modo conforme. “Questi motori sono stati sviluppati e in gran parte anche costruiti da noi”, spiega Schwaar. Questo garantisce la necessaria qualità.

–   Un concetto di sistema di comando in grado di controllare i requisiti della cinematica parallela a 5 aste.

Questa concezione di base offre una serie di vantaggi: “Viene messo in movimento soltanto circa il 10% della massa di una macchina convenzionale dello stesso volume. Ne risultano forze più piccole durante le accelerazioni e viene consumata una quantità di energia notevolmente inferiore”, spiega Schwaar.

Le masse più piccole consentono una dinamica elevata. Le macchine di questo tipo sono di dimensioni notevolmente più ridotte rispetto ai centri di lavorazione convenzionali, offrendo al contempo il medesimo spazio di lavoro.

È possibile eseguire diversi tipi di lavorazione quali fresatura, tornitura, fresatura e tornitura, tornitura non circolare, fresatura non circolare o taglio laser per diversi tipi di materiale, quali sabbia per fonderia, metalli leggeri ed acciaio, fino ai materiali Inconel ed Alloy. Queste caratteristiche collocano i centri di lavorazione Metrom tra le macchine più universali oggi disponibili sul mercato.

Su questo concetto di base sono stati realizzati vari tipi di macchina, fra cui un modello trasportabile, macchine con tavola circolare, macchine con struttura Gantry con tavola circolare (sesto e settimo asse NC). Questi modelli si differenziano per quanto riguarda lo spazio di lavoro, la tavola circolare, il peso e le dimensioni.

Come esempio viene fornita una descrizione più dettagliata del centro di lavorazione a 5 assi PG 2040:

  • Struttura Gantry con tavola statica
  • Dimensioni del grezzo: 2000 mm x 2000 x 1000 mm
  • Peso del grezzo: fino a 7000 kg
  • Diametro della tavola: NC 2000 mm
  • 2 mandrini principali: rispettivamente 15000 e 24000 rpm
  • Accelerazione in tutte le direzioni: 10 m/s2
  • Sistemi di controllo: Andronic 2060, Sinumerik 840 D sl

“Questa macchina consente di eseguire con enorme efficacia la lavorazione di grezzi di grandi dimensioni”, assicura Schwaar, “il volume di truciolatura per l’acciaio è di circa 4 kg/min.”

Per quanto concerne la creazione di programmi NC, per questa macchina (come del resto per tutti gli altri modelli), Metrom si affida al sistema CAM hyperMILL di Open Mind.

Flessibilità che consente di soddisfare qualsiasi necessità

Quando è giunto il momento di scegliere un sistema CAM adatto per Metrom, la decisione è andata a favore di hyperMILL. Citando ancora Schwaar: “Avevamo già utilizzato questo sistema al Fraunhofer Institut. Dunque sapevamo che era in grado di gestire in maniera adeguata le nostre esigenze. Inoltre, i rapporti con Open Mind sul piano umano erano ottimi, quindi non abbiamo dovuto riflettere a lungo. Abbiamo acquistato e il sistema e lo abbiamo messo in funzione.”

Lo scopo di utilizzo principale della macchina è la realizzazione di pezzi della clientela che devono essere sottoposti a una lavorazione esemplare in fase di progettazione, al fine di dimostrare che la procedura funziona correttamente. “Per questo scopo hyperMILL offre, grazie alla sua vasta gamma di funzioni, un margine di azione sufficiente per programmare le parti con tutti i dettagli possibili”, spiega Schwaar, riepilogando le sue esperienze in materia. Naturalmente vengono programmati con hyperMILL anche i componenti delle macchine Metrom.

Il ciclo di lavorazione prevede che le parti non di propria produzione vengano in genere acquisite attraverso l’interfaccia STEP. Il programma NC viene creato sulla base delle superfici. Le funzioni utilizzate più frequentemente sono ad esempio la sgrossatura a Z costante o la fresatura a elica con una o due curve.

Dopo il calcolo dei percorsi NC segue una semplice simulazione, che serve principalmente a riconoscere la rispettiva inclinazione dell’utensile. Segue l’esecuzione del postprocessor. Metrom utilizza un postprocessor che viene adattato per i compiti da eseguire.

Poiché questo sistema funziona benissimo da anni, Metrom offre hyperMILL anche alla propria clientela. Ai clienti che scelgono il software hyperMILL, l’azienda fornisce anche un supporto CAM. In questo caso la macchina, il sistema di controllo e il sistema CAM sono armonizzati fra loro in modo ottimale.

Infine resta solo da constatare che, anche con macchine fuori del comune, i hyperMILL consente di creare in modo produttivo e sicuro programmi NC in grado di soddisfare pienamente le esigenze dei clienti.

Nel frattempo i centri di lavorazione Metrom hanno raggiunto un livello tale di perfezione, che non esistono più ostacoli alla produzione in serie. Non vi è dubbio sul fatto che queste macchine abbiano contribuito ad arricchire il settore delle macchine utensili in Germania.

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