Tecniche di fresatura nella lavorazione del legno

Fresatura piana, fresatura di profilo, controrotazione, CNC: nel mondo della fresatura circolano molti termini, che vengono spesso mescolati alla rinfusa: procedimenti, macchine e sistemi di controllo finiscono tutti nello stesso calderone, persino nei cataloghi. Chi poi sceglie il procedimento sbagliato o la direzione di avanzamento errata, si ritrova con strappi e segni di bruciatura – o, nel peggiore dei casi, con un pezzo che gli viene strappato dalle mani.

Questo articolo fa chiarezza sui termini. Scoprirai quali sono i metodi di fresatura esistenti e in cosa si differenziano, perché la fresatura CNC non è un metodo a sé stante, cosa si intende per “rotazione in senso opposto” e “rotazione in senso parallelo” – e come capire quale metodo è più adatto al tuo lavoro. La maggior parte di queste nozioni vale per qualsiasi macchina: sia per la fresatrice verticale che per la fresatrice da banco o per il centro di lavorazione CNC.

Indice

• Definizione
• Panoramica dei processi di fresatura
• Procedimento, macchina, sistema di controllo
• Suddivisione
• Il processo di fresatura in dettaglio
• Procedimenti di fresatura in base alla direzione di avanzamento
• Cosa conta nella fresatura
• Quale procedura per quale scopo?
• Domande frequenti

Definizione: cosa sono i processi di fresatura?

La fresatura è un processo di lavorazione per asportazione di trucioli: un utensile rotante, solitamente dotato di più taglienti, asporta materiale dal pezzo. Il movimento di taglio è circolare, mentre quello di avanzamento è trasversale rispetto all’asse di rotazione: è questo che distingue la fresatura dalla foratura, in cui l’avanzamento è diretto lungo l’asse. Ad ogni giro, ogni tagliente penetra nel legno e ne riemerge. Questo taglio intermittente produce il tipico rumore della fresatura e spiega perché l’affilatura, la velocità di rotazione e l’avanzamento sono così determinanti per la superficie.

Un “processo di fresatura” è una specifica variante della fresatura, classificata in base alla superficie che si intende ottenere, al modo in cui l’utensile agisce e al rapporto tra senso di rotazione e avanzamento. La fresatura viene eseguita su legno, metallo e plastica. Nella lavorazione del legno, la fresatura è il procedimento utilizzato per quasi tutte le operazioni che vanno oltre il taglio rettilineo: profili su bordi e listelli, scanalature e battute, giunti in legno, superfici piane su pezzi che non possono essere lavorati con la pialla e forme libere nella costruzione di mobili, interni e finestre.

Panoramica: quali sono i metodi di fresatura disponibili?

La norma DIN 8589-3 suddivide la fresatura, in base alla superficie che si intende ottenere, in sei procedimenti: fresatura piana, fresatura circolare, fresatura a vite, fresatura a rulli, fresatura di profili e fresatura di forme. La fresatura a vite e quella a rulli producono filettature e dentature: questo è il mondo dei metalli. Per il laboratorio di falegnameria rimangono quattro procedimenti, ai quali si aggiunge un gruppo di applicazioni con una denominazione propria:

• Fresatura piana – realizzazione di superfici piane
• Fresatura di profili: il contorno è nell’utensile
• Fresatura di forme – la forma sta nel movimento di avanzamento
• Fresatura circolare – superfici cilindriche e curve
• Fresatura di giunti – a denti, a incastro maschio-femmina, a controprofilo

La fresatura CNC e la fresatura 3D non figurano in questo elenco di proposito: il motivo verrà spiegato nel prossimo paragrafo.

Processo, macchina, controllo: tre livelli che spesso vengono confusi tra loro

Molte delle operazioni che nella pratica quotidiana vengono definite “processi di fresatura” non lo sono, a rigor di termini. È utile distinguere tre livelli:

• Il processo descrive ciò che avviene sul pezzo: si ottiene una superficie piana (fresatura piana), un profilo (fresatura di profilo), una forma libera (fresatura di forma) o una superficie cilindrica (fresatura cilindrica).
• La macchina descrive lo strumento con cui lavori: fresatrice verticale, fresatrice per bordi, fresatrice da banco, tavolo di fresatura o centro di lavorazione CNC. Ciascuna di queste macchine è in grado di eseguire diverse operazioni.
• Il sistema di controllo determina chi esegue il movimento di avanzamento: la tua mano, un dispositivo di avanzamento meccanico o un programma per computer (CNC, “Computerized Numerical Control”).

