Dipartimento di Meccanica e Aeronautica
Università di Roma La Sapienza
Gestione dei
Processi Produttivi
Classificazione delle lavorazioni
per asportazione di truciolo
Classificazione secondo i movimenti
Moto di taglio
- rettilineo
- alternativo
- rotatorio
Moto di avanzamento
- continuo
- intermittente
Moto di registrazione
- per posizionare
l’utensile in prossimità
della zona di lavoro
Asportazione di truciolo
all’utensile
o al pezzo
36
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Gestione dei
Processi Produttivi
Classificazione secondo il contatto utensile pezzo
Continuo
Discontinuo
Monotaglienti
-
tornitura
limatura
piallatura
stozzatura
Bitaglienti
- foratura
Pluritaglienti
- brocciatura
Pluritaglienti
- fresatura
Taglienti indefiniti
- rettifica
Asportazione di truciolo
37
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Gestione dei
Processi Produttivi
Classificazione secondo il moto di taglio
Rotatorio
Rettilineo
Torni
(pezzo)
Limatrici
(utensile)
Trapani
(utensile)
Piallatrici
(utensile)
Alesatrici
(utensile)
Stozzatrici
(utensile)
Fresatrici
(utensile)
Brocciatrici
(utensile)
Rettificatrici
(utensile)
In genere è più facile mettere in movimento ad
elevata velocità l’utensile piuttosto che il pezzo
Asportazione di truciolo
38
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Gestione dei
Processi Produttivi
Tornitura
Moto di taglio:
pezzo
rotatorio
Moto di avanzamento: utensile
lineare
rettilineo o meno
Moto di registrazione: utensile
lineare
discontinuo
Moto di lavoro:
elicoidale
Asportazione di truciolo
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Gestione dei
Processi Produttivi
Struttura tornio
Elementi caratteristici del tornio:
4
2
1. bancale (guide)
2. testa (mandrino)
3
3. carro porta-utensile (torretta)
1
4. controtesta
Asportazione di truciolo
40
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Gestione dei
Processi Produttivi
Lavorazioni possibili
tornitura cilindrica esterna
tornitura piana esterna,
sfacciatura
Asportazione di truciolo
41
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Gestione dei
Processi Produttivi
tornitura esterna
di superfici complesse
tornitura interna
Asportazione di truciolo
42
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Gestione dei
Processi Produttivi
filettatura
interna/esterna
esecuzione di gole
Asportazione di truciolo
43
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Gestione dei
Processi Produttivi
troncatura
zigrinatura
Asportazione di truciolo
44
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Gestione dei
Processi Produttivi
Attrezzature per torni
modi di serraggio:
(a) tra punta e contropunta
con brida e disco menabrida
a
(b) con autocentrante dall’esterno
(c) con autocentrante dall’interno
b
(d) con autocentrante con griffe
c
d
tornibili
(e) con piattaforma a griffe
indipendenti
e
(f) con piattaforma e squadra
f
g
(g) su spina, tra punta e contropunta
(h) con trascinatore frontale, fra le punte
Asportazione di truciolo
h
45
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Gestione dei
Processi Produttivi
Utensile elementare di tornitura
posizionamento relativo
utensile / pezzo
sistema di riferimento
Asportazione di truciolo
46
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Gestione dei
Processi Produttivi
forma dell’utensile
angoli della sezione normale
angoli del profilo
α β γ
angoli di registrazione χ
Asportazione di truciolo
angolo di inclinazione λ
47
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Gestione dei
Processi Produttivi
Effetto di χ e λ sulla formazione del truciolo
χ = 45 , λ > 0
χ=0, λ
>0
χ=0, λ=0
χ = 45 , λ < 0
χ=0, λ
<0
Asportazione di truciolo
48
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Gestione dei
Processi Produttivi
Forze di taglio
Ft serve principalmente per la determinazione
della potenza di taglio (Fz)
Fa influenza inflessione utensile,
contribuisce (poco) alla potenza di taglio
Fa
Fr
Ft
Ft :
Fr
1 : 1/3 - 1/4
:
Fa
: 1/4 - 1/5
Asportazione di truciolo
Componenti della forza di taglio
Fr determina principalmente l’inflessione del
pezzo e quindi le tolleranze di lavorazione
