UTENSILI, MACCHINE
UTENSILI, MACCHINE (XXXIV, p. 856)
MACCHINE Nell'ultimo decennio, specie per le necessità di produzioni belliche, notevole è stato il progresso delle macchine utensili; per progresso va inteso, in questo campo, non innovazione fondamentale, ma l'aumento della produttività (velocità di taglio e sezioni di truciolo), l'incremento dell'automatismo (risparmio di manodopera, soprattutto specializzata; alleggerimento della fatica fisica e mentale dell'operatore, uniformità di prodotto) e della precisione, nonché la riduzione dei rischi d'infortunio per l'operatore, ottenuta con l'adozione di sempre più numerosi ed efficaci dispositivi di sicurezza.
Così sono stati creati per esempio: nuovi e più potenti, rigidissimi e velocissimi tornî per lavorare con utensili guerniti di placchette in carburi duri, a spoglia superiore negativa; fresatrici universali e fresatrici-pialle più potenti, più rigide e più veloci, dotate di frese a coltelli riportati, lavoranti col medesimo principio e col fuso di lavoro provvisto di un vero e proprio volano stabilizzatore inteso ad evitare per quanto possibile le vibrazioni torsionali, pericolosissime per tali fragilissimi utensili e dannose alla buona finitura del pezzo in lavoro; rettificatrici per la rettifica in massa di pezzi sagomati, impieganti mole profilate e successivamente rigenerate, mediante rotolamento, da rulli sagomatori "di lavoro" e "campioni"; rettificatrici per la rettifica in massa dei fianchi dei denti di ingranaggi temperati, con mole-vite lavoranti con procedimento continuo di generazione per rotolamento reciproco; macchine per la raschiatura in massa di ingranaggi non temperati (o prima di tempera) mediante utensile conformato a ruota dentata elicoidale, rullatrici per ingranaggi non temperati, impieganti ingranaggi-utensili durissimi che operano, per semplice rotolamento sotto carico radiale, la lucidatura dei fianchi dei denti in lavoro; macchine analoghe al tornio per l'attuazione della superfinitura, ecc.
Altre recentissime macchine utensili, importanti e completamente nuove sono: una rettificatrice pantografica per punzoni e stampi con mola dotata di moto alternato automatico lungo le generatrici del punzone, che esegue anche dal pieno, con estrema precisione e grande rapidità, sul pezzo temperato i lavori che prima venivano sgrossati mediante macchine pantografiche del tipo delle fresatrici o stozzatrici sul pezzo dolce, e poi finiti laboriosamente a mano sul pezzo temperato; una fresatrice pantografica tridimensionale per la fresatura di pezzi complicati copiando su sagoma in materiale tenero; una rettificatrice senza centri per la filettatura in massa di viti corte (anche dal pieno) temperate o meno, dotata di una mola a solchi cilindrici, che opera automaticamente una prima passata di sgrossatura con avanzamento radiale di profondità ed una successiva passata di finitura con avanzamento assiale; un tornio semiautomatico per il rapido taglio delle viti, caratterizzato essenzialmente dal movimento di avanzamento longitudinale comandato da una camma (a spirale di Archimede), e impiegante un utensile di Widia; una tracciatrice-alesatrice verticale, con velocissima mola animata da moto planetario, che corregge nei fori le deformazioni di tempera.
Parzialmente nuove sono le seguenti macchine: un tornio automatico ad un fuso che ha il pezzo rotante e contemporaneamente dotato di avanzamento di lavoro (con conseguente possibilità di più di due operazioni contemporanee) ed è equipaggiato con sei utensili trasversali (cilindratori, formatori e troncatori) e sei utensili longitudinali (specialmente foratori, alesatori, scavatori e filettatori), collocati su torretta a tamburo orizzontale e dotati di avanzamenti e rotazioni indipendenti; perfezionati modelli di tornî idrocopianti e di dispositivi idrocopianti per tornî, eseguenti la riproduzione automatica (ad avanzamento trasversale controllato idraulicamente) di pezzi a profilo curvo e accidentato; una fresatrice verticale a copiare per attrezzisti e stampisti, con controllo automatico idraulico dell'arresto di profondità; una fresatrice verticale per stampi dotata di fuso di lavoro ad avanzamento planetario orizzontale, manuale e automatico (oltre ai soliti avanzamenti rettilinei), per la costruzione di stampi di conformazione preponderantemente torica; rettificatrici per guide di macchine utensili, che consentono l'impiego di ghise durissime e resistenti all'usura per le incastellature relative; brocciatrici idrauliche per profili esterni, che assicurano produzioni di massa, a costi ridottissimi, dei pezzi più svariati di piccola e media meccanica, là dove non è adottabile la fusione o lo stampaggio; segatrici a nastro, con denti e senza denti (queste ultime lavoranti per fusione locale del pezzo, dovuta al forte calore di attrito generato dalle altissime velocità), dotate di un pratico dispositivo per la rapida saldatura del nastro continuo stesso, che, in caso di contorni interni, va rotto all'inizio e alla fine dell'operazione di segatura.