La “fresatura CNC” non è quindi un processo di fresatura a sé stante, bensì un tipo di controllo: si continuano a eseguire fresature piane, di profilo o di forma, ma controllate dal computer. E la «fresatura 3D» è un termine tecnico utilizzato in officina per indicare la fresatura di forme con movimento controllato su tre assi. Chi distingue chiaramente questi tre livelli legge i cataloghi e le schede tecniche molto più velocemente – e si rende conto che i principi di base sono gli stessi sia per la fresatrice verticale che per il centro di lavoro.

Suggerimento: tra la fresatrice portatile e quella da banco si colloca la lavorazione semistazionaria: il tavolo di fresaturaRUWI è una fresatrice da tavolo mobile – la fresatura passa dalla macchina guidata a mano libera a un tavolo stabile dotato di battuta.

Fresatura sul tavolo di fresatura RUWI

In che modo vengono classificati i processi di fresatura?

Il tema è suddiviso in tre categorie. La prima la conosci già dalla panoramica: la superficie che si intende realizzare – piana, rotonda, profilata o di forma libera. A queste se ne aggiungono altre due:

A seconda del tipo di intervento dell’utensile. Nella fresatura perimetrale, i taglienti agiscono sul perimetro dell’utensile e la superficie lavorata è parallela all’asse di rotazione: in questo modo si ottengono profili di spigolo e scanalature con la fresatrice da banco. Nella fresatura frontale, invece, è la faccia frontale dell’utensile a tagliare e la superficie risultante è perpendicolare all’asse: è così che funziona una fresa piana. Nella scanalatura con la fresa a gambo, intervengono contemporaneamente sia la parte frontale che quella perimetrale: fresatura frontale-perimetrale.

In base al senso di avanzamento. Le fresature in senso opposto e in senso parallelo descrivono il rapporto tra il senso di rotazione dell’utensile e il senso di avanzamento. Questa distinzione è determinante per la sicurezza durante l’avanzamento manuale; per questo motivo le è dedicata una sezione a parte più avanti.

I processi di fresatura nella lavorazione del legno in dettaglio

Fresatura piana

Nella fresatura piana, una superficie irregolare viene asportata con passate sovrapposte fino a renderla piana. Nella lavorazione del legno, questa tecnica è indicata per i pezzi che non possono essere lavorati con la piallatrice a filo o la piallatrice a spessore – perché troppo larghi, troppo irregolari o per nulla rettangolari: fette di albero, pannelli incollati di grandi dimensioni, superfici in legno di testa. Sono fondamentali un avanzamento ridotto per ogni passata e passate che si sovrappongano in modo netto; al resto ci pensa la levigatura.

Fresatura di profili

Nella fresatura di profili, il contorno è incorporato nell’utensile: il tagliente presenta il profilo in negativo, che viene trasferito al pezzo durante il passaggio. Le applicazioni tipiche sono i profili dei bordi, come smussature e arrotondamenti, i profili decorativi su modanature e frontali, nonché i profili delle finestre – i raggi usuali sono compresi tra 4 e 18 mm. Anche le scanalature e le battute vengono realizzate in questo modo: la forma dell’utensile determina la sezione trasversale. Poiché la precisione risiede nell’utensile, sono soprattutto l’affilatura del tagliente e un avanzamento uniforme a determinare il risultato.

Fresatura di sagomatura

Nella fresatura di forma è il contrario: la forma non è contenuta nell’utensile, ma nel movimento di avanzamento. Un utensile semplice viene guidato lungo una traiettoria, e questa traiettoria genera il contorno: cornici curve, parti ricurve, ritagli. Nell’artigianato, la guida è affidata a una dima con anello di guida o manicotto di copiatura, mentre nel CNC è il programma a svolgere questa funzione. Anche la fresatura di riproduzione, ovvero la copia di un pezzo campione esistente, rientra in questa categoria.

Fresatura circolare

La fresatura circolare consente di realizzare superfici cilindriche: perni rotondi, arrotondamenti esterni e interni, rifinitura di tagli circolari effettuati con la sega. Come processo autonomo, è meno comune nel lavoro del legno: solitamente è un dispositivo a eseguire il movimento rotatorio del pezzo o a guidare l’utensile lungo la traiettoria circolare. In un articolo dedicato ti mostriamo come fresare arrotondamenti nel legno.

Fresatura di giunzione

Anche i giunti in legno vengono realizzati mediante fresatura: frese a dentello e a coda di rondine per giunti angolari nei cassetti, profili a incastro maschio-femmina per fondi e pannelli posteriori, set di controprofili per ante con telaio. Dal punto di vista tecnico si tratta per lo più di fresatura di profili – in officina il gruppo ha un nome proprio, perché in questo caso due profili devono incastrarsi l’uno nell’altro. Proprio per questo vale la regola: acquistare il profilo e il controprofilo come set coordinato e farli riaffilare insieme – altrimenti in seguito l’accoppiamento non sarà più perfetto.

