VTE-180: la soluzione di IMT Intermato per la tornitura verticale pluriasse

VTE-180 ha radici comuni con il modello VTE-80, che IMT Intermato ha già realizzato per altri ambiti applicativi nei quali la dimensione del pezzo in lavorazione è decisamente più contenuta (800 mm di diametro tornibile). Concettualmente le macchine sono identiche: vengono richieste nel settore ferroviario per la lavorazione di finitura di ruote in acciaio, dove servono precisioni elevate e la capacità di raggiungere anche punti non facili (ad esempio per eseguire fori inclinati o lavorazioni fuori centro).

Pur nascendo per la lavorazione specifica di ruote ferroviarie, il campo di lavoro di VTE-180 e le capacità operative la rendono idonea a una serie di operazioni eseguite anche in altri ambiti applicativi. In questo caso, infatti, il cliente finale si riserva la possibilità di lavorare altri componenti. La capacità di carico sulla tavola è infatti di 12 tonnellate, un valore ben superiore a quello tipico della lavorazione delle ruote ferroviarie. Anche l’altezza massima del pezzo è rilevante: con 1.200 mm di corsa in Z, permette dunque di accogliere anche componenti di dimensioni medio-grandi.

Robusta e polifunzionale

L’operazione principale eseguita sulla VTE-180 è chiaramente la tornitura, lavorazione sulla quale è dimensionata la macchina: il motore torque che aziona la tavola è da 100 kW, ben più potente rispetto ad altre tipologie di soluzioni a 5 assi presenti sul mercato e, di conseguenza, con una struttura dimensionata per gestire le forze tipiche del processo di tornitura (maggiori rispetto a quelle che si innescano in fresatura).

Precisa e stabile, VTE-180 vanta perciò una struttura in fusione di ghisa composta da due semi-basamenti che vengono assemblati una volta installati presso il cliente. Si tratta di una scelta che garantisce un notevole vantaggio logistico, poiché permette di semplificare il trasporto sia in termini di pesi, sia di ingombri: occorre tenere presente che, anche smontata, la macchina pesa 55 tonnellate e richiede 5 camion per il trasporto.
Tra le peculiarità più evidenti di questa macchina, il Ram orizzontale a sezione ottagonale (440×440 mm) è pensato per movimentare una testa dotata di elettromandrino di fresatura ad alta potenza.
La particolare configurazione della testa permette di ridurre gli ingombri complessivi: quando è necessario lavorare pezzi di grande diametro, magari con la testa inclinata per eseguire forature molto vicine al piano del pezzo, la dimensione della testa è determinante. Più è ingombrante, maggiore dovrà essere la distanza dal pezzo, da compensare utilizzando utensili con prolunghe che implicano problemi dovuti alle vibrazioni come scheggiature degli inserti o rotture accidentali dell’utensile stesso. Con una testa compatta, invece, è possibile eseguire le operazioni necessarie stando vicini al pezzo, riducendo così le vibrazioni.

Una testa a forcella con un elettromandrino con potenza simile (56 kW) avrebbe imposto dimensioni complessive ben maggiori.
Per risolvere il problema i tecnici IMT Intermato hanno sfruttato il passaggio attraverso il Ram per far passare tutte le utenze (come un vero e proprio cannotto): in questo modo non solo le dimensioni rimangono compatte, ma anche la zona di lavoro resta “pulita” da cavi, tubi ecc. Lo stesso motore che effettua la rotazione (tilting) della testa è all’interno del cannotto che, avendo dimensioni considerevoli, ha permesso di utilizzare un motore torque ad alta coppia per assicurare le massime prestazioni alla macchina.

Nel passaggio tra fresatura e tornitura la testa viene indexata e bloccata sfruttando una corona Hirth: così facendo tutte le forze e le vibrazioni generate dal contatto tra utensile e pezzo non si scaricano sui componenti dell’elettromandrino (cuscinetti in primo luogo) ma vengono gestiti dal robusto Ram, dal montante e dal basamento.
L’inclinazione della testa può essere stabilita in funzione della suddivisione della dentatura Hirth per essere bloccata in diversi condizioni (utensile verticale, orizzontale o inclinato) utile ad esempio per facilitare l’esecuzione di particolari operazioni di tornitura o di svincolo dal pezzo).
Per quanto riguarda gli assi macchina, il montante è generosamente dimensionato per garantire la massima precisione e dinamicità attraverso l’impiego di guide a rulli, utili per sopportare tutte le forze che vengono trasferite dalla tavola e dalla testa verso la struttura.

Il risultato è una macchina che, pur capace di eseguire anche sgrossature impegnative, è sulla finitura che dà il meglio grazie ai 30 m/min in rapido e alle righe ottiche (sugli assi lineari) ed encoder (su quelli rotativi). La richiesta del cliente di una precisione entro il centesimo è stata pienamente soddisfatta dalla VTE-180.

Utensili adeguati

Trattandosi di un tornio, la scelta della tipologia di attacco utensile è caduta sui modelli Capto. Spesso inoltre si lavora in punti non semplici da raggiungere, come all’interno del mozzo della ruota, talvolta si utilizzano bareni con lunghezze e diametri considerevoli che innescano forze e torsioni elevate. Per questo è stato scelto l’attacco utensile Capto C10, sufficiente a sostenere gli sforzi generati sia durante le operazioni di fresatura, sia di tornitura.
È infatti un attacco utensile adatto a sopportare gli sforzi generati durante tutte le operazioni che la macchina può eseguire (fresatura, foratura, maschiatura e tornitura). Il magazzino è del tipo a catena da 32 posti random con navetta a doppia pinza per permettere lo scambio sulla testa in modo rapido e agevole (sempre tenendo in considerazione il fatto che si tratta di utensili con una notevole mole, circa 20 kg). La robustezza dell’attacco Capto C10 consente di utilizzare senza problemi barre fino a 400 mm di lunghezza.

