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Politecnico di Milano STORIA DEL TORNIO Corso: STORIA DELLA MECCANICA Docente: PROF. EDOARDO ROVIDA Allievo: MICHELE ROTUNNO 674549 AA 2008-2009.

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1 Politecnico di Milano STORIA DEL TORNIO Corso: STORIA DELLA MECCANICA Docente: PROF. EDOARDO ROVIDA Allievo: MICHELE ROTUNNO AA

2 La storia del tornio Il seguente lavoro rappresenta una ricerca finalizzata a conoscere alcuni aspetti del passato di una macchina che, attraverso i secoli, ha contribuito a realizzare l'industria meccanica così come la vediamo oggi. Rimarrà deluso il lettore che cerca una carrellata di date, nomi di costruttori o luoghi geografici, dato che ho improntato questa presentazione cercando di dare un contributo basato sull'esperienza di utilizzatore del tornio, cercando di cogliere quelle che secondo me rappresentano le reali fasi di crescita e sviluppo, evitando di snocciolare numeri e modelli, tra l'altro facilmente reperibili sul web.

3 Storia del tornio ● Breve introduzione alla storia delle lavorazioni per asportazione di truciolo ● Il tornio: le origini ● Il tornio moderno ● Il tornio a controllo numerico

4 Breve introduzione alla storia delle lavorazioni per asportazione di truciolo Tutto ha inizio circa 2 milioni di anni fa, quando i primi “ingegneri” si accorsero che una semplice pietra, piuttosto che un bastone, poteva divenire un'arma capace di permettergli di confrontarsi con animali molto più forti e attrezzati di loro. Successivamente notarono che spaccando il bastone, la superficie di separazione, con le sue asperità, poteva essere utilizzata per infilzare... Nessuno può dire con esattezza come realmente siano andate le cose, ma rimane il fatto che i nostri antenati iniziarono a plasmare i corpi distaccandone piccole o grandi porzioni al fine di ottenere ciò che faceva al caso loro: asce, raschiatori, punteruoli, lance, ecc...

5 Breve introduzione alla storia delle lavorazioni per asportazione di truciolo Lo spirito di osservazione, la curiosità e la necessità di procurarsi virtù che la natura non gli aveva dato, forse hanno contribuito a inventare tecniche sempre più raffinate ed efficienti. Il progettista Il prototipo

6 Breve introduzione alla storia delle lavorazioni per asportazione di truciolo Con il passare dei millenni le tecniche di asportazione di materiale e ricerca del materiale più adatto, sono andate via via raffinandosi. Il reperto rappresentato nella foto viene fatto risalire al periodo Paleolitico ( – anni fa). La pietra di partenza è stata opportunamente scelta, tra le tante disponibili, per via della sua ottima lavorabilità: le scaglie (i trucioli) possono essere staccate con relativa facilità, lasciando la superficie del pezzo liscia e tagliente. Gli angoli di impatto dell'utensile incidente non sono casuali, ma accuratamente studiati. Riflettendoci bene, è impressionante l'analogia tra quest'uomo del Paleolitico e il tecnologo che sceglie la geometria dell'inserto da taglio per realizzare superfici a bassa rugosità.

7 Breve introduzione alla storia delle lavorazioni per asportazione di truciolo Dall'unione di oggetti lavorati, nascono nuovi oggetti (distinta base primitiva). Le tecniche si evolvono, passando da rude sgrossatura ad attenta finitura (rettifica). Questa evoluzione potrebbe essere associata alla necessità di avere un taglio più preciso, ad esempio nella concia delle pelli. Il legame tra la necessità e lo sviluppo si fa sempre più forte. La ricerca traina lo sviluppo.

8 Breve introduzione alla storia delle lavorazioni per asportazione di truciolo La capacità di costruire oggetti non è una prerogativa dell'essere umano, ma solo l'uomo ha imparato a costruire strumenti atti alla realizzazione di altri manufatti. PaleoliticoXXI secolo

9 Breve introduzione alla storia delle lavorazioni per asportazione di truciolo Dal Paleolitico superiore ci arrivano testimonianze di tecniche sempre più elaborate per la realizzazione dei manufatti e in particolare degli utensili, che rispetto alle ere precedenti risultano più piccoli ed efficaci (nanotecnologie)

10 Breve introduzione alla storia delle lavorazioni per asportazione di truciolo Le necessità non si limitavano solo al cibo e alla difesa. La Venere di Willendorf ( – A.C.)

