Software CAM ed usura utensili: verso una fresatura più efficiente e predittiva

Il rapporto tra software CAM (Computer-Aided Manufacturing) e consumo di utensili è un fattore critico per l’efficienza delle lavorazioni CNC. Il CAM non si limita a generare percorsi utensile, ma influenza direttamente il modo in cui questi interagiscono con il materiale e la macchina, agendo sulla durata dello stesso. Ottimizzando parametri come l’avanzamento, la profondità di taglio ed altro ancora, i sistemi CAM possono ridurre drasticamente il consumo dell’utensile, garantendo lavorazioni ad alte prestazioni ed ottimizzate. 

Questo articolo approfondisce dunque la relazione tra generazione dei percorsi CAM e l’usura utensile, analizzando vantaggi, sfide tecniche e possibilità di integrazione per lavorazioni efficienti.

Generazione dei percorsi utensile: quali fattori considerare? 

Definire i percorsi di lavorazione nel CAM implica tenere conto di diversi elementi chiave:

• Geometria del pezzo
• Tipo di materiale
• Caratteristiche dell’utensile (geometria, materiale, rivestimento)
• Parametri di taglio (velocità, avanzamento, profondità)
• Strategia di lavorazione (sgrossatura, semi finitura, finitura)

Queste scelte influenzano direttamente lo stress meccanico e termico sull’utensile, incidendo sul suo grado di usura. Un percorso mal progettato infatti, può facilmente generare vibrazioni, carichi variabili e condizioni instabili, accelerando il deterioramento dell’utensile.

Strategie CAM per ridurre l’usura

L’uso di strategie avanzate come la fresatura trocoidale, a 5 assi o ad elevato avanzamento (High Speed Machining) consente di:

• Distribuire il carico in modo uniforme
• Mantenere costanti gli angoli di ingaggio
• Limitare la generazione di calore

Inoltre, alcuni software CAM come RhinoNC, includono moduli intelligenti che suggeriscono automaticamente quali sono gli utensili più adeguati da utilizzare in base al materiale da lavorare, oppure indicano i parametri più adatti in base all’utensile scelto. Molto spesso questi software archiviano e memorizzano le impostazioni selezionate per ottimizzare i tempi di produzione in caso di medesime lavorazioni successive. Il contributo offerto dagli automatismi della soluzione CAD e CAM aiuta a evitare condizioni critiche come taglio interrotto, micro-fessurazioni o sovraccarichi.

In ultimo, anche operazioni come l’analisi del modello 3D e la simulazione, consentono di individuare ed evitare collisioni in maniera predittiva, ridurre i movimenti superflui e ottimizzare il contatto utensile-superficie, prolungando così la vita utile dello stesso.

Monitoraggio dell’usura sulla macchina a controllo numerico

Il controllo dell’usura della fresa non è limitato sono al digitale, ma deve avvenire anche in macchina perchè si possano ottenere risultati affidabili ed alte prestazioni. In questo caso può essere realizzato con:

• Sistemi diretti: sonde di contatto, sensori laser, videocamere
• Sistemi indiretti: analisi di vibrazioni, assorbimento di potenza, temperatura, rumore

Anche attività gestionali come controlli più diretti sul tempo ciclo di ogni operazione di lavorazione, le tempistiche del cambio utensile o il piazzamento del pezzo in lavorazione, contribuiscono alla prevenzione dei guasti. L’obiettivo è rilevare l’usura in tempo reale o in modo predittivo, evitando rotture improvvise, scarti o danni alla macchina.

Interazione CAM-macchina cnc: previsioni e ottimizzazioni

Come già detto, grazie alle operazioni di simulazione, il CAM può stimare in anticipo il tempo e le occasioni di contatto utensile-materiale per ogni percorso, prevedendo il carico termomeccanico e quindi il consumo atteso. Queste stime permettono di:

• Programmare cambi utensile preventivi
• Ottimizzare la sequenza dei processi di lavorazione
• Integrare macro di controllo direttamente nella programmazione delle macchine cnc

Con l’avanzare delle tecnologie Industria 4.0, è possibile inviare i dati di usura a sistemi di gestione del processo di lavoro, permettendo al CAM di aggiornare le strategie nei cicli successivi, migliorando l’efficienza complessiva. Ad esempio, se si rileva che una determinata zona del pezzo grezzo causa usura accelerata, il CAM può modificare i parametri di avanzamento o suddividere il percorso in più passaggi.

Inoltre, il software CNC, se integrato in ambienti digitali come MES (Manufacturing Execution System) e PLM (Product Lifecycle Management), può lavorare in sinergia con moduli specifici per la gestione utensili e tenere traccia della cronologia di utilizzo o della durata residua stimata.

Questa informazione è fondamentale per prendere decisioni per l’ottimizzazione della produzione in tempo reale.

Esempio pratico

Durante la fresatura di uno stampo in acciaio ad alta durezza, l’usura degli utensili in metallo duro è critica. Utilizzando strategie CAM come la fresatura trocoidale, è possibile:

• Ridurre lo stress sul bordo tagliente
• Suddividere le zone più sollecitate
• Migliorare la prevedibilità del processo

In presenza di connessione tra CAM e macchina, si possono anche attivare soglie di allerta o sostituzioni automatiche con utensili gemelli, riducendo i fermi non pianificati e mantenendo inalterati i tempi complessivi. Ricordiamo che oggi esistono utensili specifici e dedicati per ogni tipologia di materiale, raccomandiamo pertanto di affidarsi alle specifiche del fornitore per avere risultati di alta qualità.

Sfide attuali e prospettive future

Nonostante le potenzialità, la piena integrazione CAM-controllo usura è ancora poco diffusa, per motivi come:

• Standard non uniformi tra CAM e CNC
• Mancanza di sensori su macchine utensili meno recenti
• Difficoltà nel raccogliere dati reali in modo affidabile

Tuttavia, grazie agli incentivi legati all’Industria 4.0 e all’evoluzione tecnologica, stanno emergendo nuove soluzioni. In particolare, l’uso di AI e machine learning per analizzare i dati di usura apre a scenari di automazione sempre più evoluti.

In conclusione, il rapporto tra CAM, macchina utensile ed il controllo dell’usura utensile, rappresenta uno dei pilastri dell’ottimizzazione dei processi di produzione. Un CAM ben configurato non solo migliora la qualità e l’efficienza, ma può diventare un alleato strategico nella gestione predittiva dell’usura utensile, soprattutto se integrato con sistemi di monitoraggio intelligenti.

La sfida dei prossimi anni sarà rendere questa integrazione più accessibile, standardizzata e autonoma, per supportare una produzione sempre più resiliente, automatizzata e orientata alla qualità.  Contattaci per ricevere maggiori informazioni o richiedere una consulenza!