Trudno stwierdzić, w jakim stopniu możliwe będzie dalsze zwiększanie wydajności i jakości procesów obróbczych. Co pewien czas na rynek wprowadzane są nowe rozwiązania, podczas spotkań branżowych prezentowane są usprawnienia technologiczne, rozwijają się również materiały. Trzeba jednak mieć świadomość, że przyspieszenie i usprawnienie produkcji na pewno będzie szło w parze z podnoszeniem kosztów.

Wydajność obróbki postrzegana jako komplet operacji wchodzących w proces technologiczny wykonania danego produktu zależy – co podkreśla Artur Bartkowiak, dyrektor handlowy w KF-Domena – od bardzo wielu jego parametrów. Wśród nich wymienia:

• bazowy czas maszynowy poszczególnych operacji technologicznych, zależny od stosowanych narzędzi i dostępnych parametrów maszyny;

• czasy przestawcze maszyny, zużywane na przejazd do pozycji wymiany narzędzia i na samą wymianę;

• czas przygotowawczo-zakończeniowy, związany z napisaniem programu, jego wdrożeniem oraz ustawieniem maszyny i narzędzi przy każdym uruchomieniu;

• kompleksowość obróbki w jednym zamocowaniu i liczbę obrabiarek wykorzystanych do realizacji pełnego procesu technologicznego;

• stopień automatyzacji i robotyzacji podawania i odbierania detalu na poszczególnych etapach procesu technologicznego;

• czas niedostępności maszyn z powodu awarii;

• sposób organizacji produkcji, mający bezpośredni wpływ na czas oczekiwania detalu na „wejście” na kolejną maszynę w procesie technologicznym.

Niewątpliwie we wszystkich wymienionych obszarach – jak zaznacza Artur Bartkowiak z KF-Domena – jest jeszcze sporo do zrobienia, ale dopiero optymalizacja ich wszystkich pod kątem konkretnego procesu przynosi spektakularne efekty. – Wydajność produkcji, szczególnie przy obecnej ograniczonej dostępności wykwalifikowanych operatorów maszyn CNC, staje się kluczowym zagadnieniem dla wielu zakładów produkcyjnych. Niewątpliwie jest jeszcze pole do działania w kierunku zwiększania wydajności – dodaje Bartkowiak.

Wpływ na proces obróbczy może mieć automatyzacja załadunku materiału i wyładunku detali, a także narzędzia, ich mocowanie, sondy oraz chłodzenie

Jakie zatem parametry obróbki można zmieniać, żeby procesy obróbcze przebiegały jeszcze szybciej, sprawniej, taniej?

Można to osiągnąć poprzez stosowanie bardziej zaawansowanych narzędzi pozwalających na zwiększanie prędkości i głębokości skrawania, wybór maszyn o dużych prędkościach i przyspieszeniach posuwów oraz szybkich głowic narzędziowych lub magazynów narzędziowych z szybką wymianą narzędzia – wylicza Artur Bartkowiak. – Kolejne możliwości to opcje wspomagania programowania, automatyczne sondy zerowania narzędzi, dodatkowe opcje maszyn zwiększające kompleksowość obróbki (np. wrzecienniki przechwytujące lub dodatkowe głowice narzędziowe do symultanicznej obróbki detalu we wrzecionie przechwytującym), jak również roboty przemysłowe automatyzujące proces załadunku i odbioru detalu oraz wykonujące drobne operacje pomocnicze równolegle do operacji głównych. Wreszcie można skorzystać z systemów monitoringu parametrów pracy kluczowych podzespołów maszyn i predykcji ich awarii lub zniszczenia, na podstawie zaobserwowanych gradientów zmian tych parametrów – podpowiada Bartkowiak.

Zdaniem Marcina Szefki, sales managera w firmie Nakoda, w celu poprawy wydajności i jakości obróbki należy lepiej lub inaczej wykorzystywać dostępne już możliwości maszyn, które są naprawdę duże. – Wydaje się, że tendencje idą w kierunku wykorzystywania uniwersalnych obrabiarek, które zastępują zautomatyzowane linie obrabiarek zespołowych. Kluczowe tu mogą się okazać innowacyjne konstrukcje nowych narzędzi – mówi Marcin Szefka.

Produktywność a wydajność

Przedsiębiorstwo produkcyjne, aby sprostać oczekiwaniom klienta, w pierwszej kolejności stawia zazwyczaj na podniesienie wydajności – zauważa sales manager Nakody. Jak jednak podkreśla, to nie wydajność, ale produktywność powinna być priorytetem. Droga do jej osiągnięcia jest jednak skomplikowana. Kluczowe wydaje się zrozumienie różnicy między produktywnością a wydajnością.

O produktywności można mówić w przypadku każdego rodzaju działalności, zarówno produkcyjnej, usługowej, jak i administracyjnej. Ujmując to najprościej: produktywność to stosunek ilości wytworzonej i sprzedanej w określonym czasie produkcji do ilości wykorzystywanych lub zużytych zasobów wejściowych. Produktywność wyraża efektywne wykorzystanie dostępnego czasu pracy pracowników i maszyn. Pojęcie to odnosi się do systemów o różnym stopniu skomplikowania, od gospodarki państwa poprzez przedsiębiorstwo po pojedyncze stanowisko pracy – tłumaczy Marcin Szefka.

Jak zauważa, wydajność z kolei jest miarą efektywności odnoszącą się do wielkości produkcji w kontekście wielkości zasobów użytych do jej wytworzenia. Można ją oceniać na różnych poziomach analizy i w różny sposób. Zawsze odnosi się wprost do procesu technologicznego, w którym uczestniczą pracownicy, maszyny, materiał i narzędzia.