11 Breve introduzione alla storia delle lavorazioni per asportazione di truciolo Circa 5000 anni fa ci fu un enorme salto evolutivo: dalla pietra ai metalli. Rame, bronzo e ferro consentivano di ottenere, tramite tecniche fusorie, manufatti non realizzabili fino a quel momento. La scoperta dei metalli come materiali da taglio permise l'incremento produttivo dei manufatti di legno, pietra e osso (in analogia con la diffusione degli utensili in metallo duro degli anni 90') Uno degli effetti secondari fu l'espandersi di opere d'arte.

12 Breve introduzione alla storia delle lavorazioni per asportazione di truciolo La scoperta dei metalli fu accompagnata per secoli da un enorme limite tecnologico: la loro tenacità non li rendevano facilmente lavorabili, a differenza di pietra e legno. Le potenze richieste dall'operazione di asportazione di truciolo furono accessibili solo dopo migliaia di anni, ma fu proprio in questo periodo che comparve per la prima volta il tornio.

13 IL TORNIO: origini La base di tutte le tecnologie convenzionali di lavorazione per asportazione di materiale è rappresentata dal moto reciproco tra pezzo e utensile, che nei secoli è stato prodotto nelle più svariate forme. Il tornio è una delle più antiche macchine utensili ed è caratterizzata dal fatto che il moto relativo viene realizzato facendo ruotare il pezzo intorno ad un asse di rivoluzione tenendo “fisso” l'utensile.

14 IL TORNIO: origini Una delle più antiche (se non la più antica) testimonianze della presenza del tornio nell'antichità è rappresentata su un bassorilievo scolpito sulla tomba dell'astrologo Petosiride (Egitto, 300 A.C.)

15 IL TORNIO: origini Dalla sua apparizione nella storia il tornio, ha mantenuto per secoli una caratteristica ormai estinta: il moto di rotazione del pezzo veniva impartito alternativamente nei due sensi. La diffusione del tornio ha raggiunto tutte le più evolute civiltà, dal bacino del Mediterraneo all'estremo Oriente, ma in Europa ha vissuto il massimo sviluppo.

16 IL TORNIO: origini La realizzazione di vasellame di ogni epoca, ha visto nel tornio ad asse verticale la tecnologia di riferimento Nonostante oltre 2000 anni di storia, è impressionante notare l'assoluta somiglianza delle due macchine.

17 IL TORNIO: origini Il problema di muovere il pezzo intorno al suo asse di rivoluzione ha trovato più di una soluzione Un archetto permetteva il moto ma impegnava una mano

18 IL TORNIO: origini Il problema di muovere il pezzo intorno al suo asse di rivoluzione ha trovato più di una soluzione Tornio con leveraggio a pedale (1395) Una soluzione che consentiva l'utilizzo di entrambe le mani permetteva una maggiore produttività e precisione. A differenza del modello a pedaliera di origine orientale, in questa immagine si nota il tentativo di diminuire lo sforzo dell'artigiano per mezzo dell'accumulo di energia elastica immagazzinata nell'asticella.

19 IL TORNIO: origini Una macchina come il tornio non poteva passare inosservata agli occhi di Leonardo Studio per un tornio (Codice Atlantico)

20 IL TORNIO: sviluppi Questo schizzo leonardesco ha una particolarità che lo rende geniale: nussuno fino ad allora aveva pensato un sistema che permettesse l'accumulo di energia cinetica grazie al volano e che impartisse al pezzo un senso di rotazione non più alternato ma continuo.

21 IL TORNIO: sviluppi In epoca rinascimentale furono realizzati molti progetti che videro continui sviluppi fino alla rivoluzione industriale Jacques Besson (XVI secolo)

22 IL TORNIO: sviluppi Un'insolita rappresentazione del tornio è stata immortalata in una vetrata artistica raffigurante San Giuliano durante una lavorazione

23 IL TORNIO: sviluppi Il tornio ha rappresentato, oltre che uno strumento da lavoro, un hobby per nobili e regnanti al punto che persino Luigi XVI ne fece una vera e propria passione. Va anche menzionato il principe di Galles Henry, che nel 1615 contribuì alla realizzazione di un tornio eccentrico. Tornio eccentrico (1615). La trazione viene realizzata da un “collaboratore”.

