Pre-mec

Alesatore - alesatura
Strumento usato per allargare i fori ed è usato in metalmeccanica: è di forma cilindrica, a volte con il tratto iniziale conico per facilitarne l'imboccatura, per la finitura di fori. Si può presentare sotto diverse forme con lame perpendicolari od elicoidali.
Può essere usato come attrezzo manuale o come parte di una macchina. Nei macchinari industriali solitamente la parte di fissaggio nel mandrino seguirà una sagoma standard, mentre negli attrezzi portatili è di solito a sezione quadrata per essere alloggiata tra le staffe di fissaggio scorrevoli.
Un alesatore tipico consiste of in una serie di lame taglienti diritte o elicoidali lungo la lunghezza del corpo cilindrico, anche se per diametri maggiori si usano strumenti (chiamati Portautensili) in grado di alloggiare sul diametro inferiore piccoli inserti (Taglienti) in materiale ceramico duro (come il Widia). Ogni lama è leggermente inclinata, e ha un piccolo spazio cavo sotto il filo: questi accorgimenti servono a rimuovere rapidamente i trucioli e la polvere, evitando che vadano a incastrarsi sulla superficie di taglio rovinando l'utensile. Le punte da alesatura devono essere molto dure, per non consumarsi con l'uso, e molto resistenti e tenaci, per evitare fratture dovute alle forze in gioco durante le lavorazioni: solitamente sono realizzate in acciai speciali o acciaio rapido, ma ce ne sono anche di leghe migliori.
L'alesatore è pensato per rimuovere solo una piccola quantità di materiale, non per forare da pieno (come farebbe una punta da trapano): questo assicura una vita più lunga all'utensile e una tolleranza migliore.
La spirale delle lame può essere in senso orario o antiorario a seconda dell'uso. Ad esempio, un alesatrice manuale con un'utensile a spirale oraria tenderà a fare presa troppo rapidamente, sforzando l'utensile e portando ad una conseguente rottura. Una spirale di senso antiorario è quindi preferita nonostante sia più faticoso far girare l'utensile in senso orario.

Alesatore per macchina utensile
Le punte da alesatura per macchine utensili (alesatrici o fresatrici) hanno un lead-in molto ridotto: poiché il pezzo e la punta sono preallineati dalla macchina, non c'è rischio di mancare la centratura del foro. Inoltre la macchina può cominciare subito la lavorazione trasferendo una forza costante. Le lame da macchina sono sempre spiraliformi, per permettere la rimozione automatica delle polveri generate in gran quantità. Spesso su materiali duri o particolarmente tenaci si utilizzano dei lubrificanti per raffreddare la punta, rendere più facile la passata e trattenere il pulviscolo più sottile.

