Come specificare il diametro dell'autocentrante in relazione al numero massimo di giri del mandrino su un tornio CNC?

Un depliant di un tornio può indicare 5000 giri/min. Spesso un mandrino di grandi dimensioni non può raggiungere tale velocità. Il diametro del mandrino e il numero di giri del mandrino devono essere specificati insieme, con un margine di sicurezza.

Il diametro del mandrino su un tornio CNC viene specificato in base al valore più basso tra i giri/min nominali del mandrino e la velocità di sicurezza nominale del mandrino stesso. Il limite del mandrino deve essere superiore al massimo del mandrino, con un margine. La dimensione viene quindi determinata dal pezzo da lavorare, non dal corpo più grande presente nel catalogo.

Una targhetta può riportare 5000 giri/min e non essere comunque la velocità a cui può operare la lavorazione. Il mandrino ha un proprio limite. La forza centrifuga sulle griffe riduce la forza di serraggio all'aumentare dei giri/min.¹. L'officina utilizza quindi il valore più basso tra i due. Tale distinzione riguarda i giri/min nominali del mandrino rispetto alla velocità di sicurezza nominale del mandrino.

Qual è la differenza tra i giri/min nominali del mandrino e la velocità di sicurezza nominale del mandrino?

Le officine utilizzano i giri/min massimi del mandrino come limite del mandrino. Il mandrino potrebbe essere già insicuro a quella velocità. Le due targhette devono essere confrontate.

I giri/min nominali del mandrino indicano quanto velocemente possono ruotare il mandrino o il motore. La velocità di sicurezza nominale del mandrino indica quanto velocemente può ruotare il mandrino mantenendo una presa sicura. I due limiti non sono uguali. Il valore più basso costituisce il limite dell'officina.

Cosa indica la targhetta del mandrino

I giri/min nominali del mandrino rappresentano la velocità consentita dalla progettazione del mandrino. Sono determinati dai cuscinetti, dalla lubrificazione, dalla potenza del motore e dalla struttura della macchina.². La targhetta solitamente mostra una velocità nominale e una velocità massima. La velocità nominale è il punto di lavoro stabile. La velocità massima è il limite di progettazione. Superare tale valore danneggia il mandrino. Questo numero riguarda il motore e i cuscinetti, non la capacità di serraggio.

Cosa indica la velocità di sicurezza nominale del mandrino

Il produttore del mandrino stabilisce una velocità massima consentita in base alla struttura, alla forza di serraggio e alla forza centrifuga. Oltre tale velocità, le griffe vengono spinte verso l'esterno e la presa diminuisce. Il pezzo potrebbe fuoriuscire dal mandrino. Il diametro, il peso delle griffe, la forza di serraggio e l'equilibratura determinano questo limite. Una famiglia Kitagawa indica 7000, 6000, 4500 e 3600 giri/min a seconda delle dimensioni.³. La curva velocità-forza di serraggio fornita dal produttore è il riferimento. Il limite del mandrino deve essere superiore al massimo del mandrino, con un margine.

Perché i due limiti non sono intercambiabili

Il mandrino può girare più velocemente di quanto l'autocentrante possa sostenere un pezzo. L'autocentrante può anche avere un limite nominale superiore a quello di un mandrino modesto. L'uso quotidiano segue comunque il limite più basso. Mescolare le due etichette in un preventivo nasconde la reale capacità. Un'officina che punta solo sul numero del mandrino finirà per ritrovarsi con il piatto dell'autocentrante sul pavimento.

Limite	Cosa misura	Cosa lo determina	Cosa accade superandolo
RPM nominali del mandrino	Quanto velocemente può girare il mandrino	Cuscinetti, lubrificazione, motore, struttura	Danni al mandrino
Velocità di sicurezza nominale dell'autocentrante	Quanto velocemente può girare l'autocentrante con una presa sicura	Diametro, griffe, forza, bilanciamento	Perdita di presa, il pezzo può essere proiettato
Limite dell'officina	Il più basso dei due	Entrambe le targhe, più un margine	Il lavoro non deve superare questo valore

Perché un mandrino più grande riduce i giri/min utilizzabili anche se il mandrino può girare più velocemente?

Un corpo più grande sembra offrire maggiore presa. Alla velocità, proietta più massa verso l'esterno, quindi gli RPM utilizzabili diminuiscono anche se il mandrino può andare oltre.

Un autocentrante più grande riduce gli RPM utilizzabili perché la velocità periferica e la forza centrifuga delle griffe aumentano con il diametro. La forza di serraggio diminuisce, le vibrazioni aumentano e il limite di sicurezza si posiziona al di sotto della velocità extra del mandrino. Più grande non è la scelta predefinita.

