Finitura e sgrossatura più veloci con gli azionamenti “gemelli”

Il centro di lavoro ad alta velocità RigiMill del costruttore svedese Modig è in grado di asportare quasi 16.400 centimetri cubi di trucioli (o 16,4 litri) di materiale solido in un minuto. Gli assi Y e Z del centro sono dotati di azionamenti gemelli con viti a ricircolazione di sfere HMD refrigerate di NSK. Anche i cuscinetti assiali e le guide a rulli per gli assi sono forniti da NSK.

di Elena Magistretti

Per i centri di lavoro utilizzati nell’industria aeronautica e aerospaziale, la velocità di asportazione truciolo è un parametro chiave, perché molti dei componenti centrali di grandi dimensioni, come le costole delle ali e altre parti strutturali, vengono fresate dal pieno. Ad esempio, parti che pesano oltre 100 kg possono essere ricavate da blocchi di alluminio di 4 tonnellate o più; quindi deve essere asportato praticamente il 97,5% del materiale.

I costruttori aeronautici richiedono velocità e precisione elevate
L’azienda svedese Modig Machine Tool è ben posizionata nell’esigente settore della lavorazione ad alta velocità di materiali quali alluminio, titanio, acciaio e compositi.
L’azienda sviluppa e costruisce macchine CNC ad altissime prestazioni utilizzate da aziende aerospaziali in tutto il mondo, fra cui Airbus, Boeing, SAAB, Sikorsky e Volvo Aero. Tutte le macchine Modig sono caratterizzate da livelli elevati di velocità e precisione, ma il modello a portale RigiMill definisce nuovi standard in questo ambito.
Si tratta di una macchina “due in uno”: una fresatrice per sgrossatura e finitura ad alta velocità.
La velocità è stata senza dubbio uno dei primi requisiti da soddisfare in fase di progettazione.
I clienti richiedono infatti sistemi a portale con cicli di lavorazione sempre più brevi.
Per lavorare i componenti strutturali di un aeroplano serve, però, anche la precisione ai massimi livelli; pertanto la rigidità degli assi della macchina è importante quanto la velocità. Il mandrino della RigiMill usa azionamenti gemelli sugli assi Y e Z con una precisione di posizionamento di 0,5 μm in entrambi i casi. I due motori elettrici operano in modalità master/slave.

Confermato lo stesso fornitore anche per gli azionamenti
La scelta degli azionamenti lineari per gli assi è stata fatta non solo considerando le specifiche tecniche degli stessi. In questo caso, infatti, il cliente era alla ricerca di un fornitore di prestigio che offrisse unità di azionamento con la massima precisione e la passione per sostenere e promuovere sviluppi innovativi. Partendo da questi criteri la scelta è caduta su NSK; in realtà tutti i precedenti modelli di centri di lavoro Modic erano già equipaggiati con componenti NSK.
In collaborazione con il distributore autorizzato svedese Acumo, gli esperti di NSK hanno configurato due unità di azionamento tenendo conto di fattori quali coppia, velocità, forze di accelerazione degli assi e temperature generate negli azionamenti del mandrino durante la lavorazione ad alta velocità.

Viti a ricircolazione di sfere per lavorazione ad alta velocità
In queste condizioni, la soluzione ottimale è stata individuata nelle viti a ricircolazione di sfere serie HMD con raffreddamento della chiocciola. La serie HMD è progettata esclusivamente per lavorazioni ad alta velocità, con spostamenti fino a 120 m/min. Grazie a un sistema di ricircolazione di nuova concezione è stato possibile aumentare il coefficiente di velocità DxN a 160.000.

Più precisione con il raffreddamento della chiocciola
Raffreddando l’azionamento lineare attraverso la chiocciola (esattamente nel punto in cui si genera il calore), si protegge il componente da aumenti di temperatura che potrebbero compromettere la precisione della lavorazione. Per sviluppare questo azionamento lineare con raffreddamento ottimizzato, NSK ha dovuto superare diverse problematiche di progettazione. Ad esempio, gli esperti dovevano risolvere un problema causato dal raffreddamento, che induceva una contrazione del materiale nel corpo della chiocciola e influiva sul precarico della vite a ricircolazione di sfere.
Dopo test approfonditi, i progettisti di NSK hanno realizzato un sistema di raffreddamento grazie al quale il livello di precarico non viene influenzato dal raffreddamento in qualsiasi fase dell’esercizio.

Viti, cuscinetti e guide lineari da un unico fornitore
Le viti a ricircolazione di sfere con raffreddamento della chiocciola serie HMD vengono utilizzate sugli assi Y e Z del centro RigiMill. L’asse Y ha una corsa di 1560 mm, l’asse Z di 900 mm.
Le viti a ricircolazione di sfere HMD sono dotate di cuscinetti a sfere a contatto obliquo per carichi assiali della serie BSBD di NSK, sviluppati appositamente per questo tipo di applicazione. La configurazione a doppia corona di questi cuscinetti, con un angolo di contatto di 60°, è in grado di sostenere carichi assiali elevati in entrambe le direzioni. Al tempo stesso i cuscinetti garantiscono la rigidezza e la precisione richieste dalle moderne macchine di precisione. La soluzione di NSK è completata dalle guide a rulli RA sugli assi principali del RigiMill. Anche le guide si caratterizzano per l’estrema rigidezza alla massima capacità di carico e creano condizioni ideali per il movimento fluido degli assi del mandrino, con vibrazioni ridotte nonostante le velocità e le forze elevate generate dalla lavorazione. Il contatto lineare ideale del rullo premette un movimento volvente puro senza strisciamento, riducendo l’attrito.

In conclusione
I componenti di NSK e l’intero sistema di azionamento hanno soddisfatto i requisiti estremamente severi imposti dal cliente ai fornitori. La velocità e la precisione ottenute hanno permesso di ridurre i tempi e i costi di lavorazione per ogni pezzo. RigiMill costituisce quindi una soluzione economica dal punto di vista del cliente, semplicemente perché può produrre più componenti aerospaziali strutturali in un determinato arco di tempo. Prendendo come esempio una costola d’ala, il tempo di lavorazione è stato ridotto da 384 a 74 minuti. Inoltre, in fase di finitura, la macchina può raggiungere una qualità di superficie fino a 0,8 Ra.
RigiMill si è ritagliato uno spazio nei piani di investimenti dei maggiori costruttori aeronautici e dei loro fornitori. Il record stabilito durante una dimostrazione a un cliente nell’ottobre 2017 ha certamente contribuito a questo risultato. RigiMill ha asportato 16,4 litri di materiale in un solo minuto. Il mandrino, azionato da un motore a 180 kW, girava a velocità fino a 30.000 giri/min.
I primi ordini, arrivati a tempo di record, hanno spinto Modig ad aumentare la capacità produttiva per rispondere alle richieste delle maggiori case aeronautiche. Attualmente è in costruzione una nuova unità produttiva.