TRAPANO

TRAPANO (fr. machine à percer; sp. taladoia; ted. Bohrmaschine; ingl. drill, boring-maine)

Macchina utensile per la lavorazione dei metalli, legnami, pietre, ecc., con asportazione di trucioli, destinata principalmente all'esecuzione di fori cilindrici. Insieme al tornio, il trapano può essere considerato come una delle macchine utensili più antiche che l'uomo abbia ideato e usato ed è anche una delle più diffuse.

Il trapano richiede l'impiego di utensili appropriati, le punte da trapano, la cui forma dipende dalle caratteristiche del lavoro cui sono destinati, dalle proprietà del materiale con cui sono fabbricati e da quelle del materiale lavorato. Le fig. f. t. mostrano varî tipi di punte adatte per la lavorazione di materiali diversi. Per la lavorazione dei metalli vengono usate di preferenza le punte elicoidali, il cui uso presenta il vantaggio di poter adottare angoli di taglio convenienti facilmente riproducibili sulle affilatrici, di presentare una buona guida dell'utensile ed una facile eliminazione dei trucioli. Il modo di lavorare delle punte è illustrato dalle figg. f. t.

Di norma durante l'operazione di foratura l'oggetto lavorato, sostenuto dal porta-oggetti, è immobile mentre l'utensile assume un moto elicoidale risultante dal moto di lavoro (rotazione intorno al proprio asse con velocità angolare elevata) e del moto di alimentazione (traslazione nella direzione dell'asse con piccolo avanzamento per giro). Il mandrino deve quindi essere atto a trasmettere all'utensile il necessario momento torcente e lo sforzo assiale.

Solo in qualche caso, e particolarmente nell'esecuzione di fori molto profondi in rapporto al diametro, il moto di lavoro viene assunto dal pezzo lavorato, mentre l'utensile conserva il moto di alimentazione; tale processo facilita la centratura del foro. In qualche altro caso, per necessità costruttiva, è invece il moto di alimentazione che viene assunto dal pezzo.

Alcuni tipi di trapano, tra i più semplici, vengono mossi dalla mano dell'uomo, il quale provvede ad effettuare direttamente il moto di lavoro quello di alimentazione o a fornire solo l'energia a questi necessaria. Si hanno così i trapani portatili alternativi, a manovella, a nottolino o a cricco, a petto (v. figg.) per giungere ai trapani fissi più complessi che dispongono di varie velocità sul mandrino e di avanzamento automatico.

Il largo impiego di trapani portatili ha condotto alla costruzione di macchine leggiere e maneggevoli utilizzanti le più svariate forme di forza motrice: si hanno così i trapani elettrici, ad aria compressa (con motore alternativo o con turbina), ad acqua sotto pressione. In queste macchine l'avanzamento e quindi la penetrazione dell'utensile nel materiale lavorato è assicurato dalla pressione esercitata dall'operatore sull'impugnatura.

Data la relativa semplicità concettuale del funzionamento dei trapani è sufficiente limitare l'esame alle macchine per la lavorazione dei metalli che sono anche le più complesse.

Nei trapani, come in tutte le macchine utensili, si distinguono: l'incastellatura, gli organi per sostenere il pezzo e l'utensile, gli organi per realizzare il moto relativo dell'utensile rispetto al pezzo lavorato, e cioè il moto di lavoro e quello di alimentazione, gli organi per l'appostamento dell'utensile sul pezzo prima d'iniziare il lavoro. La possibilità di lavorare sulla stessa macchina materiali diversi (quali la ghisa, il bronzo, l'acciaio le leghe leggiere, ecc.) e di eseguire fori di diametro diverso, conduce alla necessità di dover variare le velocità di lavoro (espressa come velocità periferica dell'utensile) e di avanzamento, onde realizzare, nelle varie condizioni di lavoro, una razionale utilizzazione della macchina e dell'utensile o quanto meno avvicinarsi ad essa.

Si ha così, per il moto di lavoro, sulle macchine conopulegge un primo cambio di velocità a mezzo di cinghie e pulegge a gradini, integrato da un cambio con ruote dentate, mentre sulle macchine monopulegge o con motore direttamente accoppiato si ha solo un cambio ad ingranaggi. Questi cambî consentono di ottenere sul mandrino una serie discontinua di velocità angolari. Nei trapani a fluido e in quelli con motore elettrico a co a corrente continua, in qualche caso anche con rotore fissato direttamente sull'albero del mandrino, è possibile una regolazione finissima del numero dei giri.

Anche per variare il valore dell'avanzamento i trapani dispongono, sulla trasmissione del moto di alimentazione, di cambî di velocità ad ingranaggi di vario schema costruttivo, e in qualche caso anche di trasmissioni a cinghia con pulegge a gradini. Nei casi in cui l'avanzamento è ottenuto con trasmissione idraulica il suo valore può esser fatto variare con continuità.