Velocità lineare e proiezione

Agli stessi giri/min, un mandrino più grande ha una velocità periferica maggiore.⁴. Il corpo del mandrino e le griffe subiscono quindi un forte aumento della forza centrifuga. La presa può allentarsi. Il pezzo può fuoriuscire dalle griffe. Con l'aumento dei giri/min, le griffe vengono spinte verso l'esterno e la forza di serraggio diminuisce. Un mandrino più grande e griffe più pesanti peggiorano questo spostamento. Il pezzo può spostarsi durante il taglio. Una lavorazione pesante richiede quindi una forza di serraggio residua alla massima velocità, non solo la forza statica indicata a catalogo.

Rigidità ed equilibrio

Un mandrino grande rappresenta una massa notevole. Il mandrino e la flangia devono sostenerlo adeguatamente. Un supporto debole ad alta velocità innesca vibrazioni e segni sulla superficie. L'equilibrio dinamico è anche più difficile da ottenere su un corpo grande⁵. Lo squilibrio ad alta velocità aumenta la rumorosità e le vibrazioni⁶. I giri/min utilizzabili diminuiscono quindi per mantenere l'assieme silenzioso. Il motore del mandrino potrebbe avere ancora velocità inutilizzata.

Adattare il corpo al pezzo

Il diametro nominale del mandrino corrisponde al campo di lavoro del pezzo e al naso mandrino. "Più grande" non è l'impostazione predefinita. Il serraggio esterno massimo deve superare il diametro esterno del pezzo con un margine. Le griffe all'ultimo dente perdono forza. Il serraggio interno richiede una corsa delle griffe sufficiente. La flangia deve corrispondere al naso mandrino, altrimenti il mandrino non potrà essere montato. I torni CNC orizzontali utilizzano spesso corpi da 100–500 mm. Le dimensioni comuni includono 160, 260, 400 e 500 mm.⁷. I torni verticali possono superare i 500 mm⁸. I dischi di grandi dimensioni richiedono bassa velocità e coppia elevata. Gli alberi piccoli richiedono una banda ad alta velocità stabile.

Driver	Cosa comporta un mandrino più grande	Effetto sui giri/min utilizzabili
Velocità periferica	Più alta allo stesso numero di giri/min	Riduzione del limite di sicurezza
Spostamento delle griffe	Maggiore massa espulsa verso l'esterno	La presa diminuisce più rapidamente
Massa sul naso mandrino	Maggiore sollecitazione su mandrino e flangia	Vibrazioni ad alta velocità
Equilibrio	Più difficile da mantenere uniforme	Aumento di rumore e vibrazioni
Adattamento al pezzo	Necessario solo quando richiesto dal diametro esterno	Il diametro extra è un rischio inutile

Come devono essere calcolate la massa delle griffe e i contrappesi all'interno della velocità nominale del mandrino?

Un grafico della velocità che ignora la massa della ganascia è un limite teorico. Ganasce pesanti e una presa ampia consumano la forza dichiarata sulla targhetta.

La massa della ganascia inclusa nella velocità nominale del mandrino comprende la base, la ganascia superiore e la viteria mobile. Ganasce più pesanti e un raggio del centro di gravità maggiore aumentano la forza centrifuga con il quadrato dei giri/min. I contrappesi possono compensare tale spinta.

Calcolare la massa mobile

La verifica fondamentale consiste nel determinare come la forza centrifuga della ganascia compensa la forza di serraggio. La forza aumenta con il quadrato della velocità⁹. La presa effettiva diminuisce di conseguenza. Un pezzo può essere proiettato via o una ganascia può cedere. Ganasce più pesanti aumentano la forza centrifuga allo stesso numero di giri, peggiorando la perdita di presa. La massa calcolata è quella di una singola ganascia: base, ganascia superiore e componenti di collegamento. Una struttura a vite di spinta deve conteggiare l'intera massa mobile.

Contrappesi e centro di gravità

Alcuni mandrini aggiungono una compensazione centrifuga. Un meccanismo inverso contrasta la spinta verso l'esterno e mantiene la presa a velocità più elevate. Tale opzione fa parte della velocità nominale, non è un'aggiunta da officina successiva al preventivo. Anche il raggio del centro di gravità della ganascia è importante. Una ganascia posizionata più esternamente aumenta la forza centrifuga. Pezzi di grande diametro spostano tale raggio verso l'esterno, pertanto la velocità nominale dovrebbe diminuire. Una presa ampia su un disco di grandi dimensioni richiede quindi un numero di giri inferiore, anche sullo stesso corpo mandrino.

Come i produttori stabiliscono il valore

I produttori di mandrini spesso fissano la velocità massima al punto in cui la forza centrifuga raggiunge i due terzi della forza di serraggio massima¹⁰. I punti deboli richiedono comunque una verifica della resistenza a tale velocità. Chiavette di fissaggio delle ganasce, bulloni e viti sono soggetti a taglio e torsione. Chiavette sottili, pochi bulloni o una classe di resistenza del bullone bassa cedono per primi. Il peso del pezzo, il centro di gravità, una contropunta o un lunetta e la forza di taglio modificano la reale velocità di sicurezza. Un fattore di sicurezza va applicato al valore dell'officina. La targhetta del mandrino non è l'ultima parola.

