Nell’industria delle macchine uten­sili la tendenza va verso una crescente globalizzazione, con standardizzazione di componenti e sistemi, maggiore collaborazione a livello interna­zionale e attività di marketing. C’è una spinta continua a migliorare la produttività attraverso velocità, potenze specifiche e flessibilità sempre maggiori e macchine capaci di eseguire molte operazioni.

Le macchine utensili moderne sono centri di lavoro multifunzionali di grande flessibilità e i mandrini ne sono i componenti chiave: essi vengono utilizzati per operazioni di tornitura, taglio, foratura, svasatura, maschiatura, alesatura, rettifica e fresatura, in importanti aree applicative quali l’industria automobilistica, quella aeronautica e quella degli stampi.

I mandrini sono semplicemente costituiti da un albero azionato da motore, sul quale è montato un utensile oppure il pezzo da lavorare. Possono operare a velocità di oltre 20.000 giri/min e sono responsabili del rendimento, della precisione e della produttività della macchina. Nello sviluppo della tecnologia dei mandrini la SKF ha investito molto e, lavorando a stretto contatto con i clienti, ha acquisito molte conoscenze nel settore. Essa offre una serie di servizi e di prodotti, inclusi in soluzioni standardizzate o personalizzate.

Tendenze nella progettazione
La progettazione dei mandrini si orienta prevalentemente in tre direzioni, in funzione delle necessità applicative (fig. 1).
1) Per le macchine utensili di tipo più economico o per quelle che richiedono forti coppie, sono preferite le unità mandrino azionate da cinghia. Troviamo tali unità nei centri di lavoro, nelle macchine utensili per esercizio gravoso e nei torni, dove il fattore costo è importante (fig. 2).

2) Per le applicazioni di carattere generale, con problemi di spazio, che prevedono il cambio automatico dei mandrini e richiedono grande produttività, molta flessibilità in manutenzione e un eccellente comportamento dinamico la soluzione adottata è quella di una unità mandrino con motore accoppiato.

Questa tipologia offre grande flessibilità di progetto ed è applicabile alle macchine utensili sia nuove che esistenti, azionate da motori asincroni, caratterizzate da forti coppie e alta velocità di rotazione (fig. 3).

3) Per le macchine utensili con prestazioni medio-elevate, alte velocità e grande potenza sono in genere preferibili le unità motorizzate o elettromandrini. Si prevede che, entro il 2006, con queste unità, munite di motore sincrono o asincrono, si potranno raggiungere velocità di rotazione superiori ai 20.000 giri/min e anche arrivare ai 40.000. Ideali per soddisfare le attuali esigenze di produttività e qualità dei pezzi prodotti, le troviamo nei centri di lavoro, nelle fresatrici per impiego aeronautico, nelle rettificatrici, nei torni pick-up, ecc. (fig. 4).

Nuova gamma di prodotti
Nel 2003 la SKF ha presentato una gamma di nuovi prodotti e soluzioni per le macchine utensili, in particolare cuscinetti di precisione obliqui a sfere schermati e di precisione a rulli cilindrici in nitruro di silicio, unitamente ad una serie in una lega speciale, il nitralloy, atta ad operare in condizioni estreme. La gamma comprende anche i cuscinetti ibridi con sfere in ceramica di diverse dimensioni.
L’offerta attuale per quanto riguarda le macchine utensili comprende anche:

• cuscinetti e unità per il supporto delle viti a sfere;
• ghiere per mandrini dalle prestazioni elevate;
• nuovi sistemi di lubrificazione;
• soluzioni per le misurazioni di precisione e il monitoraggio dei mandrini;
• una gamma completa di mandrini e
• lavori di manutenzione e ripristino dei mandrini di tutte le marche.

Nelle macchine utensili i cuscinetti devono far fronte a variazioni di temperatura, dilatazione degli anelli interni, riduzione degli angoli di contatto e carichi radiali elevati. La nuova generazione di cuscinetti obliqui a sfere ha piste con una nuova geometria e gabbie di maggiore rigidezza e silenziosità. Gli alveoli delle gabbie sono ovali per compensare le escursioni delle sfere.

I cuscinetti obliqui a sfere traggono anche beneficio dalle attività SKF di sviluppo dei materiali, in particolare dell’acciaio; il materiale delle gabbie possiede una maggiore resistenza e un’appropriata capacità di adesione del grasso e dell’olio. I profili e la qualità delle superfici danno il loro contributo alla riduzione di usura e rumorosità.

L’assortimento di mandrini è molto ampio e si estende dai tipi azionati con cinghia, agli elettromandrini e ai tipi combinati. Campi applicativi sono le macchine da legno, le rettificatrici, i torni e le applicazioni aeronautiche, che abbinano grandi potenze a velocità elevatissime. L’assortimento comprende anche una serie standard con tempi di consegna inferiori al mese e soluzioni personalizzate.

I mandrini standard sono forniti per azionamento a cinghia o a motore e sono disponibili sotto forma di cartuccia o blocco. L’assortimento comprende mandrini ad alta frequenza da rettifica, progettati per velocità elevate e carichi relativamente leggeri. Gli elettromandrini, per applicazioni dalle prestazioni elevate, sono offerti nel campo della fresatura/tornitura, in cui gli alti livelli produttivi esigono sia alte velocità sia potenza e durate di esercizio maggiori.

Per le applicazioni di alta precisione, le cui velocità sono superiori a quelle ammesse per i cuscinetti volventi, sono disponibili i cuscinetti magnetici.

Il monitoraggio e la diagnosi delle macchine stanno assumendo particolare importanza a seguito dell’estendersi dei periodi di garanzia e della necessità di controlli sistematici, al fine di ridurre le fermate non programmate e soddisfare i requisiti di sicurezza.

Per il monitoraggio e la diagnosi dei mandrini e quindi del processo di lavorazione, la SKF propone anche l’impiego di sensori radiali e assiali, atti a rilevare la posizione assiale dell’albero e le forze di taglio, nonché le sollecitazioni causate da squilibri e da vibrazioni, attribuibili al tipo di lavoro svolto dal mandrino, alle condizioni dei cuscinetti e alle dilatazioni termiche e alle forze centrifughe (fig. 5).

Il mercato globale dei mandrini si stima superiore al miliardo di euro, più di metà del quale è rappresentato dai lavori di manutenzione e ripristino. Tramite una rete di assistenza, la SKF offre un servizio a livello internazionale di ricondizionamento di mandrini di molte marche e modelli.