Spiegazione della lavorazione svizzera – Cos’è un tornio svizzero?

La lavorazione svizzera, nota anche come tornitura svizzera, è un processo di lavorazione CNC ad alta precisione eseguito su un tipo speciale di tornio progettato appositamente per produrre pezzi piccoli e intricati.

I torni svizzeri operano con tolleranze incredibilmente ridotte e tempi di ciclo più brevi rispetto ai torni convenzionali, il che li rende un’opzione interessante per la produzione di pezzi complessi in grandi volumi.

Approfondiamo i fondamenti di questo processo di tornitura all’avanguardia.

Cos’è la lavorazione svizzera

I torni svizzeri furono originariamente progettati dall’orologiaio svizzero Jakob Schweizer per produrre pezzi estremamente piccoli per l’industria orologiera. Il primo tornio svizzero è stato sviluppato negli anni ’70 del XIX secolo, ma ha iniziato a guadagnare popolarità in altri settori industriali negli anni ’60 grazie alla sua elevata precisione e al basso margine di errore.

In una macchina svizzera a controllo numerico, la fantina mobile fa avanzare un segmento del materiale metallico attraverso la bussola di guida. Il resto del pezzo è tenuto saldamente all’interno del mandrino dietro la bussola di guida e non è direttamente esposto all’area di lavorazione.

Una volta terminata la lavorazione di una sezione del pezzo, la barra viene spostata in avanti lungo l’asse z per consentire la lavorazione di un’altra sezione. Questo approccio segmentato consente di tornire i pezzi in modo rapido e stretto, eliminando la deflessione del pezzo sotto le forti forze di taglio e aumentando la precisione.

La maggior parte dei torni di tipo svizzero oggi utilizza uno o due mandrini principali più uno o due mandrini secondari posteriori. Il mandrino principale viene utilizzato per la maggior parte delle operazioni di lavorazione. Il mandrino secondario si trova dietro il pezzo e il suo funzionamento consiste generalmente nel raccogliere il pezzo mentre viene tagliato e nell’eseguire una serie di operazioni secondarie, come la foratura o la maschiatura del lato del pezzo che non era accessibile prima della troncatura.

Dopo il completamento di queste operazioni, il mandrino secondario espelle il pezzo completato in un contenitore, eliminando la necessità che un operatore cambi manualmente ogni pezzo, come spesso accade nei torni CNC standard.

Per quanto riguarda i materiali, i torni svizzeri sono generalmente utilizzati per i metalli (acciaio al carbonio, alluminio, acciaio inox, ottone, ecc.), talvolta per le materie plastiche (nylon, policarbonato e altri) e non tanto per il legno.

Tornitura svizzera vs tornitura convenzionale

I torni di tipo svizzero sono generalmente più flessibili, produttivi e precisi rispetto ai torni convenzionali. Vi illustriamo alcune delle principali differenze tra i due tipi di tornitura:

Testata

I torni convenzionali hanno una fantina fissa, che blocca il pezzo da lavorare a una o entrambe le estremità (con una contropunta). Le macchine svizzere, invece, hanno una fantina mobile che consente di riposizionare il pezzo lungo l’asse z durante il processo di lavorazione.

Processo di lavorazione

La lavorazione svizzera impiega un approccio segmentato nel suo funzionamento, in cui una parte specifica del pezzo viene lavorata mentre avanza attraverso la bussola di guida. La segmentazione migliora la coerenza e consente di ottenere pezzi torniti CNC precisi con le tolleranze desiderate.

I torni tradizionali eseguono una singola operazione alla volta, cambiando l’utensile da taglio al termine della fase precedente. Il suo funzionamento è generalmente più lento rispetto alla segmentazione della lavorazione svizzera, ma l’intero pezzo è accessibile in una sola volta rispetto alla lavorazione svizzera che alimenta la barra attraverso la bussola di guida.

Boccola di guida

Un tornio convenzionale tiene il pezzo in posizione fissa nel mandrino a pinza del mandrino principale. I pezzi più lunghi, con un rapporto lunghezza/diametro superiore a 4:1, rischiano di subire una deviazione del pezzo a causa della sporgenza.

