Strumenti per barili – Quando, dove e perché?

Cosa sono gli strumenti per barili?

L’utensile a barile originale (noto anche come fresa a barile conica, fresa a segmento circolare, fresa a forma di barile o segmento circolare) esiste da un paio di decenni e i suoi usi sono molto limitati. A forma di barile con due raggi di curvatura uguali e utilizzato per produrre scanalature con pareti curve, l’utensile a barile non è mai salito alla ribalta fino a tempi più recenti.

Con le capacità sempre maggiori delle macchine utensili CNC a 5 assi e dei software CAM di alto livello, è diventato evidente che questo tipo di utensile poteva essere sviluppato in varie forme per risolvere i problemi di progettazione e programmazione. Le basi fondamentali del design dell’utensile sono le stesse, ovvero prendere un segmento di cerchio e utilizzare quell’arco per formare il bordo di taglio, in modo da ottenere una maggiore flessibilità dell’area di contatto. Esistono quattro tipi principali di “nuovi” design di utensili a barile che comprendono geometrie come la forma conica, la forma tangenziale, la forma a lente e la Forma F.

Ogni utensile ha un raggio, sia lungo la scanalatura che lungo i raggi terminali. In questo modo è possibile ottenere una velocità di riduzione (o di superamento per l’utensile Lens) maggiore rispetto a quella ottenibile con altri utensili convenzionali, come le punte a sfera o le frese con raggio d’angolo.

Perché sono stati sviluppati gli strumenti a botte?

C’è stata una grande spinta a ridurre i tempi di ciclo per la sgrossatura dei pezzi. Sono stati coinvolti tutti, dai costruttori di macchine utensili, ai produttori di portautensili, ai fornitori di attrezzature, ai fornitori di lubrificazione, alle aziende di software CAD/CAM (ad esempio OPEN MIND Technologies con Hypermill®, NX CAM® di Siemens, SolidWorks® di Solidcam, Fusion 360® e PowerMill® di Autodesk e Tebis) e naturalmente i produttori di utensili da taglio.

Nel corso degli anni sono stati sviluppati diversi utensili da taglio che hanno permesso di migliorare notevolmente i tempi di ciclo. Il processo di finitura è stato il successivo e, con l’aumento della domanda di componenti leggeri con finiture superficiali (Ra) più elevate, sono sorte altre sfide.

Concentrandoci sugli utensili per la finitura, gli utensili più adatti erano le frese con raggio d’angolo o le frese a punta sferica; queste ultime sono le più utilizzate. Questi utensili sono stati utilizzati su un’enorme varietà di superfici, con tempi di ciclo molto lunghi a causa delle limitazioni del diametro dell’utensile e del piccolo passo di riduzione (ap) necessario per ottenere la finitura superficiale richiesta. L’unico modo per aumentare il passo di riduzione era quello di utilizzare un utensile di diametro maggiore, il che si è rivelato impraticabile a causa dell’accesso limitato e del potenziale di collisione. Per questo motivo è stato necessario affrontare il problema. Dovevamo sviluppare un utensile che permettesse una maggiore riduzione senza perdita di finitura Ra e che potesse essere utilizzato anche in aree ristrette.

Capire il concetto

La fresa a sfera si basa su un cerchio e la riduzione è limitata all’area di contatto del taglio. In genere si calcola la velocità di riduzione (ap) = 0,02XD1. Ad esempio, una punta a sfera di 10 mm di diametro può raggiungere una velocità di riduzione (ap) di 0,20 mm. Pertanto, per aumentare la velocità di riduzione di 3 volte, il diametro dell’utensile dovrebbe essere di 30 mm, il che sarebbe costoso e poco pratico nella maggior parte delle applicazioni.

Tuttavia, prendendo il segmento di quel diametro di 30 mm e adattando l’arco per formare la scanalatura dell’utensile da taglio, nota come raggio effettivo (Rw), il risultato sarebbe una riduzione probabile di 3 volte quella del naso a sfera (cioè 0,6 mm invece di 0,2 mm).

Strategie CAM

Con il nuovo design dell’utensile, il problema si sposta sul percorso utensile e sulla strategia, poiché gli utensili devono essere inclinati a vari angoli per consentire il contatto di taglio lungo tutto il raggio della scanalatura. Questo ha fatto sì che le macchine a 5 assi e le strategie CAM fossero parte integrante del futuro del concetto di utensile a barile.

OPEN MIND Technologies è stata la prima azienda CAM a sviluppare strategie che hanno permesso di utilizzare questo nuovo tipo di utensile. La fresa a barilotto conico è stato il primo utensile sviluppato e integrato da OPEN MIND per il suo sistema CAM hyperMILL per migliorare quella che l’azienda chiama la strategia di “lavorazione sul piano tangente“. Gli utensili a barilotto conico impiegati in questa strategia possono ridurre i tempi di lavorazione fino al 90% durante la lavorazione sul piano tangente.

