Toczyć, wytaczać, przecinać

©

Udostępnij:

Choć pod względem stopnia automatyzacji centra tokarskie wciąż nie dorównują innym obrabiarkom CNC, szybkie zmiany w tym segmencie mogą być zapowiedzią przyszłej rewolucji w obróbce toczeniem. Już teraz na rynku pojawiają się maszyny zdolne wykonać całą obróbkę w jednym mocowaniu i cyklu produkcyjnym w czasie o połowę krótszym niż konwencjonalne modele.

Według danych GUS w 2015 r. wyprodukowano w Polsce 610 tokarek. Statystyka ta obejmuje jednak zarówno urządzenia obsługiwane ręcznie, jak i centra tokarskie CNC. Trudno jednoznacznie określić, ile wśród nich było maszyn sterowanych numerycznie. Jeśli jednak uwzględnić, że w tym samym czasie polskie fabryki opuściło 875 obrabiarek CNC, można założyć, że centra tokarskie stanowiły nie więcej niż 1/5 tego wolumenu. W tym samym czasie w sąsiednich Niemczech zbudowano 7 tysięcy sztuk tokarek o łącznej wartości ponad 1,5 mld euro. To właśnie z tego kraju trafia też do nas najwięcej tego typu maszyn sprowadzanych z zagranicy.



Made in Poland 

Na obecną trudną sytuację branży złożyło się kilka czynników, w tym światowy kryzys gospodarczy, który – redukując popyt na obrabiarki – zmusił polskich producentów do drastycznego ograniczenia wolumenu produkcji: z 1161 tokarek w 2008 r. do 502 w 2010 r. I choć minęło kolejnych 5 lat, a sytuacja na rynkach międzynarodowych ustabilizowała się, polski przemysł obrabiarkowy wciąż nie może stanąć na nogi. Brakuje innowacji, inwestycji i nowych technologii, które poprawiłyby efektywność kosztową produkcji, a tym samym konkurencyjność jakościową i cenową maszyn.

Pojawiły się jednak pierwsze symptomy zmian: w zeszłym roku powstała Polska Platforma Producentów Obrabiarek zrzeszająca sześć rodzimych firm z tej branży. Jej celem jest m.in. promowanie współpracy między producentami oraz działalności badawczo-rozwojowej i edukacyjnej w zakresie budowy maszyn przemysłowych, w tym poziomych centrów tokarskich.

W tej ostatniej dziedzinie polski przemysł maszynowy powoli goni europejską konkurencję, choć nasi producenci jeszcze długo nie będą wyznaczać trendów na rynkach światowych. Nasze centra tokarskie – choć względnie nowoczesne – nie oferują jeszcze możliwości całościowej obróbki (zgrubnej, półwykańczającej i wykańczającej gładkościowej) w jednym mocowaniu, równoczesnego toczenia przedmiotów z dwóch stron czy wykonywania kilku czynności obróbczych w tym samym czasie. A takie właśnie trendy decydować będą o przyszłych kierunkach rozwoju rynku.



12 narzędzi w jednej głowicy

Poziome centra tokarskie CNC należą do najbardziej uniwersalnych maszyn tego typu oferowanych na rynku. W przeciwieństwie od tokarek pionowych, przeznaczonych do toczenia krótkich, niewymagających podparcia przedmiotów (często o dużych gabarytach), umożliwiają obróbkę zarówno długich, jak i krótkich detali, a zakres ich funkcji – oprócz tradycyjnego toczenia i wiercenia otworów centrycznych – obejmuje również m.in. wytaczanie, rozwiercanie, przecinanie i radełkowanie. Stąd też standardowo wyposaża się je w głowicę rewolwerową z serwonapędem i możliwością zamocowania do 12 narzędzi, hydrauliczny konik oraz sztywne, żebrowane łoże zdolne wytrzymać wysokie obciążenia. 

Najważniejszymi zaletami napędu serwo jest krótki czas zmiany narzędzia, duża dokładność pozycjonowania oraz stosunkowo prosta konstrukcja mechaniczna głowicy – wyjaśnia Dariusz Rompa, inżynier w firmie RICHO Polska. – Do napędzania tarcz o dużej masie stosuje się również napędy hydrauliczne o wysokiej trwałości i dużym momencie obrotowym. Z kolei napędy elektromechaniczne wykorzystujące silnik elektryczny oraz mechanizmy krzywkowe i zębate – poza obrotem tarczy – odpowiadają również za jej ryglowanie.