Un tornio svizzero utilizza una boccola di guida per sostenere il pezzo. La lavorazione viene eseguita in prossimità della bussola di guida, quindi la sporgenza e la deviazione del pezzo non sono un problema. Inoltre, i torni a fantina mobile possono eseguire tagli più profondi in un’unica passata, invece di eseguire più passate superficiali come in un tornio tradizionale, poiché la boccola di guida offre un ottimo supporto al pezzo.

Esistono tuttavia torni CNC a fantina mobile che non dispongono di una bussola di guida. Ciò facilita un’impostazione più rapida e una maggiore concentricità del pezzo, ma questi vantaggi sono generalmente evidenti per i pezzi più corti con rapporti lunghezza-diametro inferiori.

Tempo di ciclo

Le macchine di tipo svizzero riducono significativamente i tempi di ciclo nella produzione di geometrie complesse rispetto alla lavorazione tradizionale, grazie alla possibilità di eseguire più operazioni di lavorazione in un’unica impostazione. Il numero di assi di un tornio svizzero varia da 7 a 13, rispetto ai 2-5 assi dei torni tradizionali.

L’alimentazione automatica del materiale in barre su un tornio svizzero riduce i tempi di fermo macchina e aumenta la produttività, poiché non è necessario scambiare manualmente i pezzi.

Refrigerante

Per la lavorazione svizzera si utilizza l’olio come refrigerante, a differenza dell’acqua per i torni convenzionali. Sebbene l’olio abbia una capacità termica inferiore a quella dell’acqua, la sua elevata lubricità riduce l’attrito e minimizza la generazione complessiva di calore. Inoltre, l’olio contribuisce a ridurre l’usura degli utensili e a prevenire la ruggine.

Postelaborazione

A seconda della complessità, i pezzi prodotti su torni convenzionali richiedono spesso processi di finitura aggiuntivi. I torni svizzeri producono pezzi così fini e precisi che la necessità di processi di finitura secondari è ridotta o in molti casi completamente eliminata.

Costo

Un tornio svizzero è generalmente più costoso rispetto a un tornio convenzionale a causa del suo design avanzato e delle maggiori opzioni di utensili. Tuttavia, la differenza non è così grande come si potrebbe pensare: sul mercato sono disponibili alcune macchine CNC svizzere che non superano di molto il costo di un tornio tradizionale.

Se utilizzato appositamente per produrre grandi serie di pezzi complessi, il tornio svizzero diventa l’opzione più economica nel lungo periodo, nonostante la differenza di costo iniziale.

Vantaggi dell’utilizzo di un tornio svizzero

La rapidità di produzione e la precisione rendono un tornio svizzero superiore alle sue controparti sotto molti aspetti:

• Alta precisione – I torni svizzeri sono noti per l’altissima precisione e le strette tolleranze, spesso necessarie per settori come quello medico, aerospaziale o per i componenti elettronici più complessi.
• Elevata ripetibilità – Le macchine svizzere producono pezzi di qualità costante, il che è fondamentale per i settori in cui ogni micron conta.
• Produzione di pezzi complessi – Grazie all’esclusivo sistema di boccole di guida, i torni svizzeri sono in grado di gestire pezzi lunghi e sottili e dettagli intricati in modo più efficace rispetto ai torni tradizionali.
• Operazioni simultanee – Molti torni CNC svizzeri sono dotati di percorsi utensile multipli che consentono di eseguire operazioni simultanee di tornitura, foratura e fresatura. Ciò consente di ridurre i tempi di ciclo per i pezzi complessi.
• Meno operazioni secondarie – Grazie alla capacità di eseguire più operazioni in un unico ciclo di lavorazione, i pezzi escono spesso da una macchina svizzera come finiti o quasi, riducendo la necessità di operazioni secondarie.
• Deviazione ridotta – Il design del tornio svizzero, in cui il pezzo da lavorare è sostenuto molto vicino all’utensile da taglio dalla boccola di guida, riduce significativamente la deflessione, che a sua volta consente di ottenere migliori finiture superficiali e dimensioni costanti su pezzi lunghi e sottili.
• Numero di giri più elevato – I torni svizzeri possono in genere operare a un numero di giri più elevato senza vibrazioni, con conseguenti tempi di lavorazione più rapidi e migliori finiture superficiali.
• Automazione – I centri di tornitura svizzeri sono in grado di automatizzare la maggior parte, se non l’intero processo di lavorazione. La combinazione di alimentazione automatica delle barre, il numero di utensili disponibili, gli assi multipli di movimento e la programmazione CAM consentono la lavorazione di precisione di pezzi complessi senza intervento manuale.