non contribuisce alla potenza di taglio
49
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Gestione dei
Processi Produttivi
Individuazione della sezione del truciolo
A=h x b
h = a x sin χ
b = p / sin χ
a
A=axp
χ’
p
A = sezione del truciolo
h = spessore del truciolo
b = larghezza del truciolo
a = avanzamento per giro
p = profondità di passata
χ= angolo di registrazione del tagliente principale
ψ + ψ ‘ = angolo dell’utensile robustezza dell’utensile
Asportazione di truciolo
χ
ψ’
ψ
50
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Gestione dei
Processi Produttivi
Forza di taglio e potenza di lavorazione
Ft = Ks A = Ks a p = Kso h-z a p
Ks = pressione di taglio
Kso = pressione specifica di taglio
P = Σ Fi Vi = Ft Vt + Fa Va + Fr Vr
Vt = r ω = r 2 π n / 60 / 1000 = π d n / 60 / 1000
ω [rad / s]
n [giri / minuto]
Va = a n / 60 / 1000
r [mm]
a = [mm / giro]
Vr = 0
Vt , Va, Vr [ m / s]
60 s / min ; 1000 mm / m
Asportazione di truciolo
51
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Gestione dei
Processi Produttivi
P = Ft π d n / 60 /1000 + Fa a n / 60 / 1000 =
= n Ft ( π d + α a ) / 60 / 1000
essendo Fa = α Ft
con
α ∈ [ 1/4 - 1/5 ]
π≈3
d > alcuni mm
a < 1 mm
e quindi, essendo
π> α e d > a
si ha che
π d >> α a
e quindi si può trascurare la Pa
in conclusione
P = Ft Vt = Ft p d n = Ks a p π d n / 60 / 1000
Asportazione di truciolo
52
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Università di Roma La Sapienza
Gestione dei
Processi Produttivi
Tempo di lavorazione
t = L / Va = L / a / n * 60 * 1000
aumenta la rugosità
Va = a n / 60 / 1000
Per ridurre il tempo di lavorazione si può:
aumentare a
aumentare n
Vt = π d n / 60 / 1000
aumenta la potenza richiesta
Asportazione di truciolo
53
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Università di Roma La Sapienza
Gestione dei
Processi Produttivi
Rugosità nelle operazioni di tornitura
La rugosità teorica
dipende da fattori geometrici
La rugosità reale
dipende da:
- deformazioni plastiche
- vibrazioni
- dilatazioni termiche
differenziali
- attrito
- struttura cristallina
- velocità di taglio
(vt ⇑, Ra ⇓)
- angolo g
(g ⇑, Ra ⇓)
- raggio di raccordo fra i taglienti (r ⇑, Ra ⇓)
- profondità di passata
(p ⇓, Ra ⇓)
- avanzamento
(f ⇓, Ra ⇓)
- usura utensile
Asportazione di truciolo
54
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Gestione dei
Processi Produttivi
Rugosità teorica
I° caso: taglienti non raccordati
a
Rt
p
χ’
χ
a/2
Va
B
χ
H’
L
δ
χ’
A
H
C
a
D’
Linea di
δ compenso
D
0
Ra = 1 / L ∫ y dx = 1 / a (AHH’ + ABC + CDD’) = 1 / a ( 2 a/2 δ/2) = δ/2
e
Rt = 4 Ra (valida per profili simmetrici e lineari)
Asportazione di truciolo
55
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Università di Roma La Sapienza
Determinare: δ = δ ( a, χ1 , χ2 )
Gestione dei
Processi Produttivi
B
χ’
χ
a / 2 = a1 + a2
A
δ = a 1 tan χ = a2 tan χ’
a1
P
a2
δ
C
a/2
a1 = δ tan χ
a2 = δ tan χ‘
a / 2 = δ ( 1/tan χ + 1/tan χ‘ )
δ = a/2 / ( 1/tan χ + 1/tan χ‘ )
Ra = δ /2 = a/4 / ( 1/tan χ + 1/tan χ‘ )
χ
χ‘
a
Ra aumenta
( ruotare l’utensile vuol dire far variare in senso opposto χ e χ ’ e quindi le tangenti )
Asportazione di truciolo
56
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Università di Roma La Sapienza
Gestione dei
Processi Produttivi
2° caso: taglienti raccordati:
a
r
+
Si dimostra………
l’effetto dell’avanzamento è analogo (al quadrato)
l’effetto degli angoli di registrazione e sostituito dall’effetto del raggio di raccordo
Formula di Schmalzl
->
Ra = 1000/32 a2 / r
(valida se lavora solo la parte raccordata)
Asportazione di truciolo
a
[ mm ]
r
[ mm ]
Ra [ µm ]
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Università di Roma La Sapienza
Gestione dei
Processi Produttivi
Sequenza delle operazioni
e scelta dei parametri
grezzo
finito
-- fonderia
grezzo da
-- semilavorato da deformazione plastica
Asportazione di truciolo
58
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Università di Roma La Sapienza
Quanto deve essere asportato :
Gestione dei
Processi Produttivi
la differenza fra quota del grezzo e quota del finito
Htot è noto
In quante passate
Htot = H1 + H2 + …. + Hn
?
