Obrabiarki CNC odgrywają kluczową rolę we współczesnym przemyśle, opartym na automatyzacji procesów wytwarzania. Dzięki maszynom sterowanym numerycznie współczesna produkcja jest nie tylko o wiele bardziej wydajna, ale też niezwykle precyzyjna. Mimo to nowoczesne obrabiarki nie są maszynami idealnymi i pozbawionymi wad, co przekłada się na dokładność wykonania obrabianego przedmiotu. O to, jakie parametry procesu obróbczego mają największy wpływ na wydajność i jakość obróbki, zapytaliśmy producentów i dystrybutorów maszyn do obróbki metali działających na polskim rynku.

Załadunek i wyładunek

Ireneusz Ostrowski, dyrektor sprzedaży w FAT (Haco Group) uważa, że trudno jednoznacznie wskazać decydujące parametry, bo wszystko zależy od rodzaju maszyny i specyfiki obrabianych elementów.

Według Alesa Polcara, dyrektora-prokurenta w Amkovo, kluczowy wpływ na proces obróbczy ma automatyzacja załadunku materiału i wyładunku detali. Dalej jednak zauważa: – W zależności od typu maszyny dodatkowo wpływają na to: mocowanie narzędzi, sondy oraz chłodzenie. Jakość obróbki, oprócz wyżej wymienionych, zależy również od używanych narzędzi.

Złożona obróbka elementu (technologia grupowa), automatyzacja załadunku materiału, odbiór gotowego detalu, zwiększenie prędkości skrawania, przedłużenie żywotności narzędzia skrawającego, zmniejszenie tarcia i zużycia energii oraz odprowadzenia wytwarzanego ciepła – to zdaniem Macieja Gugnowskiego, doradcy technicznego w Eurometal, parametry, które w największym stopniu wpływają na jakość i wydajność obróbki.

Automatyzacja i optymalizacja

Jak zauważa Jędrzej Kowalczyk, prezes zarządu Fanuc Polska, jakość i wydajność obróbki zależą od bardzo wielu czynników: – W pierwszej kolejności należy wymienić parametry obrabiarki wykorzystywanej w procesie produkcyjnym, tj. czas wymiany narzędzi, przejazdy szybkie, parametry wrzeciona (prędkość obrotowa, moment obrotowy), sztywność konstrukcji obrabiarki i ogólną jej niezawodność. Można powiedzieć, że sukces w połowie zależy od właściwego doboru maszyny. Dlatego już na etapie projektowania systemu produkcyjnego należy poświęcić odpowiednio dużo uwagi doborowi obrabiarki do konkretnych celów produkcyjnych.

Jędrzej Kowalczyk dodaje, że właściwy dobór maszyn może znacząco obniżyć nakłady inwestycyjne na budowę systemu produkcyjnego (często zakup obrabiarek stanowi blisko 50% kosztu projektowania i budowy systemu), jak też prowadzić do minimalizacji kosztów eksploatacyjnych i maksymalizacji stopnia wykorzystania maszyn.

– Kolejnym czynnikiem istotnie wpływającym na efekty produkcyjne są narzędzia. Ich dobór zależy od tego, jaka obróbka będzie realizowana w ramach systemu produkcyjnego. We współczesnych fabrykach stosuje się narzędzia specjalne pozwalające zastąpić kilka narzędzi jednym. Dobiera się je także pod kątem obrabianego materiału, np. do aluminium i magnezu stosuje się odporne na ścieranie narzędzia PKD, których ostrza są pokryte diamentem polikrystalicznym, pozwalające na uzyskanie większych prędkości skrawania – wyjaśnia Kowalczyk.

Kolejne często uwzględniane czynniki to – według prezesa Fanuc – rodzaje mocowania detalu: – Poszukuje się optymalnych rozwiązań gwarantujących szybką wymianę detalu, a także możliwość wykonania jak największej liczby operacji przy jak najmniejszej liczbie przemocowań detalu – tłumaczy.