Elemento da conteggiare	Perché modifica la velocità nominale
Base + ganascia superiore + viteria	La massa mobile determina la forza centrifuga
Parti mobili della vite di spinta	La massa extra viene comunque spinta verso l'esterno
Raggio del centro di gravità	Una presa più ampia aumenta la forza allo stesso numero di giri
Contrappeso / compensazione	Gli offset generano proiezioni e possono mantenere la presa a velocità più elevate
Regola dei 2/3 della forza di serraggio	Definizione comune del produttore per la velocità massima
Chiavette, bulloni, viti	Limite minimo di resistenza a quella velocità
Peso del pezzo, appoggio, forza di taglio	Fattore di sicurezza dell'officina oltre alla piastra

Perché un “mandrino da 5000 giri/min” indicato su un depliant può essere limitato a una velocità del mandrino molto inferiore?

Su un depliant, 5000 giri/min rappresentano il limite massimo del mandrino. La piastra del mandrino sul corpo è spesso molto inferiore, ed è quella piastra a costituire il vincolo.

Un mandrino da 5000 giri/min indicato su depliant è comunque limitato a una velocità inferiore del mandrino portapezzo, poiché il mandrino stesso e il dispositivo di fissaggio stabiliscono un nuovo limite. La targhetta del mandrino, il tipo di ganasce, l'equilibratura, il G50 e la coppia disponibile si attestano tutti al di sotto di quei 5000 giri indicati.

Il numero indicato sul depliant si riferisce al mandrino

I 5000 giri/min indicati sull'opuscolo di un tornio CNC rappresentano il limite intrinseco del mandrino. Durante l'utilizzo, il mandrino e l'attrezzatura diventano il nuovo limite. Le due diciture non sono equivalenti. Un limite di 5000 giri/min non significa che un pezzo bloccato nel mandrino possa ruotare a tale velocità. Il corpo del mandrino e lo sportello di protezione frontale riportano la velocità massima consentita e la pressione di serraggio ammessa. Questi rappresentano i limiti di sicurezza stabiliti dal produttore in base alla resistenza, al tipo di morsetto e al bilanciamento. Il mandrino non deve superarli.

Cos'altro riduce il limite?

I morsetti speciali e i morsetti in acciaio dolce non standard bloccano in modo meno efficiente e presentano un bilanciamento peggiore, riducendo ulteriormente la velocità consentita. Un dado che sporge oltre il bordo del mandrino costituisce un'ulteriore limitazione. Un pezzo non bilanciato ad alta velocità provoca vibrazioni alla macchina e compromette la presa. Lavorare vicino al limite del mandrino richiede un pezzo bilanciato e una pressione di serraggio al massimo consentito.

Velocità di taglio costante G96¹¹ è un limite rigoroso impostato dal programma. Al diminuire del diametro, il numero di giri teorico aumenta drasticamente. Il G50 deve impostare una velocità massima del mandrino affinché la macchina e l'attrezzatura rimangano entro i limiti di resistenza.¹². G50 S2000 è un esempio di tale limite. La velocità non dovrà quindi superare i 2000 giri/min.

Un elevato numero di giri non significa necessariamente che il taglio possa essere eseguito. Una coppia o una potenza insufficienti nella gamma utilizzata causano il blocco del mandrino senza che l'utensile avanzi. Una velocità del mandrino più elevata non è sempre migliore per quel tipo di taglio. La velocità dovrebbe quindi essere ridotta intenzionalmente. Il tipo di trasmissione, i cuscinetti e la lubrificazione stabiliscono già il limite massimo del mandrino. I valori dell'opuscolo sono spesso basati su test ideali. Le condizioni reali di officina richiedono un ridimensionamento.

Leggere le targhette prima dell'opuscolo

La targhetta del mandrino e lo sportello di protezione sono il primo punto di controllo. Il peso del pezzo, il bilanciamento e il metodo di taglio determinano poi una velocità sicura. Il valore riportato sull'opuscolo non è la base operativa.

Limite	Fonte tipica	Effetto sui 5000 giri/min
Opuscolo del mandrino	Test ideale del mandrino	Riporta 5000
Targhetta del mandrino	Corpo e sportello di protezione	Nuovo limite, spesso inferiore
Morsetti speciali / dolci	Lancio extra, morsetto più debole	Il tappo cade di nuovo
Parte sbilanciata	Vibrazioni ad alta velocità	Il tappo deve cadere
G96 senza G50	I giri al minuto aumentano al diminuire del diametro	Il programma deve bloccare un massimo
Coppia insufficiente nella fascia	Il motore non riesce a eseguire il taglio	La velocità dovrebbe diminuire intenzionalmente

Conclusione

Specificare il diametro del mandrino solo dopo che il limite di velocità del mandrino ha superato il massimo del mandrino con un margine. La dimensione segue quindi la parte. I giri al minuto riportati nell'opuscolo non rappresentano il limite dell'officina.

---