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CNC che passione
di Francesco D'Angelo

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Il sogno di tutti gli aeromodellisti, che ancora oggi imperterriti e contro corrente si costruiscono i loro modelli tagliando balsa e compensato, è la CNC.

Già, si fa in fretta a dire CNC, ma cosa significa esattamente questa sigla e qual è il percorso per arrivare al pacchetto di centine tagliate perfettamente ? Cercherò di analizzare un passo alla volta come sono arrivato a realizzare il sogno, premettendo che non sono un esperto di meccanica e macchine automatiche, quello che segue è quindi il resoconto della mia personale esperienza e dei mie ragionamenti senza nessuna pretesa di trattato tecnico. 

All’inizio avevo nella testa numerose domande: ma come fa il mio PC che uso per il simulatore di volo o per navigare nei siti di modellismo a controllare una macchina che taglia del legno? E poi, com’è fatta questa misteriosa macchina ? Che tipo di legno posso tagliare?, Sarà rumorosa? E chi dice al PC che la mia centina deve avere una corda di 200mm ed un profilo naca2410? Ma soprattutto quanto costa? E se poi compro una macchina che non va bene? E se poi non riesco ad usarla?
Più cercavo di risolvere i miei dubbi, più me ne venivano in mente. Più domandavo, più la mie incertezze aumentavano dato che le risposte erano molto diverse a seconda dell’esperienza di ognuno. Allora ho cominciato a cercare nella vastità del web, nei forum di appassionati di CNC, nei siti dei produttori, sempre peggio avevo troppe informazioni non sempre utili, ma non sapevo da dove cominciare. 

In queste situazioni l’unica cosa da fare è affrontare i problemi uno alla volta arrivando, passo dopo passo, a capire le cose. Cominciamo dalle basi: CNC significa Computer Numeric Control, tradotto in parole semplici stiamo parlando di controllo numerico comandato dal computer. Si ma controllo di che cosa? Di una macchina meccanica. A questo punto è chiaro che ci servono un PC che controlli la macchina e la CNC stessa (per completezza dovrei dire “CNC machine”, ma passatemi l’abbreviazione).

Ma questi due elementi da soli non bastano. Il PC ha diverse porte per comunicare con le periferiche esterne e quella che fa al nostro caso e la porta parallela, ormai quasi sparita sulle moderne schede madri. Sul connettore a 25 poli LPT1, quello che una volta si usava per la stampante, abbiamo a disposizione una serie di ingressi e uscite che possono trasmettere e ricevere informazioni con segnali logici a 5 volt. 