Su recentissime affilatrici a mola per frese di forma, il lavoro viene eseguito copiandone il profilo con una sagoma in lamiera metallica. Alcune affilatrici-sagomatrici di frese, maschere e simili lavorano su analoghi principî, con un cinematismo di trasmissione pantografico; altre sono munite di un proiettore, che proietta su uno schermo di vetro smerigliato il disegno del profilo e l'immagine del pezzo in lavoro, entrambi ingranditi 50 volte, cosicché l'operatore lavora per confronto diretto a sovrapposizione.
Un posto a sé occupano le macchine speciali per lavorazioni di grandi serie, ad operazioni multiple ed a ciclo completamente automatico (generalmente elettrico o idraulico), che talvolta assumono dimensioni imponenti; tali sono ad esempio le grandi foratrici-alesatrici per monoblocchi di motori a combustione interna (dove trovano largo impiego le unità idrauliche autonome di lavoro ed avanzamento, comunque disposte su sommarie incastellature, di volta in volta opportunamente conformate), i tornî automatici a più fusi orizzontali e specialmente verticali, le dentatrici per il lavoro contemporaneo di più pezzi anche diversi, le fresatrici-pialle a più teste per la spianatura dei predetti monoblocchi, ecc.
Anche i singoli complessi funzionali ed elementi costitutivi hanno avuto innovazioni e perfezionamenti. I complessi di comando e trasmissione della potenza al fuso di lavoro hanno visto aumentare numero e fittezza delle velocità disponibili, per la costante tendenza di adeguare sempre più perfettamente la velocità di taglio agli ottimi tecnologici sperimentali, per gamme sempre più ampie e fitte di dimensioni e materiali del pezzo e dell'utensile.
Nel campo dei cambî a gradini si è proceduto su tale via principalmente adottando motori elettrici fino a tre polarità (2; 4; 8 poli) che consentono di ottenere tre velocità, secondo la progressione 1; 0,5; 0,25, ad ingranaggi sempre in presa, con la semplice manovra di un commutatore elettrico; montando sull'albero del motore due ingranaggi a ruota "libera" contrariversa, di cui uno seguìto da una ruota invertitrice, si possono imprimere all'albero condotto sei velocità equiverse, mediante l'ulteriore aggiunta di un invertitore elettrico. Si sono introdotti anche i cosiddetti dispositivi "preselettori", intesi ad eliminare ogni sforzo mentale dell'operatore nella manovra delle leve del cambio e ad evitare false manovre.
Procedendo sulla via della moltiplicazione ed infittimento delle velocità disponibili, si è da tempo arrivati alla variazione continua della velocità con i cosiddetti variatori graduali. Questi sono stati in un primo tempo del tipo meccanico a frizione, che in genere consente campi di variazione un po' limitati (normalmente 5:1, eccezionalmente 10:1). Si ricorse in seguito alla regolazione ottenuta elettricamente mediante l'impiego dei motori regolabili a corrente continua (in compound o con avvolgimento in serie). Per la generazione della corrente continua si ricorse ai convertitori meccanici rotanti e, più recentemente, ai raddrizzatori ad ossido di rame, a vapori di mercurio e termoionici; i rapporti di regolazione sono così man mano saliti a valori altissimi (circa 100:1), pur sempre restando risolto in modo poco soddisfacente il problema della costanza della potenza, la quale in genere decresce con la velocità (coppia costante o insufficientemente crescente col calare dei giri). Gli ultimi tipi menzionati, costosi e di difficile manutenzione, sono stati sviluppati specialmente per il comando delle teste portapezzo di evolutissime rettificatrici universali. Nei mandrini per interni delle rettificatrici, che esigono velocità di rotazione altissime, frequenti ed amplissime variazioni di regime (in vista dei diametri necessariamente variabili della mola operatrice) e funzionamento molto dolce, si è di recente adottato (dopo il comando pneumatico, a caratteristica "giri-coppie" troppo elastica) il sistema a variazione di frequenza, montando direttamente sul fuso della mola il rotore di un motore asincrono ad alta frequenza, alimentato attraverso un variatore di frequenza sistemato nel basamento della macchina; si sono così ottenute velocità fino a 100.000 giri/min., con rapporti di regolazione praticamente infiniti e grande dolcezza di marcia (specialmente per l'assenza delle abituali cinghie di trasmissione e per essere il fuso montato su cuscinetti a sfere speciali lubrificati con getto d'aria e d'olio pol crizzato). Anche questo sistema comporta una coppia praticamente costante. Dolcezza di funzionamento, durata pressoché illimitata, potenza praticamente costante e rapporti di regolazione abbastanza alti (fino a 10:i con regolazione sulla sola pompa, e fino a 50:1 con regolazione sulla pompa e sul motore idraulico) si conseguono coi variatori idraulici: ma i rendimenti sono piuttosto bassi. Negli ultimi anni furono messi in commercio variatori e motovariatori idraulici completi adatti specialmente alle macchine utensili. Frequenti sono gli azionamenti idraulici lineari di lavoro e frequentissimi, e superiori agli altri sistemi, quelli di alimentazione a manovra rapida.