Duża liczba różnej długości narzędzi (noży tokarskich, wytaczaków, wierteł, rozwiertaków) montowanych na głowicy wymusza także poszukiwanie nowych rozwiązań w zakresie ich mocowania pozwalających na bezkolizyjną pracę i oszczędność przestrzeni roboczej przy zachowaniu wysokiej stabilności obróbki. Dlatego oprócz złączy tradycyjnych i VDI coraz częściej stosuje się także złącza śrubowe zapewniające mniejszy wysięg elementów mocujących.
Zwiększeniu dokładności i powtarzalności pozycjonowania suportów służą z kolei prowadnice i śruby toczne smarowane smarem stałym.

Z racji odmiennej specyfiki tarcia tocznego prowadnice i śruby toczne charakteryzują się niższymi oporami tarcia, większą stabilnością termiczną układu, większymi dopuszczalnymi prędkościami pracy oraz mniejszym przyrostem sił tarcia w funkcji siły docisku współpracujących powierzchni, co pozwala na wstępne napięcie przekładni lub wózka kasujące luz zwrotny – wylicza Artur Bartkowiak, wiceprezes Zarządu i dyrektor handlowy Andrychowskiej Fabryki Maszyn DEFUM.

Stosowane zamiast tradycyjnych prowadnic i łożysk ślizgowych, nie tylko redukują hałas i wahania oporu suportów (z 35 do 4%), ale także ograniczają nagrzewanie się prowadnic, zwiększając tym samym ich stabilność geometryczną.

Przekłada się to na zwiększenie dokładności wymiarowo-kształtowej obróbki, wzrost dynamiki maszyny, a także redukcję zużycia energii elektrycznej i zjawiska slip-stick, co ma kluczowe znaczenie przy mikroprzesuwach jednostek posuwowych – tłumaczy Artur Bartkowiak. – Co więcej, niższe opory tarcia pozwalają na smarowanie smarami stałymi w układzie zamkniętym, co eliminuje wycieki oleju. 

Ma to o tyle istotne znaczenie, że wyciekający olej, mieszając się z emulsją chłodzącą, sprzyja rozwojowi bakterii gnilnych, które są źródłem nieprzyjemnego zapachu i skracają okres użytkowania chłodziwa.

Skośne łoże i narzędzia napędzane

Oprócz tych, standardowych już w dużej mierze rozwiązań konstrukcyjnych, za swoisty wyróżnik nowoczesności poziomych centrów tokarskich uznać można skośne łoże o kącie nachylenia od 30º do 60º. Jego głównym zadaniem jest poprawa dostępności strefy toczenia oraz usprawnienie procesu odprowadzania wiórów – istotne zwłaszcza w przypadku procesów obróbki trudnoskrawalnych materiałów, np. Incotelu czy stali Super Duplex.

Rozwiązanie to jak na razie trudno znaleźć w ofercie polskich producentów (jednym z wyjątków są centra tokarskie firmy AVIA S.A.), ale należy się spodziewać, że będzie to jedno z pierwszych usprawnień wprowadzanych w najbliższym czasie w nowych modelach centrów tokarskich. Podobnie jak to miało miejsce w przypadku narzędzi napędzanych, obsługiwanych dziś przez większość polskich maszyn CNC do obróbki toczeniem. Narzędzia te znacznie ułatwiają obróbkę frezarską i wiertarską, umożliwiając tworzenie m.in. rowków wpustowych i otworów w osi C. Co więcej, dzięki możliwości ich zamontowania na pośrednich pozycjach głowicy rewolwerowej, nowoczesne centra tokarskie pozwalają na frezowanie w trzech osiach i wiercenie otworów poza osią nawet w przypadku braku dostępności osi Y. 

Podwójny zestaw

Integracja toczenia, wytaczania, wiercenia i innych rodzajów obróbek w jednym mocowaniu i cyklu produkcyjnym to jednak zaledwie jeden z dwóch głównych kierunków rozwoju poziomych centrów obróbczych – i jedyny jak na razie oferowany przez polskich producentów. Oprócz niego coraz popularniejszym trendem staje się również wyposażanie ich w dwie głowice (dolną i górną) oraz dwa wrzeciona (główne i pomocnicze) umożliwiające wysokowydajną obróbkę elementów długich (np. wałów), równoczesne toczenie przedmiotu z dwóch stron lub wykonywanie kilku uzupełniających się czynności obróbczych w z góry zaprogramowanej sekwencji (np. toczenia zgrubnego i frezowania rowków wpustowych). 