Przewaga konkurencyjna, którą ma osiągnąć przedsiębiorstwo dzięki usprawnieniu procesów, ma zagwarantować mu pozycję na rynku oraz utrzymanie przewagi w przyszłości. Wydajność utożsamiana jest więc z ciągłym doskonaleniem, optymalizacją i zwiększeniem efektywności procesów produkcji, eliminacją marnotrawstwa oraz lepszą organizacją struktury pionowej i poziomej zakładu.

Maciej Gugnowski, doradca techniczny w Eurometal, uważa, że trudno dziś ocenić, jak długo jeszcze wydajność procesów obróbczych będzie można zwiększać. – Na rynku można zauważyć co jakiś czas nowe rozwiązania, technologie lub patenty. Powstają również coraz nowsze materiały oraz kompozyty. Poprawienie wydajności poprzez przyspieszenie i usprawnienie produkcji na pewno nie będzie szło w parze z obniżeniem kosztów – stwierdza.

Producenci trzymają rękę na pulsie

Jakość i wydajność obróbki są ze sobą nierozerwalnie związane. Właśnie dlatego, co podkreślają zgodnie producenci, rozwój maszyn CNC musi uwzględniać jednoczesną poprawę obu kryteriów.

Obecnie dostarczane przez nas maszyny charakteryzują się bardzo dużą sztywnością, doskonałym tłumieniem drgań, odpornością na zmiany temperatury dzięki monolitycznym łożom z betonu mineralnego. Mając zapewnioną solidną podstawę, centra obróbcze CNC mogą być jeszcze szybsze (np. 120 m/min) i bardziej dynamiczne (18ms²) – mówi Grzegorz Kominek, doradca techniczny i dyrektor sprzedaży w Chiron Polska. - Kiedy mamy już stabilne i szybkie centrum obróbcze, należy zaimplementować optymalnie dobraną automatyzację procesu. Najlepiej, aby wszystko było od jednego, sprawdzonego dostawcy. Pamiętajmy jednak, że osiągi maszyny muszą iść w parze z przemyślaną konstrukcją bazującą na długoletnim doświadczeniu producenta - dodaje Grzegorz Kominek.

Współczesne obrabiarki CNC zapewniają możliwość precyzyjnego ustawiania trybów obróbki w zależności od indywidualnych potrzeb producentów

Artur Bartkowiak z KF-Domena zwraca uwagę na to, że dziś producenci obrabiarek w dużej mierze korzystają z gotowych komponentów produkowanych przez wyspecjalizowane firmy. Począwszy od układów sterowania, ściśle powiązanych z napędami i silnikami, poprzez głowice narzędziowe i magazyny narzędzi, po prowadnice toczne, śruby kulowe i wiele innych elementów produkowanych przez firmy intensywnie pracujące nad udoskonalaniem swoich wyrobów w kierunku szybkości i niezawodności działania.

Głównym zadaniem producentów maszyn CNC staje się zatem odpowiednie zaprojektowanie elementów bazowych, takich jak łoże i kluczowe korpusy, pod kątem możliwości zastosowania najnowszych rozwiązań poszczególnych komponentów. Generalnie dążenie do wzrostu wydajności maszyn powoduje coraz większą dynamikę kinematyczną jednostek posuwowych, co z kolei wymusza zwiększanie sztywności i nośności podstawowych korpusów nie tylko poprzez zwiększanie grubości ścian, ale też stosowanie zaawansowanych technologii odlewniczych, skutkujących zwiększaniem współczynnika tłumienia drgań – wyjaśnia Artur Bartkowiak.

Jako przykłady kierunku rozwoju maszyn CNC podaje oferowane przez KF-Domena centrum pionowe przeznaczone do High Speed Machining, pozwalające uzyskać prędkość posuwu roboczego do 30 000 mm/min, oraz dwugłowicową tokarkę ze skośnym łożem do kompleksowej obróbki detali z pręta.

Zdaniem Arkadiusza Morzyka, sales managera Robodrill w Fanuc Polska, kluczowe znaczenie dla wydajności i jakości obróbki ma dobór parametrów obróbki, narzędzi, programu CNC i cieczy chłodzącej. Z całą pewnością rozwój poszczególnych obszarów procesów obróbczych będzie przekładał się na ogólny wzrost ich wydajności.

Obrabiarki Fanuc Robodrill już dziś zapewniają możliwość precyzyjnego ustawiania trybów obróbki w zależności od indywidualnych potrzeb producentów. Dzięki temu istnieje możliwość ciągłej optymalizacji procesów technologicznych. Na przykład przy obróbce zgrubnej maszyna może być bardzo szybka, a przy obróbce wykończeniowej – bardzo precyzyjna. Wszystko to może ustalić technolog lub operator, programując odpowiednie tryby obróbki w programie CNC i w efekcie wpływając na przyspieszenia osiowe maszyny i redukując czasy jednostkowe – wyjaśnia Arkadiusz Morzyk.

Wspomina także o dynamicznym rozwoju materiałów obrabianych i narzędzi skrawających. – Dziś obrabiarki są na tyle uniwersalne, że można stosować w nich nowoczesne narzędzia. Fanuc wprowadził np. cykl do obsługi najnowszej strategii wykonywania gwintów, tzw. Punch Tap. Jest to rewolucja i na pewno stawia firmę Fanuc w elicie producentów maszyn podążających za rozwojem segmentu narzędzi – dodaje Morzyk.

Jak prognozuje, na wzrost wydajności pracy maszyn obróbczych będzie miała wpływ coraz powszechniejsza automatyzacja procesów obróbki. Roboty wyposażone w zmysły „wzroku” i „dotyku”, służące do załadunku i rozładunku maszyn, a także kontroli jakości wyprodukowanych detali, przyczynią się do podniesienia wydajności produkcji i skrócenia cykli produkcyjnych.