Nel campo delle manovre di controllo manuali (specialmente nel cambio delle velocità) si sono venuti recentemente introducendo i servomotori idraulici ed elettrici, che eliminano ogni sforzo manuale anche su macchine pesanti e semplificano segnatamente la trasmissione a distanza e fra complessi in moto relativo. I cicli di lavoro con movimenti di alimentazione, manovra rapida ecc., a comando e controlli automatici (specialmente idraulici) si sono man mano perfezionati, includendo anche le fasi finali di controllo dimensionale del pezzo e arresto della macchina; ciò vale specialmente per le rettificatrici per interni, le quali o provvedono automaticamente anche a più tipi successivi di diamantature della mola (a sgrossare e a finire) ed al suo successivo ritorno a quota di finitura, oppure imitano il lavoro dell'uomo facendo avanzare e ritirare a più riprese veri e proprî calibri a tampone (cilindrici). Nelle rettificatrici per esterni, invece, si fa largo uso automatico di apparecchi micromisuratori veri e proprî, operanti da relais per la diamantatura e il ritorno a quota finale della mola, nonché per l'arresto generale e per la messa in posizione di riposo dell'intera macchina. Un importante e recente sistema di azionamento e controllo idraulici, applicato allo spostamento di slitte e simili, si ha in un apparecchio a tavole misuratrici a coordinate ortogonali orizzontali, ove gli spostamenti idraulici delle slitte possono anche rispettare una sequenza automatica prestabilita e i successivi arresti a quota avvengono contro riscontri fissi, con la precisione di 0,01 mm. (tale apparecchio, impiegabile su fresatrici, su grandi trapani, ecc., surroga le alesatrici-tracciatrici e le fresatrici-tracciatrici vere e proprie, e dispensa dall'uso di maschere di foratura con le macchine non tracciatrici, come per esempio i trapani a bandiera, maschere troppo dispendiose nelle lavorazioni di piccole serie di pezzi). I circuiti idraulici di azionamento e controllo si sono sempre più affinati, per esempio con l'incorporazione di delicati dispositivi di compensazione degli effetti disturbanti delle variazioni di viscosità dell'olio con la temperatura, e di valvole differenziali assicuranti una contropressione, adeguata al carico, a valle del pistone motore della tavola di fresatrici-pialle e fresatrici universali, per ottenerne un avanzamento privo di scosse longitudinali al variare repentino del carico stesso e specialmente nella fresatura equiversa col pezzo.
Speciali e crescenti cure sono state dedicate ai cuscinetti a strisciamento di precisione dei fusi delle rettificatrici per esterni: dal tipo, non più spaccato, di bronzine ad aspirazione automatica del lubrificante e a tre generatrici di contatto si è arrivati ai sistemi a segmenti cilindrici (a tegolo) auto orientabili, che garantiscono la formazione dei cunei portanti di lubrificante e costituiscono una vera e propria estensione al caso cilindrico degli ormai vecchi segmenti Michell per cuscinetti reggispinta.
Relativamente ai materiali, si sono fatti sensibili progressi nelle ghise speciali per basamenti (al silicio e manganese), di buone proprietà di scorrimento e bassa usura; recentemente si è sviluppata la pratica di adottare su macchine di precisione guide riportate in acciaio, ricambiabili; perfezionati e sviluppati sono stati i materiali sintetici di tipo fibro-bakelizzato, per l'impiego nei cuscinetti e nelle ruote dentate silenziose.
Tra le disposizioni intese ad aumentare la sicurezza di funzionamento delle macchine utensili e quella dei lavoratori si citano: un interruttore elettrico a controllo barostatico, che impedisce l'avviamento del fuso di una rettificatrice finché la pressione dell'olio di lubrificazione non ha raggiunto un determinato limite inferiore, e un interruttore generale di sicurezza di una fresatrice, controllato dallo sportello della scatola delle ruote di ricambio, che impedisce la marcia della macchina finché detto sportello è aperto per le operazioni di cambio della velocità.