Dwie głowice sprawdzą się zwłaszcza w przypadku wielkoseryjnej obróbki detali wymagających wykonania znacznej części operacji na wrzecionie pomocniczym – wyjaśnia Grzegorz Sak, dyrektor techniczny HAAS w firmie Abplanalp. – W ten sposób można skrócić całkowity czas wykonania detalu o czas obróbki na wrzecionie pomocniczym przy wykorzystaniu drugiej głowicy. Przykładowo, jeśli czas wykonania detalu na maszynie dwuwrzecionowej z jedną głowicą wynosi 100 sekund, a w przypadku maszyny dwugłowicowej obróbka na wrzecionie głównym trwa 60 sekund, a na pomocniczym – 40 sekund, to całkowity czas obróbki detalu wyniesie 60 sekund.

Tego typu rozwiązanie ma jednak swoje wady: programowanie obrabiarki dwugłowicowej z przechwytem jest bardziej skomplikowane niż zwykłej, a niewielka średnica górnej głowicy pozwala jedynie na obróbkę smukłych detali.

Programowanie dwóch głowic wymaga zachowania znacznie większej ostrożności ze względu na zwiększone ryzyko ich kolizji, a program powinien być pisany w taki sposób, aby znaczna część operacji wykonana była na wrzecionie pomocniczym przy użyciu drugiej głowicy – tłumaczy Grzegorz Sak.

Inną metodę obróbki z zastosowaniem dwóch głowic zaproponował m.in. Yamazaki Mazak i Hyundai Wia. Ich tokarki wyposażone zostały w dwie autonomiczne głowice rewolwerowe poruszające się w jednej osi i dwa równorzędne wrzeciona, umożliwiając tym samym równoczesną obróbkę dwóch detali w niezależnych cyklach pracy. Funkcja ta ukierunkowana jest na maksymalizację wydajności obróbki w przypadku produkcji seryjnej przy jednoczesnej oszczędności przestrzeni roboczej.

Więcej niż wizja

Mimo znacznych postępów w zakresie automatyzacji obróbki toczeniem oraz coraz szerszej dostępności rozwiązań umożliwiających kompleksową, wieloprocesową obróbkę w jednym mocowaniu, poziome centra tokarskie CNC wciąż nie dorównują pod tym względem innym obrabiarkom sterowanym numerycznie. Znaczny postęp w tej dziedzinie daje jednak nadzieję, że branża szybko nadrobi zaległości, rozszerzając swoją ofertę o możliwość zdalnej obsługi linii produkcyjnych wyposażonych w centra tokarskie.

Palącym problemem branży wydaje się dziś znalezienie sposobu na wyposażenie tokarek w system automatycznej wymiany narzędzi. Przeszkodą do jego wdrożenia jest z jednej strony konieczność bieżącego wymiarowania narzędzi w obrabiarce, a z drugiej brak powszechnie obowiązujących standardów złączy głowicy rewolwerowej dla różnych typów uchwytów mocujących i danych dotyczących samych narzędzi.– Centra tokarskie z automatycznym podawaniem i odbieraniem detali przestały być już tylko wizjonerskim projektem. Już dziś realizujemy takie zamówienia – mówi Paweł Janas, dyrektor zarządzający HACO FAT Sp. z o.o. – Niedawno uruchomiliśmy nowoczesną linię produkcyjną wyposażoną w ciężką tokarkę TUR 6MN x 3000. Zakres jej funkcji obejmuje automatyczne ładowanie, skórowanie, rozładowywanie i magazynowanie wlewek aluminiowych o średnicach 500-800 mm i długości 700-2000 mm.

Standaryzacja magazynu narzędzi otworzyłaby również drogę do wyposażenia ich w system wewnętrznego doprowadzania chłodziwa pod wysokim ciśnieniem – dostępny już w ofercie niektórych producentów. W systemie tym ciśnienie cieczy chłodzącej regulowane jest automatycznie w zależności od rodzaju skrawanego materiału – w zakresie od 70 do 150 barów, znacznie usprawniając tym samym proces wiercenia w trudnoskrawalnych materiałach (np. Incotelu) dzięki zapewnieniu lepszego odprowadzania wiórów i stabilnej temperatury w strefie obróbki.

Wizualizacja zautomatyzowanej linii do obróbki toczeniem przygotowana przez firmę Sandvik Coromant

Udostępnij:

Drukuj



Agata Świderska




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również