24 IL TORNIO: sviluppi Trasmettendo potenza al mandrino tramite un sistema a corona e puleggia era finalmente possibile regolare uno dei parametri più importanti: la velocità di taglio. Di contro si rendeva necessaria la presenza di un servente Impianto dovuto a Joseph Moxon (1683)

25 IL TORNIO: sviluppi Per piccole asportazioni era sufficiente pedalare

26 IL TORNIO: sviluppi Oltre alla forza forza umana, in alcuni insediamenti del nord Europa è stata sfruttata la forza dei mulini ad acqua, analogamente a quanto fatto per la macina dei cereali.

27 IL TORNIO: sviluppi Fino al 700' l'utilizzo del tornio, come strumento di lavoro, era associabile solo ed esclusivamente alla lavorazione di legno, avorio e materiali argillosi per la realizzazione di vasellame

28 IL TORNIO: sviluppi Il XVIII secolo segnò la svolta della produzione industriale: nacque la macchina a vapore (Newcomen 1712, Watt 1757), che tra le varie applicazioni ha avuto un ruolo fondamentale per la produzione di potenza motrice nelle fabbriche, che avvenne però in maniera diffusa solo un secolo più tardi. Con un complesso sistema di trasmissione a cinghie era possibile fornire il moto a più macchine utensili, le quali dal canto loro dovettero adattarsi alle nuove possibilità energetiche, modificandosi profondamente nella struttura: ghisa, bronzo e ottone presero il posto del legno.

29 IL TORNIO: sviluppi L'operazione di asportazione di truciolo non poteva più essere realizzata dagli utensili convenzionali, ma sopratutto questi non potevano più essere tenuti con le mani. Nel tornio nasce un nuovo elemento, il carrello portautensile.

30 IL TORNIO: sviluppi e di conseguenza cambiarono anche gli utensili

31 IL TORNIO: sviluppi Il XIX secolo è contraddistinto dalla diffusione dell'energia elettrica, che distribuita nelle aree urbane ne consente una forte industrializzazione. Grossi motori elettrici affiancano quelli a vapore, destinati ad estinguersi in breve tempo. Nascie l'industria elettromeccanica. L'affiatamento tra le scienze e l'ingegneria permette la nascita e lo sviluppo dell'industria ferroviaria, navale, automobilistica, civile e altre ancora. Le esigenze costruttive sono tali da richiedere velocità, potenze e precisioni sempre crescenti. L'industria siderurgica si espande. E' nella seconda metà del 1800 che il tornio acquisisce la sua forma moderna.

32 IL TORNIO MODERNO 1. Pulegge cambio di velocità 2. Comando longitudinale carrello 3. Comando trasversale carrello 4. Mandrino autocentrante 5. Torretta portautensili 6. Comando longitudinale torretta portautensili 7. Carro della contropunta

33 IL TORNIO MODERNO Fino alla prima metà del 900' il tornio, come tettu le macchine utensili, non possedeva un motore proprio, ma riceveva potenza motrice da un motore asservito ad un intero reparto.

34 IL TORNIO MODERNO Solo con la diffusione dei motori compatti trifase fu possibile dotare ogni macchina utensile con una propria fonte di potenza motrice. Le nuove macchine venivano attrezzate per poter eseguire lavorazioni sempre più complesse grazie all'instalalzione di catene cinematiche che permettevano un controllo ad ampio spettro sui parametri di lavorazione.

35 IL TORNIO MODERNO Per giungere a questo risultato furono decisive le sinergie tra vari campi della scienza: ➢ Meccanica (cinematismi e dimensionamento degli elementi) ➢ Metallugia (trattamenti termici) ➢ Elettrotecnica (motore e distribuzione di energia elettrica) ➢ Chimica (olii lubrificanti e ricerca dei materiali)

36 IL TORNIO MODERNO La necessità di produrre elementi meccanici di sempre maggiore precisione ha richiesto lo sviluppo di strumenti di misura sempre più fini.

37 IL TORNIO MODERNO Altri aspetti, non meno importanti, riguardano gli utensili, che in maniera del tutto simile a quanto accadeva nel paleolitico, venivano modellati manualmente secondo le necessità del momento.

