FRESATRICE
FRESATRICE (fr. machine à fraiser; sp. fresadora; ted. Fräsmaschine; ingl. milling machine)
Macchina utensile per la lavorazione dei metalli, caratterizzata dall'impiego dell'utensile fresa.
L'idea di utilizzare nella lavorazione dei metalli un utensile da taglio ruotante è antica e se ne hanno tracce verso il 1664. Nel sec. XVIII si trovano tracce di frese di forma per il taglio dei denti d'ingranaggi. Le prime rudimentali macchine di carattere industriale, utilizzanti la fresa, furono impiegate in fabbriche d'armi americane verso il 1818.
Il progresso delle fresatrici è legato a quello della fresa: l'impiego di materiali adatti, la possibilità di usare trattamenti termici capaci di dare la durezza necessaria all'utensile senza eccessiva fragilità, la possibilità di affilare le frese senza doverle ricuocere, l'introduzione delle macchine affilatrici, l'uso delle frese con denti a profilo costante (brevettate in America nel 1664) rappresentano elementi che uniti alle doti di precisione, semplicità di condotta e rapidità di esecuzione, hanno largamente influito sullo sviluppo e sulla diffusione moderna delle fresatrici.
La fresatrice è costituita da un'incastellatura di forma appropriata e da un insieme di meccanismi capaci di far assumere all'utensile il moto relativo, rispetto all'oggetto in lavorazione, occorrente per ottenere su quest'ultimo una superficie determinata in relazione alla forma dell'utensile impiegato. Nelle fresatrici l'utensile ha sempre il moto di lavoro costituito da una rotazione intorno all'asse della fresa con velocità angolare costante, mentre il moto di alimentazione è in genere attribuito all'oggetto lavorato e in alcuni casi all'utensile o contemporaneamente all'oggetto e all'utensile.
Nelle fresatrici, come in tutte le macchine utensili, si distinguono gli organi per ricevere il movimento trasmesso dal motore quando quest'ultimo non sia direttamente accoppiato, il meccanismo per dare e togliere movimento (puleggia fissa, folle, innesto a frizione, ecc.), il meccanismo di trasmissione del movimento di lavoro all'albero portafresa, il meccanismo per la realizzazione del moto di alimentazione. La velocità periferica della fresa o velocità di taglio, misurata in metri al minuto primo, deve essere stabilita in base alle proprietà del materiale lavorato, agli elementi e alle modalità del taglio (profondità della passata, avanzamento, ecc.), al materiale da cui è costituito l'utensile e ai trattamenti termici da questo subiti, alla potenza disponibile, alla maggiore o minor finitezza richiesta per la superficie lavorata, ecc.; è necessario quindi poter variare il numero dei giri dell'albero portafresa in relazione al diametro della fresa e alla velocità di taglio richiesta.
Le fresatrici sono di conseguenza provviste di un cambio di velocità il quale può consistere in una trasmissione per cinghia con puleggia a gradini eompletata da un ruotismo, o, nelle macchine monopulegge (così dette perché al posto della puleggia a gradini hanno una sola puleggia per ricevere il moto trasmesso) e in quelle con motore direttamente accoppiato, da un insieme di ruotismi di schema diverso secondo i varî costruttori, comandabile dall'esterno per mezzo di leve. La successione dei numeri di giri disponibili nell'albero portafrese è nelle macchine moderne una progressione geometrica, e il numero dei termini può essere assai aumentato senza maggiori complicazioni del cambio, con l'uso di un motore indipendente a numero di giri variabile.
Il moto di alimentazione è generalmente dipendente dal moto di lavoro e in tal caso la velocità di avanzamento, per moto di traslazione, si suole esprimere in millimetri per giro di fresa, ma può essere da quello del tutto indipendente (in qualche caso anche comandato da motore distinto) e allora la sua velocità si esprime in millimetri al minuto primo. L'indipendenza dei due movimenti può rappresentare un pericolo per la macchina, qualora non si disponga di sistemi di sicurezza, nel caso in cui, per qualsiasi ragione, si abbia un arresto o un rallentamento nel moto di lavoro.
Anche la velocità di avanzamento deve poter assumere valori diversi e quindi il meccanismo di alimentazione deve rendere possibile la modifica del rapporto di trasmissione, ciò che in pratica si ottiene con forme costruttive diverse che vanno dalla trasmissione con cinghia e pulegge a gradini, ai ruotismi da comporsi e da montarsi sulla macchina di volta in volta, ai cambî veri e proprî di velocità a ingranaggi comandabili dall'esterno con leve.