Limitazioni della lavorazione CNC svizzera

Nonostante gli evidenti vantaggi offerti dalla lavorazione CNC svizzera, essa presenta tuttavia alcune limitazioni.

• Bar stock – Le dimensioni del materiale in barre sono generalmente limitate tra 2 mm e 38 mm e richiedono un diametro costante (materiale di qualità della macchina a vite) quando viene alimentato attraverso la boccola di guida. Esistono macchine in grado di gestire pezzi leggermente più piccoli e più grandi, ma sono meno comuni. A volte, il materiale viene smussato a un’estremità (di solito se il diametro è di 10 mm) per essere tenuto fermo dalla pinza.
• Costi degli utensili – L’utensileria specializzata per le macchine svizzere può essere costosa. Inoltre, a causa della vicinanza di più utensili, possono esserci limitazioni sulle dimensioni e sulla geometria degli stessi.
• Dissipazione del calore – Per i torni svizzeri si utilizza l’olio come lubrificante rispetto ai torni tradizionali che utilizzano l’acqua. Lo svantaggio è che l’olio è meno efficace nel dissipare il calore, il che può rappresentare un problema durante le lunghe ore di funzionamento.
• Tempo di installazione – La calibrazione e la sostituzione di un certo numero di utensili da taglio aumentano la preparazione necessaria prima di iniziare un progetto. Inoltre, la macchina svizzera deve essere programmata, il che può richiedere una notevole quantità di tempo e una formazione adeguata del personale per massimizzare i vantaggi dei torni automatici svizzeri.

Applicazioni della lavorazione svizzera

Le macchine svizzere sono estremamente versatili, il che le rende una scelta ideale per la produzione di pezzi in diversi settori.

• Orologeria – Il tornio svizzero è stato originariamente sviluppato per l’industria orologiera per la produzione di parti meccaniche miniaturizzate ad alta precisione.
• Aerospaziale – L’industria aerospaziale utilizza nei suoi assemblaggi pezzi leggeri e di precisione con tolleranze molto strette. Le macchine svizzere, note per la lavorazione di componenti piccoli e complessi, sono quindi molto adatte a questo scopo.
• Dispositivi medici – Gli elevati standard del settore medico traggono grande vantaggio dalle capacità dei torni svizzeri nella produzione di strumenti medici, viti chirurgiche e impianti.
• Elettronica – La produzione di componenti elettronici continua a diventare sempre più difficile, dal momento che diventano sempre più piccoli e avanzati. L’aumento della domanda di pezzi piccoli come pin, sensori e connettori rende l’uso del tornio CNC di tipo svizzero un’ottima opzione.
• Automotive – Le macchine svizzere sono utilizzate per creare iniettori di carburante, sensori e valvole per il settore automobilistico.
• Armi da fuoco – Le armi da fuoco e gli equipaggiamenti di difesa richiedono parti tornite precise per funzionare in modo ottimale. Il tornio svizzero può produrre percussori, bulloni e inneschi.
• Strumenti musicali – L’industria degli strumenti musicali beneficia della precisione della lavorazione svizzera per la realizzazione di componenti intricati, che garantiscono funzionalità e qualità tonale ottimali. Alcuni esempi sono le parti sottili e dettagliate degli strumenti a fiato e a ottone, gli accordatori e le cordiere delle chitarre, le aste e i tenditori delle batterie. Questo elevato livello di coerenza e accuratezza è essenziale per soddisfare gli standard professionali e fornire un suono coerente.