L’allineamento e l’annidamento automatico degli utensili a barile conico di hyperMILL fa parte della strategia “MAXX Machining” dell’azienda per il taglio ad alte prestazioni (HPC). Questa strategia supporta automaticamente il controllo della geometria e delle collisioni di frese a barile conico, frese a barile tangenziale e utensili a lente. Altri fornitori di CAM hanno poi sviluppato soluzioni adatte agli utensili.

Confronto tra la canna e la palla

Una recente dimostrazione che ha utilizzato la strategia di lavorazione MAXX e una Mazak i-400 con utensili a barilotto conico forniti dalla Quickgrind di Tewkesbury ha messo a confronto un utensile a punta sferica di 10 mm di diametro e un utensile a barilotto conico con un raggio di 500 mm su un gambo di 10 mm.

Utilizzando una piccola strategia di passo di 0,2 mm, l’utensile a punta sferica si è confrontato male con l’utensile a barile conico, che aveva un passo di 3 mm. Il risultato è stato una distanza di percorrenza del percorso utensile di 100 m per l’utensile a sfera rispetto ai 7 m dell’utensile a botte. Il tempo di lavorazione con l’utensile a sfera è stato di 39 minuti, mentre l’utensile a barilotto conico ha completato l’operazione in soli tre minuti.

Componenti e caratteristiche

Agli esperti di utensili da taglio come Quickgrind viene spesso chiesto: dove si applicano gli utensili per barili? Non c’è una risposta diretta. Piuttosto che pensare a quali componenti possono essere lavorati, è meglio pensare ai tipi di componenti che generalmente si lavorano e a quali caratteristiche all’interno di questi pezzi hanno tempi di ciclo sostanziali che si vorrebbero ridurre.

Queste sono alcune domande che possono aiutare gli ingegneri che prendono in considerazione gli strumenti per le botti:

• Hai dei pezzi che richiedono molte rifiniture?
• Quali sono le funzioni che richiedono più tempo per essere completate?
• Ci sono elementi che si trovano in aree difficili da raggiungere?
• Ci sono problemi di portata dovuti alla sporgenza degli utensili o ai cavalletti?
• Le tue macchine hanno capacità simultanee a 5 assi?
• Il tuo software CAM dispone di strategie avanzate per la programmazione di frese a barile coniche e utensili per lenti?

Una volta che hai preso in considerazione queste domande e se vuoi approfondire le opzioni, è il momento di contattare Quickgrind. In un breve periodo di consulenza, Quickgrind avrà un’idea precisa di come la sua tecnologia possa supportare la tua attività. Gli unici limiti sono le proprietà fisiche del componente e la dinamica della macchina utensile.

Tipi di strumenti per barili e come faccio a sapere quali usare?

In Quickgrind siamo convinti di non voler mai limitare noi stessi o i nostri clienti e partner concentrandoci su utensili “fuori serie”. Considerando la nostra etica, abbiamo applicato una filosofia di “Infinite possibilità” in tutta la nostra azienda. Abbiamo spiegato i tipi di utensili di base, ma la domanda che ci viene sempre posta è: qual è la vostra gamma?

In genere, i produttori di utensili da taglio pubblicano cataloghi di prodotti con una vasta gamma di tipi di design di utensili e una vasta tabella di dimensioni. Noi di Quickgrind riteniamo che sia giunto il momento di cambiare, di tagliare i ponti con le limitazioni dei cataloghi e di richiedere l’utensile giusto per il tuo lavoro.

Con le moderne tecnologie delle macchine utensili e i software CAM, abbiamo la possibilità di apportare continui miglioramenti, ma ciò sarà limitato solo dall’utensile da taglio prodotto e utilizzato. Noi di Quickgrind diciamo “perché limitarsi quando possiamo realizzare praticamente qualsiasi fresa di cui hai bisogno” per ottimizzare i tuoi percorsi utensile e le tue strategie di taglio.

Quindi, le considerazioni da fare sugli utensili per barili non sono diverse da quelle di qualsiasi altro utensile in termini di dimensioni. In primo luogo, è necessario scegliere un utensile di diametro adeguato per garantire una buona resistenza durante la lavorazione, con una lunghezza complessiva e una lunghezza delle scanalature il più possibile ridotta per ottenere il risultato più sicuro. Con un utensile a barilotto, gli ingegneri devono considerare l’angolo di inclinazione richiesto e il raggio della scanalatura più pratico per ottenere la finitura e la velocità di discesa desiderate.

Questo dipende spesso dal funzionamento del tuo software CAM, quindi dovrai contattarlo e capire le sue strategie e poi contattare Quickgrind per la progettazione dell’utensile. Per dare agli ingegneri un’idea delle dimensioni e delle possibilità offerte dagli utensili a cilindro conico, ecco alcuni esempi e indicazioni:

In generale, usa il diametro più grande e la lunghezza più corta per dare maggiore stabilità e forza all’utensile.

La lunghezza delle scanalature dipende dal diametro e dal raggio della scanalatura.

I diametri delle estremità delle sfere possono essere realizzati in base alle tue caratteristiche, ma ricorda che l’utensile a barilotto è “due utensili in uno”.

Dai un’occhiata alla nostra gamma di attrezzi per barili qui.