E la fresatura CNC e la fresatura 3D?

Come già indicato sopra, nessuna delle due è un processo a sé stante, ma piuttosto l’esecuzione computerizzata della fresatura piana, di profilo e di forma. Il loro punto di forza è la precisione di ripetibilità: una volta programmata, il centesimo pezzo risulta identico al primo – ecco perché il CNC dà il meglio di sé nelle produzioni in serie, nei pezzi ripetitivi e nelle forme libere, che sarebbero difficilmente realizzabili a mano. Ma è anche vero che, per i pezzi unici, la macchina ad alimentazione manuale è spesso più veloce, poiché non sono necessari né la programmazione né l’allestimento. Entrambi i mondi utilizzano gli stessi processi e gli stessi principi fisici.

Procedimenti di fresatura in base alla direzione di avanzamento

La direzione di lavorazione deriva dal rapporto tra la direzione di avanzamento e il senso di rotazione dell'utensile. Non coincide con la direzione delle fibre del legno: entrambe influenzano il risultato, ma in modo indipendente l'una dall'altra. Si distinguono:

Fresatura in controcorsa

Il tagliente si muove in direzione opposta all'avanzamento nel punto di contatto. Il truciolo parte da zero e diventa più spesso man mano che si avvicina all'uscita; la fase di attrito all'inizio del taglio genera calore e riduce la durata del tagliente. In compenso, la forza di taglio agisce in direzione opposta a quella di spinta e il pezzo rimane controllabile. In caso di avanzamento manuale, questa è la direzione di lavoro.

Fresatura in sincrono

Il senso di rotazione della fresa e l’avanzamento coincidono; la forza di taglio agisce nella direzione di avanzamento. L’utensile attira verso di sé il pezzo. Questo autoavanzamento non è controllabile in caso di avanzamento manuale, indipendentemente dall’esperienza dell’operatore. Il sincronismo è quindi proprio dell’avanzamento meccanico, in cui il pezzo è guidato in modo forzato, ad esempio nelle macchine a ciclo continuo o negli impianti CNC. Importante: anche il dispositivo di avanzamento della fresatrice da tavolo è considerato, secondo le norme dell’associazione di categoria, come avanzamento manuale. Quando e a quali condizioni è consentito l’avanzamento sincronizzato è spiegato nell’articolo «Fresatura con avanzamento sincronizzato».

Operazione di fresatura sul tavolo di fresatura RUWI

La direzione di scorrimento non coincide con la direzione delle fibre

Gli strappi si verificano nei punti in cui il tagliente fuoriesce dalla fibra, invece di inciderla. Per questo motivo, quando possibile, si lavora seguendo la direzione delle fibre e, in caso di lavorazione circolare, si iniziano i bordi di testa, poi quelli longitudinali: la seconda passata elimina immediatamente gli strappi della prima.

Per la fresatrice a mano, il principio del movimento opposto si traduce in una semplice regola direzionale: sui bordi esterni, guida la macchina – vista dall’alto – in senso antiorario attorno al pezzo; per gli intagli interni, in senso orario. In questo modo, la lama lavora sempre in direzione opposta al tuo avanzamento.

Cosa conta davvero nella fresatura

Indipendentemente dal processo: su ogni macchina ad alimentazione manuale, sono gli stessi fattori a determinare la superficie, la durata e la sicurezza.

Affilatura. Una lama smussata non taglia più, ma preme e sfrega, causando superfici ruvide, segni di bruciatura e strappi. Per il legno massiccio, il metallo duro (HW) è lo standard; l’acciaio rapido (HS) taglia in modo più preciso, ma si smussa più rapidamente. Nei materiali in pannelli abrasivi come l’MDF o i pannelli rivestiti, il diamante (DP) garantisce una durata molte volte superiore rispetto al metallo duro.

Numero di giri e diametro. Sul tagliente ciò che conta è la velocità periferica, che dipende sia dal numero di giri che dal diametro della fresa. Una testa di fresatura di grandi dimensioni su una fresatrice da banco raggiunge, a diverse migliaia di giri al minuto, la stessa velocità di taglio di una piccola fresa a gambo in una fresatrice verticale a oltre 20.000 giri al minuto. È sempre vincolante il numero massimo di giri indicato sull’utensile.