Fresatrice - fresatura
La fresatrice è una macchina utensile usata per la lavorazione in forme complesse di parti metalliche o di altri materiali. Spesso viene chiamata anche impropriamente fresa, un termine che indicherebbe solo le punte da utilizzare su questo tipo di macchine (dal francese fraise, fragola, a causa della forma particolare di queste punte) In alcuni casi può anche essere denominata fresalesatrice: si tratta di tipi particolari di fresatrice, oggi molto diffusi, in gradi di effettuare operazioni di alesatura grazie alla grande precisione nel controllo del movimento e alla stabilità della testa motorizzata.
Nella sua forma più semplice una fresatrice non è altro che un motore, solitamente piuttosto potente, su cui è fissata tramite un mandrino una punta con delle lame (fresa) che ruotano sull'asse della punta stessa. Il principio è lo stesso del trapano, ma le frese sono progettate per svolgere l'azione di taglio sul lato dell'utensile invece che sulla punta, quindi erodendo il materiale invece che forandolo.
Le fresatrici devono essere in grado di spostarsi sulla superficie del pezzo. Questo può essere fatto in due modi:
Spostando il banco di lavoro su due assi X e Y, ed eventualmente alzando la testa motorizzata lungo l'asse Z
Lasciando il banco fisso e spostando la testa motorizzata lungo i tre assi.
Il primo sistema è il più utilizzato per macchine di piccole dimensione, mentre per quelle maggiori a più di tre assi, comunemente dette centri di lavoro, si usa il secondo metodo.
Le fresatrici possono essere controllate manualmente o con sistemi computerizzati: in questo caso la macchina viene definita "a controllo numerico", o "CNC" ("computer numerical control"). Le macchine CNC, che fino agli anni 80 erano usate solo per lavorazioni ad alta precisione, sono oggi molto diffuse e impiegate in quasi ogni campo della meccanica. Le fresalesatrici CNC più moderne sono dotate di sistemi automatici per la sostituzione delle punte, in grado di rendere interamente automatizzato il processo produttivo: questo permette partendo dal materiale grezzo di arrivare ad un pezzo finito anche senza intervento umano, rendendo le lavorazioni più veloci ed economiche.
Il pregio principale delle fresatrici è di avere pochissimi limiti di forme realizzabili nelle lavorazioni, e di poter svolgere con un solo programma di lavoro diverse operazioni complesse comprendenti forature, rettifiche, alesature, tagli, arrotondamenti...
Le fresatrici sono macchine strutturalmente molto solide, perché devono assorbire le notevoli vibrazioni generate dalla testa motorizzata senza permettere a questa di oscillare o scuotersi. Quando si procede a lavorazioni su materiali duri o con velocità molto elevate (che arrivano a decine di migliaia di giri al minuto) si utilizzano liquidi lubrificanti per ottimizzare il raffreddamento della punta e per ridurre gli sforzi. Il lubrificante ha anche la funzione di trattenere le polveri e i trucioli per farli defluire in modo controllato, evitando che aumentino il consumo delle frese o ne intacchino il filo tagliente.

Fresatrice
Ci sono due tipi principali di fresatrice: quella verticale e quella orizzontale.
La fresatrice verticale ha piano orizzontale X-Y e un motore montato su un asse verticale Z. La combinazione del movimento sui tre assi produce dei percorsi tridimensionali e permette alla macchina, effettuando movimenti solo sull'asse Z, di eseguire fori e alesature.
La fresatrice orizzontale ha sempre un pianale X-Y, ma il gruppo di taglio è montato su una guida laterale: per struttura somigliano vagamente a delle seghe circolari di grosse dimensioni. Sono usate principalmente per spianare blocchi di materiale o per realizzare fessure, incavi e tasche continue. Possono essere installate in catena per realizzare sistemi di produzione complessi. Questo tipo di macchine necessita di frese particolari, piuttosto costose e specializzate per il tipo di lavorazione da effettuare.
A questi si aggiungono i "centri di lavoro", le macchine a 4 o più assi.

Centri di lavoro CNC
La maggior parte dei centri di lavoro controllati da computer sono dotati di movimento verticale della testata (2.5 assi) in grado di realizzare incisioni, sculture e lavorazioni di grandissima precisione. Lavorazioni realizzate su queste macchine possono anche arrivare ad essere indistinguibili ad un occhio non espertissimo rispetto a oggetti d'arte realizzati a mano. Se utilizzate con frese coniche o sferiche possono arrivare a creare superfici assolutamente lisce, di altissima precisione, in modo rapido, automatizzato e ad un costo estremamente contenuto.
Le macchine CNC più avanzate sono dotate di testate orientabili in grado di ruotare giroscopicamente lungo due assi B e C (o Q). Questo consente di spostare l'attrezzo anche in modo asimmetrico o eccentrico, o di inclinarlo (anche fino a 120°). È possibile così realizzare geometrie molto complicate, anche con forme di tipo organico e difficilmente ottenibili persino da parte di una lavorazione manuale (come ad esempio una cavità con un singolo foro molto stretto ma sufficiente per far passare la fresa) Il controllo di queste macchine avviene via computer: si realizza un modello tridimensionale con un software CAD 3D, con delle applicazioni specifiche si ricavano i "percorsi macchina" che indicano come si deve spostare l'utensile, e infine questi dati vengono elaborati dalla macchina che li esegue passo passo.
Ci sono due tipi di controllo possibili su questo procedimento: le macchine "a circuito aperto" eseguono ciecamente gli ordini del computer partendo da un punto (0,0,0) impostato dall'utente; le macchine "a circuito chiuso" invece verificano la posizione dell'utensile tramite una serie di sensori e rapportano le letture ad un sistema di assi cartesiani matematici, compensando eventuali errori. Come è evidente il secondo tipo di centri di lavoro è più preciso, riuscendo ad evitare l'accumulo degli errori dati da vibrazioni e tolleranze, ma è ovviamente più costoso.