La macchina ha una serie di motori (poi vedremo di che tipo) che per funzionare hanno bisogno di potenza e tensione più elevata di quelle che può fornire il nostro computer. Questa funzione viene assolta da una scheda elettronica che fa da interfaccia fra i segnali in arrivo dalla LPT1 (la parallela del nostro PC) trasformandoli in modo che possano controllare i motori che azionano i movimenti della fresa. Come sappiamo il computer da solo non è in grado di fare niente, ci serve un software che possa generare i segnali di comando, che in uscita dalla porta parallela e attraverso la scheda di potenza possano controllare la macchina. In realtà io non ne uso uno solo, ma ben tre. Il primo è un CAD, Computer Aided Design, letteralmente disegno assistito dal computer, che mi serve per disegnare in formato vettoriale tutti i componenti del modello (centine, ordinate, ecc..). Basta fare una ricerca su internet per scoprire quanti ce ne siano a disposizione sia a pagamento, più o meno costosi, ma anche freeware. Il consiglio è di partire da software semplici e gratis per cominciare a fare delle prove. Inizialmente scegliete quello che vi sembra più intuitivo e tenete presente che deve essere pratico e veloce perché sarà lo strumento con cui dovrete disegnare ogni singolo pezzo che dovrà essere tagliato. Il secondo software che utilizzo è un CAM, Computer Aided Manufacturing, fabbricazione assistita dal computer, in cui importo il file di disegno prodotto col CAD e lo trasformo in una sequenza di istruzioni per il controllo della macchina. Questo programma si occupa di generare automaticamente i percorsi macchina, ricalcando i vettori del disegno fatto in precedenza e tenendo conto del diametro dell’utensile che abbiamo scelto. Per esempio se scegliamo di tagliare con una fresa di diametro di 2mm dovremo seguire un percorso con un offset di 1mm. Sono disponibili pacchetti software CAD/CAM che uniscono in un solo strumento tutte le potenzialità e che sono quindi in grado di generare sia il formato disegno che il percorso utensile. Anche in questo caso una rapida ricerca sul web vi permetterà di conoscere i nomi dei software più utilizzati. Terzo ed ultimo software necessario per completare la lavorazione è quello in grado di controllare i motori passo passo della macchina seguendo le istruzioni del file di taglio prodotto dal CAM. Ritorniamo un attimo al formato vettoriale e vediamo in cosa consiste. In questo tipo di file tutte le forme che disegnamo vengono scomposte in singoli segmenti, anche quando descriviamo una circonferenza questa è definita da un numero molto elevato di segmenti. Questo ci permette di definire con esattezza le coordinate del punto di inizio e di fine di ogni singolo tratto consentendo di ingrandire indefinitamente le forme senza perdere le informazioni. Inoltre, dato che anche la macchina si muove lungo un percorso definito da segmenti, ecco che siamo avvantaggiati nella conversione del disegno in file di taglio e senza pericolo di perdere informazioni. Provate ad ingrandire un file di immagine per esempio una delle vostre foto del mare, ad ogni ingrandimento vedrete la definizione diminuire e avrete un risultato sgranato. Con un file di tipo vettoriale questo non succede. Per il disegno delle centine e dei pannelli alari è di grande aiuto il famoso profili2 (www.profili2.com/ita/left.htm) in grado di generare le centine interpolate prevedendo longheroni, alleggerimenti, denti di costruzione, ecc… e di compilare direttamente il file di taglio. Un solo software in grado di fare tutto. Per le ordinate delle fusoliere c’è anche DevFus che però personalmente non conosco. In fine analizziamo rapidamente la macchina, elemento fondamentale per tradurre praticamente tutto il lavoro fatto fin qui. Comincio col dire che esistono macchine con diverso numero di assi, quella che ho io ne ha tre, ma ne esistono anche di più sofisticate, e sono X, Y e Z. Semplificando possiamo dire che il movimento sull’asse x è nella direzione destra-sinistra, quello sull’asse y avanti-indietro e sono paralleli al piano di lavoro, mentre l’asse z, perpendicolare al piano, è in direzione alto-basso. Sempre riferendomi alla mia CNC, il piano di lavoro è fisso e la parte mobile è il ponte, ma ci sono anche soluzioni che prevedono il piano in movimento sugli assi x e y e il ponte mobile sull’asse z. Il ponte scorre su barre di acciaio cementato, il minor attrito e gioco possibili sono assicurati da dei cuscinetti a strisciamento. Esistono anche macchine con cuscinetti e ricircolo di sfere. I movimenti avvengono per mezzo di motori passo-passo, solidali alla struttura fissa della macchina, il cui albero è accoppiato meccanicamente ad una vite trapezioidale che trascina una chiocciola. La chiocciola è fissata al