Le moderne macchine utensili si contraddistinguono in primo luogo per la produzione o la lavorazione di pezzi mediante utensili. In quanto macchine operatrici sono esse, e non l’uomo, a determinare durante l’uso la guida reciproca di pezzo e utensile. Insieme agli strumenti di misura e di prova, ai dispositivi quali semplici utensili, le macchine utensili fanno parte dei mezzi di produzione e, data la loro diversità, possono essere classificati in diversi modi.

A causa del rapido sviluppo tecnico, le macchine utensili possono essere definite sempre più spesso impianti di produzione meccanizzati ed eventualmente automatizzati. Quest’ultima aggiunta è rappresentativa del progresso tecnico e delle attuali aspirazioni dell’industria: sia l’automazione sia anche l’interconnessione delle macchine con sistemi intelligenti influenzano notevolmente le caratteristiche e il ruolo delle macchine utensili all’intero del settore industriale. 

Costruzione di macchine utensili mediante gruppi funzionali

Sebbene la varietà di macchine utensili – così come il numero dei loro settori di applicazione e impieghi – siano enormi, generalmente hanno tutte una composizione simile, quasi comune. Questa è costituita tipicamente da gruppi funzionali modulari, e solo la loro combinazione rende la macchina perfettamente funzionante. La costruzione di tipo modulare non consente solo una messa in funzione più semplice, ma offre anche la possibilità di soddisfare specifici requisiti da un’applicazione all’altra. Essa consente inoltre di sostituire componenti del sistema in un secondo momento.

Il gruppo funzionale fondamentale e la base di ogni macchina utensile è costituito dall’incastellatura della stessa, che conferisce all’intera macchina il suo aspetto fisico, alloggia e collega tra loro i restanti componenti. L’incastellatura di una macchina utensile riveste grande importanza, soprattutto negli impianti ampi e complessi soggetti a carichi importanti. Contrariamente alle macchine piccole, in cui funge da telaio un tavolo modificato, le incastellature delle macchine di impianti di maggiori dimensioni devono essere resistenti alle deformazioni elastiche. Nella scelta dei materiali per l’incastellatura sono pertanto prioritarie caratteristiche quali compattezza, smorzamento e conducibilità termica. Alcune macchine utensili hanno inoltre bisogno di fondazioni gettate in opera per garantire un’elevata rigidità.

Per una funzionalità duratura delle macchine utensili è inoltre determinante il gruppo funzionale di guide e supporti. Questo stabilisce su quali assi debbano o possano muoversi i componenti mobili della macchina. Poiché le guide e i supporti sono a diretto contatto con altri componenti del sistema, sono soggetti a usura, che può essere ridotta ad esempio con l’impiego di cuscinetti a sfere.

Sistema di controllo e azionamento – precursori dell’automazione 

Motore e riduttori, quali unità di azionamento primarie, assicurano i movimenti operativi principali della macchina utensile. A questi si aggiungono gruppi ausiliari, tra questi i cosiddetti azionamenti di avanzamento per il posizionamento dell’utensile. I diversi organi di trasmissione non solo mettono in funzione una macchina utensile, essi costituiscono anche un fattore importante per la precisione di lavorazione ovvero per la qualità dei pezzi lavorati. Gli azionamenti ad albero cavo delle serie FHA, CHA e CanisDrive® di Harmonic Drive® possiedono proprio queste caratteristiche. Grazie a un cuscinetto d’uscita rinforzato con la massima rigidità e precisione, gli azionamenti in questione sono in grado di assorbire rapidamente e in modo semplice elevati carichi; in più garantiscono un’elevata durata e all’occorrenza brevi tempi di rotazione.

L’unità di controllo serve principalmente per l’automazione di una macchina e svolge diversi compiti, che in precedenza venivano eseguiti manualmente o meccanicamente. Pertanto comanda e controlla le fasi di produzione, memorizza i dati riferiti alla macchina e agli utensili e salva le programmazioni per la produzione. Le macchine utensili moderne ricorrono a questo scopo a sistemi elettronici, ad esempio dispositivi a semiconduttore e relè, ma soprattutto a controlli numerici. Questi ultimi offrono una flessibilità sensibilmente maggiore rispetto ad altri controlli sequenziali.

Altri gruppi funzionali di macchine utensili moderne sono magazzini utensili e cambiautensili, cambiapezzi, portautensili e dispositivi di alimentazione e di smaltimento. A questi si aggiungono i dispositivi di sicurezza e i sistemi di misura (ad esempio per la determinazione della posizione dell’utensile).

Gruppi funzionali tipici di una macchina utensile in sintesi: 

  • Incastellatura della macchina (opzionalmente con fondazioni)
  • Guide e supporti
  • Azionamenti (motore principale e gruppo ausiliario / azionamenti di avanzamento)
  • Controllo (elettronico, numerico)
  • Magazzino utensili e cambiautensili
  • Cambiapezzi e portautensili
  • Dispositivi di sicurezza, di alimentazione e smaltimento
  • Sistemi di misura (ad esempio per la determinazione della posizione)

Classificazione delle macchine utensili in base al processo di produzione

Le macchine utensili offrono numerose possibilità di classificazione – per numero di assi, cinematica, precisione o anche per grado di automazione. Tra le classificazioni più note e più usate vi è quella basata sui processi di produzione classici. Pertanto torni e fresatrici, ma anche trapani, segatrici, rettificatrici e apparecchi simili rientrano nella classe di lavorazione ad asportazione di trucioli, mentre macchine laminatrici e piegatrici nonché le presse appartengono alle macchine per la trasformazione e la deformazione plastica. Cesoie e punzonatrici rientrano tra le macchine di tranciatura. Nella classe di macchine per il processo delle lamiere rientrano tra l’altro le macchine laser e le macchine da taglio a getto d'acqua. Le macchine che svolgono compiti di saldatura, brasatura e incollaggio fanno parte delle macchine per processi di unione.

Macchine utensili nel tempo

La produzione di massa di oggetti d’uso e beni di consumo del XXI secolo si basa in ampia misura sul continuo sviluppo delle macchine utensili. Oggigiorno, le macchine quasi completamente automatizzate fanno parte dell’allestimento base di moderni stabilimenti produttivi e costruttori del settore industriale. Tuttavia, la storia delle macchine utensili non risale solo agli ultimi decenni – i precursori delle attuali macchine utensili nacquero già molti secoli, se non millenni fa. L’invenzione di quella che fu probabilmente la prima macchina utensile, un trapano primitivo, risale a circa 6000 anni fa. Anche se questa e gli apparecchi successivi, tra questi torni e rettificatrici, non sono in alcun modo comparabili con i modelli odierni, rispondevano ad alcuni criteri delle attuali definizioni di macchine utensili.

Nel corso della rivoluzione industriale e a seguito dei mutamenti sociali crebbe il fabbisogno di macchine utensili sempre più potenti e all’avanguardia. Diminuì nel tempo l’intervento manuale dell’uomo, poiché grazie alle nuove innovazioni fu possibile raggiungere una redditività e quantità prodotte decisamente più elevate. La rapida crescita della domanda non solo incrementò la grande popolarità delle macchine, ma ne favorì anche l’inarrestabile progresso tecnico. Ad esempio, solo con lo sviluppo di speciali torni e trapani, nel XVIII e XIX sec., il metallo poté affermarsi come materiale comune. Nel XX sec. il Computerized Numerical Control, in breve CNC, costituì la grande fase evolutiva successiva. Si tratta del controllo numerico computerizzato delle macchine utensili, adeguato individualmente alla rispettiva applicazione e dotato generalmente di un proprio sistema operativo con interfaccia utente.