Quando il campo d'impiego della macchina è limitato, lo schema cinematico può risultare notevolmente semplice.

Nei trapani sensitivi (v. fig.) l'avanzamento viene effettuato a nezzo di leve o di pedali dall'operatore che può regolare la pressione assiale sull'utensile secondo le necessità del lavoro.

Le forme costruttive dei trapani sono svariatissime in dipendenza delle applicazioni cui sono destinati. Nella generalità dei casi l'asse di rotazione del mandrino è verticale (trapani verticali) in qualche caso invece orizzontale (trapani orizzontali: v. fig.). Fra i trapani verticali si distinguono i trapani a colonna, i trapani a montante e i trapani radiali. Anche per questi tre trapani v. le figg. relative.

Nei primi due tipi l'asse del mandrino è fisso nello spazio e il pezzo in lavorazione deve essere spostato di volta in volta onde assumere la posizione richiesta dall'esecuzione dei singoli fori. Nel terzo, l'asse del mandrino, pur rimanendo sempre verticale, può assumere posizioni diverse nello spazio, per effetto dello spostamento verticale e della rotazione del braccio nonché dello spostamento radiale del carro porta-utensile, in modo da poter eseguire successivamente, nei limiti del raggio d'azione della macchina, più fori, ad asse parallelo, su uno stesso pezzo, senza che ne sia necessario lo spostamento. In qualche trapano radiale, l'orientabilità del mandrino permette anche l'esecuzione di fori con asse inclinato sulla verticale.

L'evoluzione delle macchine utensili ha condotto alla costruzione di trapani sempre più precisi, proporzionati in modo da sopportare elevate sollecitazioni con piccole deformazioni sotto carico, di elevata capacità produttiva, di funzionamento sicuro, con comandi semplici e disposti in posizione comoda per l'operatore. Le trasmissioni del moto sono state notevolmente semplificate nei trapani radiali ove, nelle forme più recenti, il mandrino assume movimento a mezzo di un motore elettrico montato sullo stesso carro porta-utensili. Per poter eseguire fori di diametro molto piccolo si costruiscono macchine che abbiano un numero di giri elevatissimo.

Per lavori di elevata precisione si costruiscono macchine a forare (che sono di norma impiegate come macchine a tracciare, v. fig.) nelle quali l'oggetto in lavoro montato sulla tavola e il mandrino possono effettuare spostamenti assegnati con un'approssimazione che in alcuni tipi è garantita in 5/1000 di mm.

Oltre alla foratura, sul trapano possono anche essere eseguite, naturalmente con utensili appropriati, operazioni di alesatura, filettatura, fresatura, sfacciatura, nonché operazioni di tornitura di limitate superficie cilindriche esterne.

Le caratteristiche della lavorazione in serie hanno influito anche sulla concezione costruttiva dei trapani. La necessità di diminuire i tempi di lavorazione ha condotto allo studio di speciali attrezzature che permettono un rapido montaggio del pezzo sulla tavola e un preciso appostamento sotto l'utensile. L'impiego di tavole circolari consente di effettuare il montaggio di un pezzo mentre un altro è in lavoro e quindi, con una semplice rotazione della tavola, di sostituire il pezzo finito con il nuovo da lavorare.

Nel caso in cui su uno stesso pezzo debbano essere eseguiti più fori ad assi paralleli, questi possono essere effettuati contemporaneamente con i trapani a mandrini multipli (v. figg.). La possibilità di eseguire sul trapano anche operazioni di alesatura, filettatura, fresatura, ecc., ha portato alla costruzione di trapani multipli, sui quali si compie in corrispondenza di ogni mandrino e con la velocità più conveniente un'operazione o un gruppo di operazioni diverse. Tali operazioni possono venire effettuate anche contemporaneamente.

Nei trapani multipli semiautomatici (v. fig.), sui quali possono essere compiuti n-i gruppi di operazioni in corrispondenza di altrettanti mandrini, vengono contemporaneamente lavorati n-i oggetti mentre l'operaio addetto alla macchina provvede allo smontaggio dalla tavola del pezzo finito e alla sua sostituzione con un nuovo pezzo da lavorare. La rotazione della tavola porta-oggetti di 1/n di giro al termine di ogni operazione consente ai singoli pezzi di succedersi sotto i varî mandrini in modo da risultare completamente lavorati in un giro della tavola. A regime quindi la macchina abbandona un pezzo finito ogni 1/n di giro della tavola.

Per l'esecuzione di fori molto profondi (per es., foratura delle canne da fucile) s'impiegano macchine particolarmente adatte (v. fig.) sulle quali il pezzo da forare assume il moto di lavoro e l'utensile quello di avanzamento. L'utensile ha una forma caratteristica e l'eliminazione dei trucioli si effettua mediante il lavaggio prodotto dal lubrificante che, addotto in fondo al foro per mezzo di un tubicino attraversante l'utensile viene iniettato a una pressione variabile da 10 a 40 kg./cmq. secondo la profondità.