ponte che scorre sui profili di acciaio nella direzione voluta a seconda della direzione di rotazione dei motori. Il sistema formato da motore, vite trapezioidale, chiocciola è ripetuto per ogni asse, quindi la macchina è fornita di tre motori. Manca qualcosa ? Si l’elettroutensile. A lui è affidato il compito di mettere in rotazione la fresa in carburo di tungsteno che farà il taglio. E’ montato sul ponte e come è logico si muove sull’asse z per affondare alla profondità voluta nel materiale da lavorare. Successivamente il ponte viene mosso sugli assi x e y per descrivere il percorso. A differenza dei motori elettrici che usiamo per i nostri alianti che sotto alimentazione mettono in rotazione continua l’albero, i motori passo passo, grazie al particolare tipo di costruzione e a degli avvolgimenti appositi hanno la possibilità di ruotare il loro albero di un angolo ben definito. Per esempio se abbiamo un motore con 60 passi/giro, la massima precisione con cui far ruotare l’albero è di 6 gradi. Possiamo quindi decidere di far ruotare l’albero di un angolo noto. Conoscendo il passo della vite trapezioidale possiamo calcolare esattamente lo spostamento su un asse in base al numero di step che comanderanno il motore. Se abbiamo passo 1mm della vite trapezioidale e un motore con 60 passi/giro lo spostamento minimo sarà 1/60 di millimetro ossia 0.016mm. Questo in linea teorica perché abbiamo trascurato tutte le tolleranze e gli attriti. A questo punto mi sono schiarito le idee almeno sulla teoria del taglio CNC. Ora non resta che comprare la macchina, come se fosse facile. Ci sono diversi elementi che ho considerato prima di mettere mano al salvadanaio e spendere i risparmi destinati all’aeromodellismo. Il primo in ordine di importanza è il budget a mia disposizione, solitamente ridotto. Avevo sentito al campo volo cifre che assolutamente non potevo permettermi dell’ordine di quattro o cinque mila euro. In effetti navigando sul web quelle sono le cifre in cui ci si imbatte. Allora ho pensato di cimentarmi nella costruzione sperando di risparmiare qualcosa, ma a conti fatti la spesa finale non era molto distante, inoltre avrei dovuto fare un progetto meccanico e avrei dovuto cercare un’officina che mi realizzasse i pezzi necessari. Poi acquistare separatamente cuscinetti, motori, profilati, ecc.. ed infine assemblare tutto senza la strumentazione necessaria. Ho lasciato perdere. Secondo elemento fondamentale, per orientarmi fra le offerte di vendita, è stata l’analisi di quello che avrei dovuto fare con la fresa CNC. - Quanti modelli ci devo fare ? Direi che se riesco a fare un modello all’anno e magari tagliarne un altro paio per qualche altro modellista è già tanto. - Che materiali devo lavorare ? Balsa, compensato, vetronite e forse qualche particolare in alluminio sottile. Questo mi ha permesso di scegliere una macchina idonea alle mie necessità. Potenza dei motori, area di lavoro utile e rigidità della meccanica devono essere alla portata dell’utilizzo che se ne intende fare. Il rischio è quello di comprare un prodotto troppo sofisticato, pagandolo un prezzo salato o magari rinunciare viste le cifre e poi usarlo ampiamente sotto le sue potenzialità. Il web, che tanti dubbi mi aveva procurato prima e che poi mi aveva dato le risposte, ancora una volta mi veniva in aiuto facendomi conoscere il sito www.hobbild.com/index.htm. Qui ho travato macchine CNC a misura di hobbista oltre a tanti suggerimenti e tante idee. Passa ancora quasi un anno, poi con l’avvicinarsi del Natale decido di farmi il regalo. 

Vado a ritirare la fresa e oltre al collaudo della macchina, collegata al mio PC che mi sono portato dietro, ricevo molti suggerimenti e consigli per l’utilizzo della macchina. Dopo qualche mese il primo modello tagliato a CNC. incastri perfetti e le strutture, durante le prove a secco, stanno insieme da sole, un risultato assolutamente gratificante e impagabile. Sono due anni che ho la macchina CNC e la pratica fatta è tanta. Più la uso e più scopro trucchi per migliorare il lavoro finale. 

Confesso che se devo tagliare anche un solo particolare che richieda degli incastri preferisco fare al volo un disegno CAD e mettere una tavoletta sotto l’utensile. Centine, ordinate, strutture in compensato e anche le squadrette di comando delle parti mobili in vetronite sono tagliate alla perfezione dalla mia macchina. 

Termino dicendo che ritengo la fresa un valido e insostituibile aiuto nella mia passione per l’aeromodellismo, che mi ha dato non solo la possibilità di realizzare strutture che non hanno niente da invidiare ai sempre più rari modelli in kit, ma che mi ha permesso di capire e fare pratica in un settore interessante come quello delle macchine a controllo numerico. Buona costruzione a tutti.