Idealna obrabiarka, jaka ona jest?

 Zasłyszane rozważania o idealnej obrabiarce szybko wzbudziły pojawienie się z mojej strony pytania: Czy w ogóle może istnieć coś takiego jak idealna obrabiarka, a jeżeli już, to z jakiego punktu widzenia?

Autor jest adiunktem

Technologii Maszyn

Moje zwątpienie rodzi się stąd, że liczba rodzajów obrabiarek ze względu na sposób obróbki jest duża. Dodatkowo obrabiarki są uważane za najbardziej zróżnicowane środki produkcji. Trudno jest porównywać tokarkę z wycinarką drutową, czy szlifierką do obróbki gwintów. Do tego dochodzi zastosowanie obrabiarki: obróbka zgrubna, kształtująca i wykańczające, co znajduje swoje odbicie w dokładności pozycjonowania, powtarzalności, osiąganych parametrach przez obrabiarkę. Jeszcze 10 lat temu obrabiarki konwencjonalne stanowiły podstawowe maszyny technologiczne, a obrabiarki CNC stanowiły innowację, która początkowo była traktowana jako remedium i rozwiązanie problemów technologicznych. Jeszcze 6 lat temu napędy liniowe opisywane były jako napędy przyszłości. Dziś obrabiarka CNC nie jest już innowacją, a napędy liniowe, cechujące się bardzo dużą powtarzalnością, dokładnością pozycjonowania oraz dużymi prędkościami ruchu posuwowego, znalazły zastosowanie w obrabiarkach do obróbki elektroerozyjnej oraz HSC. Jednak w wielu firmach, szczególnie na rynku małych i średnich przedsię- biorstw, klasyczne obrabiarki (ewentualnie zmodernizowane do poziomu NC) nadal stanowią trzon produkcyjny, a obrabiarki CNC (centra obróbkowe) rozszerzają możliwości technologiczne i tym samym ofertę firmy. Są też firmy, które w całości bazują na współczesnych centrach obróbkowych, a konwencjonalnych tokarek i frezarek używają do prac pomocniczych. Zatem od czego użytkownicy uzależniają swoje wybory? Jakimi drogami podąża rozwój maszyn technologicznych?

Obrabiarka CNC względem obrabiarki konwencjonalnej umożliwiła podwyższenie dokładności, zwiększyła powtarzalność, zmniejszyła straty, skróciła czas przezbrojenia, a także… koszty obsługi. Ważna zaletą obrabiarek CNC jest możliwość obróbki dużej liczby różnych przedmiotów. Dokładność obróbki jest funkcją wpływu poszczególnych elementów obrabiarki, które poddawane są obciążeniom statycznym i dynamicznym. W wyniku tych oddziaływań następują zmiany w geometrii obrabiarki, a ich głównym źródłem są odkształcenia termiczne. Stąd projektanci obrabiarek stosują m.in. odpowiedni przebieg układu chłodzącego. W niektórych przypadkach korpus obrabiarki wyposażony jest w autonomiczny układ chłodzenia, którego zadaniem jest kompensowanie wpływu odkształceń termicznych. Minimalizowanie ich oddziaływania przejawia się także rozwiązaniami wrzeciona, stosowaniem materiałów o zmniejszonym współczynniku rozszerzalności cieplnej. Materiały, z których powstają korpusy (łoża) obrabiarek również ewoluują. Kiedyś podstawowym materiałem było żeliwo, a obecnie stosuje się m.in. beton polimerowy wiązany żywicami syntetycznymi, który charakteryzuje się dobrymi właściwościami tłumienia drgań oraz łatwością kształtowania. Oprócz betonu polimerowego w wytwarzaniu korpusów zastosowanie znalazły materiały lekkie, takie jak dural, czy tytan. Współczesne metody projektowe, wykorzystujące CAD (w tym MES), pozwoliły na prowadzenie prac w zakresie konstrukcji ażurowych, bazujących na przekrojach kształtowych – tzw. konstrukcje waflowe.