5 assi reali

Sulla macchina sono stati eliminati per quanto possibile tutti gli accoppiamenti tramite ingranaggi: qualità superficiale, precisione e rumorosità operativa sono i primi a beneficiare di questa scelta, ma i vantaggi si possono apprezzare anche sul fronte manutentivo (meno componenti presenti, meno possibilità che si rompano).

I torni verticali con capacità avanzate di fresatura presentano in genere una trasmissione a ingranaggi: il passaggio tra tornitura e fresatura implica un tempo di attesa per innestare un asse addizionale che funge da asse C interpolante con la tavola. In questo caso il tutto viene effettuato dallo stesso motore torque, che gestisce la tavola interpolante continua come asse C. Due i principali benefici: il primo è di velocità nel passaggio da tornio a fresa e viceversa, praticamente istantaneo, e in secondo luogo permette di avere movimenti molto fluidi quando la tavola viene interpolata con gli altri assi della macchina.

L’assenza di ingranaggi in presa rende molto più silenziosa la macchina e riduce le vibrazioni innescate dai cinematismi, con conseguente miglioramento della qualità superficiale dei pezzi lavorati.
Tutte le applicazioni che implicano un motore torque (la tavola) o un elettromandrino (la testa di fresatura) richiedono impianti di refrigerazione adibite alla termostatazione dei singoli componenti. A fronte di un circuito per il transito dei liquidi di raffreddamento, si avrà anche una maggiore precisione grazie al contenimento delle derive termiche.

Gestione trucioli

Presente una pompa ad alta pressione (fino a 70 bar) per il lubrorefrigerante: oltre a risultare utile per rompere il truciolo in tornitura e per favorire l’evacuazione in foratura, su una macchina come la VTE-180 il lubrorefrigerante si rivela fondamentale per la pulizia del campo di lavoro.
In presenza di pezzi larghi e piatti (come appunto le ruote ferroviarie, serrate su una tavola da 1.500 mm di diametro con autocentrante automatico a 3 griffe ad alta forza di bloccaggio) si crea un importante appoggio per i trucioli che quindi rischiano di stazionare dove invece deve lavorare l’utensile. Fondamentale quindi il lavaggio e l’evacuazione del truciolo anche attraverso geometrie particolari delle pareti interne della macchina, con scivoli realizzati in lamiere antiusura. Si tratta di un approccio ben conosciuto in IMT Intermato, poiché gran parte degli impianti che il costruttore realizza sono destinati al settore automotive, estremamente esigente in termini di produttività e di automazione senza presidio. Su un impianto dotato di cambio pallet non possono restare trucioli in punti che possono compromettere l’accoppiamento tra due superfici, altrimenti il rischio è quello di avere un fermo macchina. Anche se in questo caso l’applicazione non è esasperata dal punto di vista dell’automazione, vengono comunque adottate queste soluzioni al fine di evitare qualsiasi tipo di possibile problema.

Il cervello della macchina

Il controllo numerico scelto per comandare la macchina è il Siemens 840D sl, che permette di sfruttare al meglio le potenzialità dei modelli a 5 assi interpolati.
Oltre alle caratteristiche di base di questo CNC, IMT Intermato ha implementato cicli di misurazione utensile e pezzo, algoritmi di compensazione termica e, qualora il cliente lo richieda, tutte le funzionalità legate alla connettività e analisi dei dati (Industria 4.0).

Oltre alla sensorizzazione prevista in fase di progettazione, la macchina integra una serie di componenti (come elettromandrino e motore torque) che includono specifici sensori che possono fornire informazioni in tempo reale al controllo numerico e verso l’esterno della macchina in modo che si possa procedere a variazioni dei parametri sia durante il ciclo di lavoro (ad esempio in caso di surriscaldamento o di vibrazioni anomale), sia in un secondo momento (per tutte le attività statistiche o di manutenzione preventiva/predittiva).

Poiché il rischio è quello di generare un quantitativo eccessivo di dati, dai quali è poi difficile estrapolare le informazioni utili, IMT Intermato ha realizzato un software pensato per analizzare questi dati per offrire a utilizzatore e costruttore solo quelli utili, rendendoli disponibili in modo chiaro e tempestivo e informando l’operatore o il responsabile di officina nel caso vengano rilevate variazioni significative rispetto a quanto stabilito. Ciò non esclude che gli utenti più avanzati possano fare ulteriori elaborazioni.

Manutenzione ridotta

In fase di progettazione sono stati ridotti o eliminati molti dei componenti che richiedono manutenzione periodica, come i soffietti tradizionali o le trasmissioni (sostituite da motori torque ed elettromandrini, che non presentano parti di usura).
Il layout della macchina risulta inoltre molto pulito: un asse Y tradizionale – con un montante che entra nell’area di lavoro – raccoglie trucioli che risultano poi difficili da rimuovere. VTE-180 invece dispone di un semplice Ram, che viene pulito da appositi raschiatori ogni volta che rientra nella propria sede.