Alcune fresatrici moderne hanno il moto di alimentazione con comando indipendente idraulico. In questo caso si può ottenere una variazione continua nei valori delle velocità di avanzamento tra il massimo e il minimo realizzabili sulla stessa macchina e, mantenendo costante la pressione nel cilindro motore, si possono, se non eliminare, almeno ridurre gl'inconvenienti sopra indicati per il comando indipendente del meccanismo di alimentazione. Su queste macchine è possibile far variare automaticamente o no la velocità di alimentazione anche durante il lavoro stesso.
Il meccanismo di alimentazione deve permettere anche il moto retrogrado del portaoggetti. Il moto retrogrado avviene in genere con velocità maggiore nel caso di corsa a vuoto e può assumere invece tutti i valori realizzabili per l'alimentazione nel caso di macchina a doppia corsa utile.
Le fresatrici assumono forme costruttive diverse secondo i lavori cui sono destinate. Possono avere l'albero portafrese orizzontale (fresatrici orizzontali; fig. 2) o verticale (fresatrici verticali; fig. 3). Su talune macchine l'albero portafresa può assumere orientamenti diversi nello spazio (fig. 5) e allora le fresatrici vengono chiamate universali. Alcune fresatrici possiedono più alberi portafrese in modo da poter lavorare contemporaneamente superficie diverse (fig. 4). Il portaoggetti è costituito da più slitte che possono assumere movimenti di traslazione secondo tre direzioni ortogonali e in alcune macchine anche ruotare intorno ad un asse verticale. Caratteristica è la forma del portaoggetti nelle fresatrici universali (fig. 6) brevettate nel 1865 da J. R. Brown in America, il quale permette al pezzo lavorato, sostenuto tra punta e contropunta, di assumere un moto elicoidale risultante di una traslazione e di una rotazione intorno a un asse parallelo alla direzione della traslazione stessa. L'asse del moto elicoidale poi può assumere un'inclinazione determinata rispetto all'asse di rotazione della fresa. Con tale mezzo possono ricavarsi su un cilindro delle scanalature elicoidali di passo assegnato e di sezione data. Poiché la testa portaoggetti è in queste macchine munita di divisore, il pezzo a fermo può essere fatto ruotare di una frazione voluta di circonferenza e in tal modo è resa possibile l'esecuzione di ruote dentate cilindriche a dentatura dritte o elicoidali. L'orientabilità poi della testa portaoggetti permette anche la lavorazione delle superficie coniche. Tutte le fresatrici sono disposte in modo da consentire l'esecuzione a mano dei movimenti necessarî all'inizio della lavorazione.
Le fresatrici descritte consentono l'esecuzione di lavori svariatissimi: lavorazione di superficie piane, sagomate, di rivoluzione, scanalature di fomia diversa, ingranaggi cilindrici a denti diritti ed elicoidali, ecc., la notevole rapidità di lavoro e la precisione che si ottengono con le fresatrici, hanno fatto preferire queste macchine ad altre destinate all'esecuzione degli stessi lavori (così le pialle sono largamente sostituite nell'industria moderna da fresatrici). La possibilità di riprodurre superficie di forma determinata con estrema esattezza per un numero molto grande di volte con l'impiego di frese con denti a profilo costante ha diffuso l'impiego di queste macchine nel campo delle costruzioni meccaniche di serie in genere e, con macchine generalmente specializzate, nell'esecuzione delle ruote dentate, delle viti, ecc.
La tendenza moderna è verso le forti produzioni che si ottengono con macchine robuste utilizzando spesso utensili con elementi riportati di carburo di tungsteno. La differenza costruttiva tra le macchine per lavori generici e quelle per lavori in serie è sempre più sensibile. Le seconde tendono a specializzarsi per determinati lavori, assumono forme sempre piu semplici e robuste con elevato grado di precisione e impiegano in sempre più larga scala l'automatismo dei movimenti. Le fresatrici hanno larga applicazione nel campo delle macchine a copiare; in queste il moto relativo del pezzo rispetto alla fresa è guidato da un modello che permette l'esecuzione di una superficie determinata in relazione allo schema cinematico della macchina stessa. Dell'importante applicazione delle fresatrici con frese di forme o con frese a vite madre o creatori al taglio delle ruote dentate si parla sotto la v. ingranaggi.