Dispositivo di bloccaggio

La funzione principale di un dispositivo di bloccaggio è quella di posizionare con precisione il pezzo in lavorazione e di fissarlo in modo sicuro contro tutte le forze a cui è sottoposto durante il processo di produzione. In tal modo, svolge contemporaneamente tre funzioni fondamentali:

• Posizionamento: il pezzo viene orientato utilizzando punti di contatto, arresti o elementi di centraggio definiti. A seconda dell’applicazione, il dispositivo di bloccaggio esegue l’orientamento grossolano o di precisione del pezzo.
• Fissaggio: gli elementi di bloccaggio generano la forza di tenuta necessaria e impediscono lo spostamento o il movimento rotatorio causato dalle forze di taglio o dalle vibrazioni.
• Messa in sicurezza e stabilizzazione: il dispositivo di bloccaggio impedisce al pezzo di inclinarsi, oscillare o sollevarsi, anche quando cambiano le direzioni di carico.

Un dispositivo di bloccaggio progettato in modo inadeguato comporta scostamenti dimensionali, segni di vibrazione o rottura dell’utensile.

I dispositivi di bloccaggio sono costituiti da diversi elementi funzionali progettati per operare in sinergia:

• Superfici di appoggio: definiscono la posizione di base del pezzo e garantiscono una superfice di contatto sicura e riproducibile.
• Elementi di posizionamento: arresti, perni o manicotti di centraggio allineano con precisione il pezzo e impediscono lo spostamento laterale sotto i carichi di lavorazione. Nella progettazione di dispositivi e utensili, spesso si segue il principio di bloccaggio 3-2-1, in cui i sei gradi di libertà del pezzo sono definiti da punti di sostegno e di arresto specificati. Tuttavia, nelle attrezzature di bloccaggio standardizzate e nei sistemi di bloccaggio, questo principio non viene sempre applicato integralmente, a seconda dell’applicazione, al fine di consentire un utilizzo più flessibile con diverse geometrie del pezzo.
• Sistema di bloccaggio: genera la forza di tenuta. A seconda delle esigenze, si utilizzano sistemi di bloccaggio meccanici, idraulici, pneumatici, magnetici o a vuoto.
• Interfaccia con la macchina: i sistemi di bloccaggio sono collegati al piano di lavoro della macchina tramite appositi elementi di fissaggio. A seconda della macchina e del concetto di bloccaggio, si utilizzano, ad esempio, piani con scanalature a T, sistemi di bloccaggio a punto zero, tavole grigliate o piani lisci.

In molti processi di lavorazione — in particolare nella produzione di piccoli e medi volumi — vengono utilizzati sistemi di bloccaggio standardizzati o universali, che possono essere adattati in modo flessibile alle diverse geometrie dei pezzi. Esempi tipici sono le morse, i blocchi di serraggio motorizzati e le piastre a griglia a vuoto. Questi sistemi si basano spesso su componenti modulari di base e aggiuntivi che possono essere adattati alle mutevoli esigenze di lavorazione senza richiedere una riprogettazione completa.

Per le operazioni di produzione complesse, ricorrenti o altamente automatizzate nella produzione su larga scala, invece, si ricorre spesso a dispositivi di bloccaggio dedicati, progettati specificamente in funzione della geometria del pezzo, delle forze di lavorazione e delle sequenze di produzione. Il maggiore impegno progettuale e l’investimento economico consentono un’elevata affidabilità di processo, tempi di equipaggiamento ridotti e risultati riproducibili.

I sistemi di bloccaggio a punto zero fungono da interfaccia standardizzata tra il dispositivo di bloccaggio e il piano di lavoro della macchina. Consentono un montaggio rapido e riproducibile di diversi dispositivi di bloccaggio sulla macchina. A seconda dell’applicazione, viene sostituito solo il dispositivo di bloccaggio oppure l’unità completa composta dal dispositivo di bloccaggio e dal pezzo.

Anche i sistemi a cambio rapido si basano su interfacce standardizzate e consentono tempi di equipaggiamento ridotti, nonché processi di bloccaggio riproducibili in ambienti di produzione automatizzati.

Nei centri di lavorazione CNC, i dispositivi di bloccaggio devono soddisfare esigenze elevate in termini di affidabilità del processo, ripetibilità, accessibilità e automatizzabilità.

• Ripetibilità: un’elevata ripetibilità di posizionamento è essenziale per garantire la precisione dimensionale nel corso di più cicli di bloccaggio — un fattore critico sia nella produzione di singoli pezzi che in quella in serie.
• Lavorazione su più lati: i dispositivi di bloccaggio devono essere progettati in modo tale che tutti i punti di accesso necessari per gli utensili rimangano liberi, senza richiedere ulteriori operazioni di riserraggio. A seconda dell’applicazione, i singoli elementi di bloccaggio o di arresto possono essere progettati per ruotare lateralmente, migliorando così l’accessibilità al pezzo durante il processo di lavorazione.
• Lavorazione a 5 e 6 assi: nelle applicazioni a 5 e 6 assi , la progettazione del dispositivo di bloccaggio senza rischio di collisioni è particolarmente critica. I campi di movimento dell’utensile e della testa della macchina devono essere pienamente utilizzabili.
• Capacità di automazione: negli ambienti di produzione automatizzati, le interfacce standardizzate delle macchine e i tempi di equipaggiamento ridotti giocano un ruolo decisivo nel rendimento complessivo del sistema.

La progettazione dei dispositivi di serraggio è determinata sia dalle esigenze del processo di lavorazione, sia dal materiale e dalla geometria del pezzo. Oltre alla ripetibilità, all’accessibilità e all’automatizzabilità, i dispositivi di serraggio devono quindi essere specificamente adattati alle proprietà meccaniche e alla capacità di carico del rispettivo materiale.

Metallo e alluminio

Nel caso dei materiali metallici, i dispositivi di serraggio devono assorbire elevate forze di lavorazione e garantire un posizionamento preciso. Una struttura con stabilità instrinseca impedisce il movimento relativo tra il pezzo e il dispositivo durante la lavorazione. Per i pezzi metallici a pareti sottili o con ampia superficie, è necessaria un’applicazione distribuita della forza su più punti di serraggio, poiché i carichi concentrati possono causare deformazioni o scostamenti dimensionali.

Materie plastiche

Le materie plastiche presentano una rigidità inferiore rispetto ai metalli e sono sensibili alle sollecitazioni localizzate. I dispositivi di bloccaggio devono distribuire la forza in modo più uniforme ed essere adattati alle specifiche proprietà del materiale. Le superfici di appoggio che impediscono la formazione di ammaccature e le forze di bloccaggio ridotte prevengono la deformazione e i danni superficiali durante la lavorazione.

Legno e materiali a base di legno

Nella lavorazione del legno, i dispositivi di bloccaggio sono spesso progettati per pezzi di grandi dimensioni con geometrie variabili. I punti di bloccaggio devono essere flessibili per consentire il bloccaggio di componenti di forme diverse senza la necessità di ricalibrare il sistema di bloccaggio. Poiché i materiali a base di legno possono essere sensibili alla pressione, è comune l'uso di supporti morbidi o elementi di distribuzione della pressione tra il sistema di bloccaggio e il pezzo.

Vetro e materiali fragili

Il vetro e i materiali simili richiedono una distribuzione della forza particolarmente uniforme su tutta la superficie di contatto. Anche lievi picchi di sollecitazione locali possono causare microfessurazioni o rotture nei materiali fragili. Il dispositivo di bloccaggio deve quindi essere progettato in modo da evitare completamente i carichi puntuali causati da ganasce, morsetti o viti.