Avanzamento. Il percorso che il pezzo da lavorare compie per ogni passata del tagliente determina l’aspetto della superficie: ogni tagliente lascia un piccolo segno e, maggiore è l’avanzamento per ogni passata, più visibili saranno le ondulazioni. Se l’avanzamento è troppo veloce, la superficie risulterà ruvida; se è troppo lento, il tagliente sfrega e brucia il legno. La regola è: in modo uniforme e veloce – la superficie ti indicherà se sei sulla strada giusta.

Avanzamento. Suddividi la asportazione di materiale: prima in modo grossolano, poi con un’ultima truciolatura sottile. La passata di finitura con un avanzamento ridotto garantisce una superficie pulita e alleggerisce il carico sull’utensile e sul motore.

Calore. A differenza della lavorazione dei metalli, nella fresatura del legno non si utilizza alcun liquido di raffreddamento. Il calore deve essere dissipato tramite i trucioli e l’aspirazione: un motivo in più per utilizzare taglienti affilati e un avanzamento rapido, soprattutto nei legni duri e nei materiali ricchi di resina.

Marcatura degli utensili. Gli utensili di fresatura per avanzamento manuale recano, secondo la norma EN 847-1, la marcatura “MAN” – sugli utensili più vecchi è riportata la dicitura “HANDVORSCHUB” o il marchio BG-TEST – e sono progettati con uno spessore di truciolo limitato: il tagliente può asportare solo una piccola quantità di materiale alla volta, il che limita la forza di un contraccolpo. Gli utensili contrassegnati con la sigla «MEC» devono essere utilizzati esclusivamente su macchine con avanzamento meccanico: non devono essere impiegati su macchine ad alimentazione manuale, nemmeno se dotate di un dispositivo di avanzamento aggiuntivo.

Quale processo di fresatura per quale applicazione?

Ecco una breve panoramica dall'officina:

• Superficie piana su un pezzo che non entra nella pialla – fresatura piana con passate sovrapposte.
• Profilo del bordo, scanalatura o battuta – Fresatura di profili: l’utensile determina la forma, tu regoli l’avanzamento.
• Giunti angolari, telai, fondi – Fresatura dei giunti con il set di frese adeguato.
• Pezzi sinuosi e curvi – Fresatura di forme su dima o tramite programma su CNC.
• Coni circolari e superfici cilindriche – Fresatura circolare con dispositivo.
• Pezzi ripetitivi e serie: gli stessi processi, a controllo numerico (CNC).

In linea generale vale quanto segue: nell’avanzamento manuale si lavora in controcorsa e con utensili appositamente contrassegnati; l’avanzamento in sincronia è invece proprio dell’avanzamento meccanico. Se vuoi approfondire l’argomento: la fresatura in controcorsa e quella in sincronia analizzano in dettaglio il senso di marcia, mentre la fresatura piana e quella di profilo approfondiscono le singole tecniche.

Domande frequenti

Quali sono i metodi di fresatura disponibili?

La norma DIN 8589-3 distingue sei processi in base alla superficie ottenuta: fresatura piana, fresatura circolare, fresatura a vite, fresatura a rulli, fresatura di profilo e fresatura di forma. Nella lavorazione del legno, la fresatura piana, la fresatura di profilo, la fresatura di forma e la fresatura circolare rivestono un ruolo fondamentale; a queste si aggiunge la fresatura di giunzione, che costituisce un gruppo di applicazioni a sé stante.

La fresatura CNC è un processo di fresatura a sé stante?

No. Il termine CNC si riferisce al sistema di controllo, non al processo: è il computer a gestire il movimento di avanzamento, mentre l’operazione eseguita rimane la fresatura piana, di profilo o di forma. Lo stesso vale per la “fresatura 3D”, termine tecnico utilizzato in officina per indicare la fresatura di forma controllata da computer.

Qual è la differenza tra fresatura in controcorsa e fresatura in sincrono?

Nella fresatura in senso contrario, il tagliente si muove in direzione opposta all’avanzamento e la forza di taglio agisce in senso contrario alla direzione di spinta: in questo modo il pezzo rimane controllabile. Nella fresatura in senso parallelo, invece, la forza di taglio agisce nella direzione dell’avanzamento e trascina il pezzo verso l’interno. Per l’avanzamento manuale si lavora quindi in senso contrario; l’avanzamento in senso parallelo è riservato all’avanzamento meccanico.

Qual è il numero di giri corretto per la fresatura?

Dipende dal diametro della fresa: sul tagliente conta la velocità periferica, pertanto le frese piccole richiedono regimi elevati, mentre quelle grandi richiedono regimi bassi. È vincolante il regime massimo indicato sull’utensile: non deve essere superato.