Elementi di valutazione:
tolleranze richieste
finitura superficiale richiesta
tolleranze / finiture
modeste poche passate, grande profondità
elevate molte passate, le ultime con piccola profondità
sgrossatura
semifinitura
Asportazione di truciolo
finitura
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Come deve essere asportato
:
Gestione dei
Processi Produttivi
il più velocemente possibile
il più economicamente possibile
compatibilmente con i vincoli di
------
tolleranze
finiture
forze
potenze
………
Il più velocemente possibile vuol dire
alla velocità di taglio ottima per il tempo
con l’avanzamento più grande possibile
Il più economicamente possibile vuol dire
alla velocità di taglio ottima per il costo
usurando gli utensili il meno posssibile
Compatibilmente con i vincoli vuol dire
……………..
Asportazione di truciolo
60
?
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Compatibilmente con i vincoli vuol dire che:
Parametri
Gestione dei
Processi Produttivi
le forze in gioco non devono essere troppo
elevate per evitare che il pezzo si infletta troppo
(scarse tolleranze) piccoli p e a
l’avanzamento deve essere adeguato per ottenere
la rugosità richiesta piccolo a
La Vt deve essere piccola per non usurare troppo
gli utensili
Utensili
l’utensile deve essere abbastanza robusto per non
rompersi sotto l’azione delle forze di taglio grande β
deve essere fatto con un materiale ‘povero’ per
non costare troppo
Macchine
la macchina deve essere abbastanza robusta per
non deformarsi sotto l’azione delle forze di taglio
la macchina deve essere abbastanza potente per
fornire adeguata Vt e F
Asportazione di truciolo
61
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Università di Roma La Sapienza
Tolleranze
Gestione dei
Processi Produttivi
materiale idealmente asportato
vr
Caso ideale: no forze
no deformazioni
rigidezza infinita
φ’
φ’’
p
va
F
Caso reale: forze
deformazioni
elasticità
materiale realmente asportato
Asportazione di truciolo
62
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Università di Roma La Sapienza
Gestione dei
Processi Produttivi
caso ideale
caso reale
mandrino autocentrante
caso reale
punta e contropunta
Asportazione di truciolo
63
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Università di Roma La Sapienza
Soluzione: ridurre le forze
ridurre la sezione del truciolo
Gestione dei
Processi Produttivi
ridurre p e a
Metodo del Ks
Riduzione di p:
aumenta il numero di passate
Riduzione di a:
aumenta il tempo della singola passata
Asportazione di truciolo
64
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Università di Roma La Sapienza
Gestione dei
Processi Produttivi
Finiture
Relazione di Schmalzl
Aumentare raggio dell’utensile
aumenta ingombro dell’utensile
Diminuire l’avanzamento
aumenta il tempo della passata
Asportazione di truciolo
65
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Università di Roma La Sapienza
Gestione dei
Processi Produttivi
Forze
Metodo del Ks
sul pezzo
forze troppo grandi basse tolleranze vedi sopra
sull’utensile
forze troppo grandi rischio rottura
aumento (piccolo) usura
sulla macchina
forze troppo grandi potenze elevate
deformazioni
danni e rischi vari
Asportazione di truciolo
66
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Università di Roma La Sapienza
Gestione dei
Processi Produttivi
Potenze
P = F Vt = Ks A Vt = Ks a p Vt
Se la potenza disponibile è inferiore alla potenza richiesta è necessario:
ridurre le forze riducendo l’avanzamento porta a:
ridurre le forze (a o p)
o
ridurre la velocità
finiture superficiali migliori
aumento dei tempi di lavorazione
ridurre le forze riducendo la profondità di passata porta a:
ridurre le forze riducendo la velocità di taglio porta a:
Asportazione di truciolo
tolleranze migliori
aumento dei tempi di lavorazione
minore usura utensili
aumento dei tempi di lavorazione
67
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Università di Roma La Sapienza
Ottimizzazione non vincolata ad un parametro
Gestione dei
Processi Produttivi
esiste sicuramente almeno una soluzione
Ottimizzazione vincolata multi parametri
Ottimizzazione vincolata pochi parametri
potrebbero non esistere soluzioni
Ottimizzazione vincolata ad un parametro
Asportazione di truciolo
68