Si può fare di più

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Le macchine operatrici e i centri di lavoro a controllo numerico sono ormai una realtà diffusa. Ma i costruttori di Controlli Numerici riescono a trovare spazio per miglioramenti tecnologici.

I tempi sono difficili e stiamo assistendo a due trend apparentemente in controtendenza: da una parte aziende nazionali che dislocano la produzione nei paesi emergenti per ridurre i costi e non chiudere a causa della crisi congiunturale che grava sull’Europa e dall’altra grandi aziende manifatturiere che, dopo l’esperienza all’estero, proficua dal punto di vista dei costi ma spesso negativa in relazione alla qualità, riportano la produzione nel nostro paese. Dunque sembrerebbe proprio la qualità uno dei parametri fondamentali che può consentire di riattivare il ciclo economico nel nostro paese. Poiché l’Italia è, ed è stata, protagonista mondiale in campo manifatturiero meccanico nel duplice ruolo sia di costruttore di macchine di produzione tecnologicamente avanzate sia di realizzatore di prodotti meccanici finiti a elevata tecnologia, si può ipotizzare che le macchine a controllo numerico e i centri di lavoro, nel corso degli anni, dovranno rispondere a parametri di lavoro che diverranno sempre più stringenti.

Il costo energetico è un fattore strategico

Una recente indagine certifica che, in linea generale, l’utilizzo di macchine a controllo numerico costituisce circa il 15% del consumo energetico di un impianto di produzione; dunque sistemi produttivi in grado di ridurre i consumi possono costituire una carta vincente nel tenere sotto controllo i costi.  Ma, in pratica, com’è possibile ridurre i consumi? Dato che i sistemi produttivi C.N. basano la propria operatività sull’uso di assi controllati sembra evidente che agire sul miglioramento dell’efficienza energetica dei servomotori sia una buona strada; in effetti lo sforzo di molti costruttori è proprio quello di agire sul versante tecnologico dei motori per garantire consumi ridotti senza dover rinunciare al potenziamento delle prestazioni, sia in termini di precisione nelle lavorazioni ad alta velocità sia in termini di affidabilità. Ovviamente il trend attuale delle azioni di miglioramento riguarda sia l’hardware (gli attuatori veri e propri e l’elettronica di controllo tramite l’utilizzo di processori di ultima generazione e componenti compatti ad altissima tecnologia) sia il software con l’implementazione nei drives dei motori di algoritmi di controllo sempre più perfezionati e performanti. È comunque interessante notare che la rincorsa alla maggior efficienza energetica si declina non solo a livello circuitale e sistemistico ma anche a livello componentistico-elettronico con l’utilizzo di semiconduttori (transistor e microprocessori) la cui miniaturizzazione ha oggi quasi raggiunto la stessa scala dei singoli atomi (nanometri ovvero miliardesimi di metro). Componenti elettronici così microscopici conducono correnti piccolissime che, a loro volta, provocano dissipazioni irrisorie con un conseguente notevole risparmio energetico. A ciò si aggiunga la capacità dei sistemi a C.N.C. di ultima generazione di costituirsi nodo su strutture di comunicazione a banda larga, tipicamente in fibra ottica, in grado di fornire risposte in tempo reale.

Precisione e velocità sono sempre più importanti per contenere i costi

In base all’attuale trend di sviluppo, l’offerta tecnica di molti costruttori si basa su macchine con risoluzione a livello nanometrico. Lo scopo non è generalmente quello di produrre pezzi con tolleranze di dimensionamento nanometriche (difficilmente apprezzabili nella maggior parte delle applicazioni) bensì quello di ottenere elevati gradi di perfezione e di finitura delle superfici. L’elevata risoluzione propria del controllo nanometrico esige però che i sistemi siano equipaggiati con datori di posizione a elevata risoluzione, nell’ordine delle decine di milioni di impulsi/giro, e che le lavorazioni possano avvenire a elevata velocità. Lavorare velocemente è però un obiettivo che spesso non va d’accordo con le specifiche di lavoro dell’utensile e le caratteristiche fisiche del materiale da lavorare o che può generare imprecisioni di lavoro per l’insorgere di vibrazioni. Dunque, più che aumentare la velocità di ogni singolo asse, la tendenza è quella di intervenire sull’efficienza del controllo velocizzando la capacità di interpolare gli assi per raggiungere i limiti fisici di lavoro degli utensili. Un altro aspetto interessante è legato all’efficienza esecutiva: nei controlli numerici più performanti il “look-ahead” può arrivare addirittura a un migliaio di blocchi.

Look-ahead: l’uovo (tecnologico) di Colombo

Letteralmente “guardare avanti”; ma cosa può guardare avanti un controllo numerico? A titolo di esempio si immagini di dover fresare una piccola superficie (diciamo pochi centimetri quadrati). La limitatezza dell’area di lavoro, di per sé, non consentirebbe accelerazioni tali da poter raggiungere la massima velocità di taglio propria dell’utensile con un evidente perdita di efficienza. Con la tecnica look-ahead il controllo della macchina si incarica del mantenimento della velocità di avanzamento più prossima possibile alla velocità massima programmata senza danneggiamento della parte. In altri termini, in maniera automatica, il controllo si incarica di stabilire il bilanciamento fra precisione e velocità di avanzamento ottimale. È come se un operatore regolasse la velocità migliaia di volte al secondo accelerando per lavorare velocemente o decelerando per rallentare il minimo necessario. Il meccanismo di base della regolazione look-ahead si basa sulla pre-lettura dei blocchi successivi a quello in esecuzione; in questo modo si raggiungono due scopi: da una parte la velocizzazione di cambio dal passo attuale a quello successivo e, dall’altra, una sorta di “predizione” sulla traiettoria e sul valore di velocità che l’utensile dovrà avere nell’immediato futuro. Ciò consente di evitare rallentamenti inutili e di rendere il più costante possibile la velocità di avanzamento. I benefici del look-ahed sono particolarmente evidenti nella realizzazione di superfici complesse come, per esempio, quella degli stampi.

I motori lineari

Nella logica di miglioramento continuo dell’hardware anche l’utilizzo dei motori lineari si sta rivelando una carta vincente nell’impiego di sistemi C.N. ad alte prestazioni; le difficoltà di implementazione legate allo smaltimento di calore e alla contaminazione da trucioli sono compensate dalla dinamica estremamente elevata di questo tipo di attuatori. Le alte velocità e le grandi accelerazioni ottenibili, unite all’utilizzo di sensori di classe elevata come righe ottiche e sistemi di rilevazione laser, consentono di ottenere alte velocità e, contemporaneamente, elevata precisione dei contorni.

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