38 IL TORNIO MODERNO Grazie alle scoperte in campo fisico circa la struttura della materia, iniziate nell'ottocento e proseguite nel novecento, nonostante i due conflitti mondiali, intorno agli anni 50 nacque una scienza destinata a cambiare il mondo: l'elettronica. Il connubio tra meccanica ed elettronica fu presto determinante per l'industria moderna. Le richieste produttive divennero tali da non poter più essere realizzate con i sistemi convenzionali, basati sull'abilità degli operatori e sulla produttività delle macchine, ma dovevano evolvere sfruttando le possibilità che i sistemi elettronici mettevano a disposizione.

39 IL TORNIO MODERNO L'industria metalmeccanica statunitense iniziò negli anni 60' un'opera di retrofit dei suoi impianti tradizionali, gettando le basi di quella che sarebbe diventata la meccatronica. I più agguerriti competitori dei produttori USA si trovavano dall'altra parte dell'Oceano Pacifico dove il Giappone si stava preparando a invadere il mercato mondiale con i suoi rivoluzionari prodotti.

40 IL TORNIO A CONTROLLO NUMERICO I primi anni ottanta rappresentano l'ultima pietra miliare nella storia del tornio che da questo momento in poi non sarà più solo una macchina meccanica ma diventerà un surrogato di tecnologia capace di racchiudere in se un concentrato di meccanica, elettronica e informatica, consentito dalla diffusione dei microcomputers.

41 IL TORNIO A CONTROLLO NUMERICO I primi torni CN riclacavano pienamente i progetti originali, con l'aggiunta di motori elettrici al comando delle viti di manovra del carrello porta utensile

42 IL TORNIO A CONTROLLO NUMERICO Successivamente, sotto la spinta di una florida richiesta di un mercato in forte espansione e con il supporto di controlli elettronici sempre più efficienti, iniziarono i primi mutamenti morfologici.

43 IL TORNIO A CONTROLLO NUMERICO Una piccola nota ai cambiamenti sociali è doverosa: già negli anni cinquanta le performance di un tornio industriale erano tali da imprimere ai trucioli energia tale da ferire l'operatore addetto all'impianto e coloro che gli stavano intorno, ma a quei tempi la classe operaia non godeva di quei diritti fondamentali che prevedono l'incolumità dei lavoratori, anche i più umili. Praticamente assenti erano i dispositivi di sicurezza. Per fortuna nell'arco di decine di anni si è provveduto, munendo ogni macchina utensile di opportuni accorgimenti quali schermi, paratie, sensoristica, ecc...

44 IL TORNIO A CONTROLLO NUMERICO Tra i più evidenti cambiamenti si nota facilmente la presenza di una torretta porta utensili equipaggiata con svariati tools* * Nota: una volta le macchine utensili “parlavano” anche italiano, oggi non più!

45 IL TORNIO A CONTROLLO NUMERICO Il carro della contropunta (tailstock) da posizionamento manuale è passato a comando idraulico.

46 IL TORNIO A CONTROLLO NUMERICO La velocità di rotazione del mandrino, nelle macchine convenzionali, va da pochi giri al minuto a qualche migliaio in modalità continua a differenza del tornio tradizionale che al più poteva contare su una dozzina di rapporti. Anche gli operatori sono mutati, infatti si sono dovute adattare allo strumento che richiede la capacità di convertire in codice programmazione le operazioni di taglio, abbandonando il contatto fisico con la macchina.

47 IL TORNIO A CONTROLLO NUMERICO Macchine di questo tipo possono e devono fornire precisione di altissimo livello al punto che è stato necessario provvedere ad un ammodernamento degli strumenti di controllo, passando dall'analogico al digitale

48 IL TORNIO A CONTROLLO NUMERICO Parallelamente alla diffusione dei CNC iniziò quella di robot industriali, inizialmente installati su portali e successivamente pensati general porpouse, per essere asserviti a qualsiasi macchina utensile

49 IL TORNIO A CONTROLLO NUMERICO L'ultimo passo, in questo breve sunto di una lunga storia, è rappresentato da una macchina che esprime la sintesi delle necessità produttive di oggi: realizzare più operezioni possibili su un solo impianto

50 IL TORNIO A CONTROLLO NUMERICO

51 Bibliografia Questa ricerca è stata condotta interamente con l'ausilio delle pagine web e i maggiori riferimenti sono stati tratti dai seguenti indirizzi:


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