Z punktu widzenia montażu i konfiguracji obrabiarki korzystnym rozwiązaniem jest budowa modułowa. Współczesne obrabiarki CNC składane są w około 50 do 70% z typowych zespołów (napędy główne i posuwu, połączenia prowadnicowe, układy hydrauliczne i pneumatyczne, układy elektryczne, zespoły mechaniczne i manipulacyjne, urządzenia pomocnicze, urządzenia sterujące i diagnostyczne). Bazowanie na komponentach pozwala m.in. na skrócenie procesu projektowania, budowy i uruchomienia. Zwiększa się dostępność części zamiennych. Inna gałąź budowy modułowej to bazowanie na zespołach własnej konstrukcji.

We współczesnym przemyśle na etapie technologicznego przygotowania produkcji jak i w trakcie przebiegu procesu technologicznego najważniejszym kryterium optymalizacyjnym jest czas, który w prostej linii łączy sie z kosztami. To kryterium znalazło również odbicie w konstrukcji obrabiarek. Prace nad rozwiązaniami magazynów, układami wymiany narzędzi skutkują skróceniem czasów pomocniczych (np. czas wymiany narzędzia ≈ 0,5 s). W tym zakresie korzystne efekty dają także prace nad układami wymiany przedmiotu obrobionego, które znalazły odbicie w modułowej budowie obrabiarki. Modułowej, lecz nie ze względu na konstrukcję, lecz ze względu na funkcjonalność. Obrabiarki takie można zestawiać w linie produkcyjne przy minimalnych kosztach wdrożeniowych. Układ transportu i wymiany przedmiotów obrabianych wykorzystuje celowe rozwiązania konstrukcyjne obrabiarki. Przykładem aplikacji takich obrabiarek jest przemysł samochodowy, jeden z nielicznych z produkcją na poziomie masowym.

Rozwijające się konstrukcje obrabiarek CNC powinny dopasowywać się do nowych jakościowo procesów obróbki i narzędzi, tak jak to się stało w przypadku obróbek z rodziny HSM, które umożliwiły skrócenie czasu głównego obróbki i rozszerzyły możliwości technologiczne. Opracowanie HSM miało i nadal ma znaczący wpływ na konstrukcję obrabiarki i przebieg procesu obróbkowego. Obecnie o kierunku rozwoju obrabiarek CNC decydują przede wszystkim dwa aspekty, a mianowicie:

• podwyższanie produktywności poprzez zwiększanie wydajności z zachowaniem kosztów eksploatacji w ekonomicznych granicach opłacalności,
• wymagania i ograniczenia związane z ochroną środowiska.

Mnogość, zarysowanych powyżej i częściowo wymienionych, czynników wpływających na konstrukcję maszyny technologicznej – w tym wymagania użytkowników – powoduje, że określony model obrabiarki dla jednych jest „idealny”, dla innych jest poza zainteresowaniem. Oczywiście są wspólne dla wszystkich obrabiarek zagadnienia wpływające na pojęcie „idealna obrabiarka”. Są nimi niezawodność, trwałość eksploatacyjna, czy możliwość szybkiego przezbrojenia.

Obrabiarka:

• do której serwis przyjeżdża raz do roku, na i tak zalecany przegląd;
• którą można przezbroić w krótkim czasie;
• dla której koszty materiałów eksploatacyjnych są niskie;
• która zapewnia żądaną dokładność i powtarzalność oraz wydajność obróbki;
• której układ sterowania spełnia wymogi zadań technologicznych;
• której obsługa zgodna jest z zasadami funkcjonalności i ergonomii;
• która w dodatku jest tania we wdrożeniu…

jest „obrabiarką idealną”. Trudno to jednak nazwać ogólną definicją „obrabiarki idealnej”, gdyż każda z poszczególnych pozycji zależy od wielu kolejnych czynników. Mimo wszystko tym, co wydaje się przebijać na pierwszy plan, jest dopasowanie obrabiarki do zadania technologicznego.

Wykorzystane źródła:

i systemy obróbkowe, WNT 2000

Autor: TEKST: RADOSŁAW MOREK