Frese
Le frese per l'utilizzo su centri di lavoro sono standardizzate; lo sono anche quelle per le fresatrici tradizionali, anche se in misura minore.
Le fresatrici possono montare punte (che comprendono il gambo d'attacco al mandrino e le lame su un unico pezzo) o di tipo "a inserti", che prevedono l'inserimento di blocchetti taglienti in materiale tecnoceramico. Questo secondo tipo è usato per lavorazioni di pezzi grandi o di materiali molto duri, mentre il primo è più economico e diffuso soprattutto nel mondo della prototipazione rapida.
I tipi più comuni di frese sono:
fresa cilindrica da spianatura: le lame stanno sulla parte anteriore, e sono presenti anche sulla estremità piana. Servono a penetrare il materiale con movimento verticale per intaccarlo e dare modo di cominciare la lavorazione di tasche e fori.
fresa cilindrica da taglio: sono solitamente piuttosto lunghe, con le lame che corrono lungo tutta la lunghezza dello stelo fino all'attacco al mandrino. Portano lame spiraliformi o elementi taglienti con sagome apposite, eventualmente anche questi montati a spirale ma leggermente sormontati. Servono a spianare pareti verticali in modo uniforme, senza lasciare tracce di passaggi multipli.
fresa troncoconica: si prestano a diversi tipi di utilizzo, principalmente per le finiture, e sono disponibili in una grande varietà di versioni.
fresa sferica: usate per lavori di finitura, le frese a testa sferica servono ad eliminare i "gradini" dei passaggi delle frese di grosse dimensioni usate nella sgrossatura. Se si effettuano passate molto ravvicinate la superficie risultante è uniforme, altrimenti possono essere visibili delle piccole "onde". Possono essere usate anche per la realizzazione di raccordi e smussi anche a raggi molto piccoli e in cavità profonde
frese di forme particolari: esistono frese con diverse forme, utilizzate per lavorazioni specifiche. Possono essere coniche (per la realizzazione di tacche coniche), ellittiche (per raccordi speciali), a punta (per forature, simili a punte da trapano)...
I portautensili a loro volta possono montare blocchetti di forma diversa: i più comuni sono quelli quadrati, triangolari o romboidali
Negli USA lo standard di fissaggio più diffuso per ii portautensili è il CAT. Gli utensili CAT, chiamati anche "con flangia a V" sono i più vecchi e i più comuni; furono inventati dalla Caterpillar Inc. di Peoria, Illinois per standardizzare i tipi di utensili utilizzati sulle loro macchine. Sono disponibili in una gamma di misure, nominate CAT-30, CAT-40, CAT-50, etc. Il numero si riferisce alla conicità.
Più recente è il sistema BT Tooling, molto simile al precedente si differenzia essendo simmetrico rispetto all'asse di rotazione. Sono più stabili e bilanciati e possono lavorare a regimi più veloci.
In Europa il sistema principale è l'HSK. Considerato il migliore per le alte velocità, si caratterizza per avere il sistema di bloccaggio dei taglienti in una cavità interna del portautensili. Con l'aumentare della velocità di rotazione la presa sui blocchetti taglienti aumenta, rendendo l'aderenza maggiore e più sicura.