Zdaniem Marcina Szefki, sales managera w Nakoda, na obróbkę wpływają przede wszystkim parametry uważane za tzw. maszynowe, czyli czas obróbki netto. – Ze względu na konstrukcje obrabiarki zbliżają się już do kresu możliwości trybologicznych. Na parametry obróbki wpływ ma materiałoznawstwo, które rozwija się wyjątkowo dynamicznie. Nowoczesne narzędzia, oprawki i oprzyrządowanie dają dzisiaj niesamowite wprost możliwości. Pamiętajmy, że na początku lat 90. obróbka HSS stali narzędziowej odbywała się z prędkościami 1000–2500 obrotów. Dzisiaj mówimy o 15 000 obrotów, a może i więcej. Jakość budujemy praktycznie dwoma głównymi parametrami: jakością samej maszyny, tak by mogła sprostać parametrom narzędzia, jak i samymi narzędziami – dodaje Szefka.

Jakie zmiany w procesach czekają nas w najbliższej przyszłości? – Na pewno wzrost efektywności samego procesu. Idee lean manufacturing czy six sigma pokazują nam luki czasowe w procesach produkcyjnych i sposoby ich eliminacji. Nie na darmo wśród leanowców krąży powiedzenie „co zrobicie z czasem, który wam damy”. Czas to pieniądz. Automatyzacja i optymalizacja procesów to jest nasza przyszłość. A obrabiarki muszą tym wyzwaniom sprostać – podsumowuje sales manager w Nakoda.

Ważne chłodziwo

Jak podkreśla Marcin Osika, kierownik Działu Badań i Rozwoju w Orlen Oil, proces obróbki ubytkowej powinien być tak zaprojektowany i realizowany, aby przy możliwie najmniejszych kosztach uzyskać jakość odpowiadającą odbiorcy. – Bardzo ważnym aspektem kosztowym w procesie jest czas. W produkcji ciągłej wysokowydajnej czas jest wyznacznikiem wszystkich parametrów jakościowych, a co się z tym wiąże, w sposób znaczący determinuje koszty. Parametry charakteryzujące proces, takie jak: prędkość posuwu, prędkość skrawania, głębokość obróbki, to wskaźniki możliwe do wyliczenia w sposób matematyczny. Musimy oczywiście mieć świadomość, że np. prędkości „ekonomicznie uzasadnione” będą inne od maksymalnych możliwych prędkości, jakie oferuje urządzenie. Zazwyczaj „prędkości ekonomiczne” będą mniejsze od tych podawanych w katalogu. To tylko wybrane aspekty obróbki wiórowej, a już obrazują, jak skomplikowanym procesem jest obróbka skrawaniem.

Jak dodaje Marcin Osika, próbując znaleźć odpowiedź na pytanie o wydajność, musimy najpierw sprecyzować, czym ona jest. – Wydajność to liczba operacji (szt.) w jednostce czasu. Oczywiście są też inne definicje (wydajność masowa, objętościowa), ale przyjmijmy tą najbardziej oczywistą. Dla każdego rodzaju obróbki jesteśmy w stanie określić również parametr najwyższej osiągalnej dokładności obróbki, dla której zwiększenie czasu nie ma wpływu na jakość obrabianego detalu. Wszystkie te elementy są możliwe do wyznaczenia w sposób matematyczny, poprzez podstawienie odpowiednich danych do wzorów.

Według Marcina Osiki jest jednak obszar, który może widocznie zwiększyć lub obniżyć jakość i wydajność obróbki skrawaniem. Ten obszar to dobór środka smarowego, chłodziwa, które będzie odpowiedzialne za wyznaczanie „ekonomicznych czasów” procesu. – Nieumiejętny dobór chłodziwa może w sposób znaczący spowolnić proces i odbić się negatywnie na jakości i wydajności. I odwrotnie – jeżeli służby utrzymania ruchu wraz z doświadczonym producentem chłodziwa przeprowadzą w prawidłowy sposób audyt potrzeb, to dobór odpowiedniego chłodziwa pozwoli na zwiększenie „prędkości ekonomicznych” procesu i tym samym zapewni wymaganą jakość. Oczywiście należy prowadzić procesy związane z mocowaniem, wyważaniem narzędzi, automatyzacją załadunku, zwiększeniem liczby głowic itp., ale to odpowiedni dobór chłodziwa jest kluczowym elementem układanki w prawidłowo i ekonomicznie prowadzonym procesie obróbki wiórowej – mówi kierownik Działu Badań i Rozwoju Orlen Oil.