Możliwości technologiczne tokarek sterowanych numerycznie

Wytwarzanie części i detali z metalu wymaga precyzyjnej obróbki, która musi łączyć w sobie wysoką dokładność oraz możliwość szybkiej realizacji poszczególnych czynności. Uzyskiwanie dobrych efektów wiąże się z koniecznością stosowania sprzętu najwyższej jakości, pozwalającego na ukończenie niezbędnych etapów prac przy pełnej kontroli nad wszystkimi najważniejszymi parametrami. Odpowiednio dopasowane do charakterystyki produkowanych wyrobów tokarki sterowane numerycznie lub tradycyjne urządzenia mechaniczne dają możliwość toczenia lub podtaczania w szerokim zakresie rozmiarów obrabianych materiałów. Przy jednoczesnym wysokim poziomie dokładności są niezbędnym wyposażeniem firm zajmujących się produkcją elementów metalowych, naprawą lub serwisowaniem maszyn i urządzeń albo ich modernizacją. Przyjrzyjmy się bliżej możliwościom tokarek sterowanych numerycznie i sprawdźmy, jakiego rodzaju efekty można za ich pomocą uzyskać.

 

Jaka jest specyfika toczenia?

Obróbka metalu skrawaniem polegająca na uzyskiwaniu określonego kształtu oraz założonych wymiarów i poziomu wykończenia powierzchni jest prowadzona dzięki odspajaniu od materiału obrabianego kolejnych fragmentów w postaci wiórów aż do momentu, w którym detal uzyska właściwe parametry. Metody tzw. obróbki ubytkowej obejmują kilka możliwości uzyskiwania określonych efektów w zależności od sposobu, w jaki poruszają się względem siebie krawędzie tnące, za których pomocą są usuwane kolejne wióry oraz sam materiał. W przypadku toczenia w ruch wprawiane jest zarówno samo narzędzie, jak i przedmiot obrabiany. Przy innych rodzajach obróbki najczęściej porusza się jedynie narzędzie, podczas gdy materiał pozostaje unieruchomiony. Z taką sytuacją mamy do czynienia zwykle w przypadku frezarek, wiertarek i dłutownic.

Zasada działania tokarki jest stosunkowo prosta, choć konstrukcja urządzenia od strony technicznej jest dość złożona. W tokarce przedmiot obrabiany jest umieszczany w uchwycie tokarskim, który pozwala na jego precyzyjne pozycjonowanie. Następnie jest on wprawiany w ruch obrotowy z określoną prędkością. Obróbka jest możliwa dzięki głowicy roboczej urządzenia, w którym umieszczone jest odpowiednie narzędzie – w tym przypadku wybrany nóż tokarski. Podczas samej obróbki narzędzie może się poruszać zarówno w osi obrotu, jak i w płaszczyznach do niej równoległych, zbliżając się lub oddalając. Obróbka toczeniem będzie realizowana przez odspajanie wiórów o charakterystyce odpowiadającej geometrii krawędzi tnącej noża tokarskiego oraz ścieżki, po jakiej się porusza. Możliwe jest używanie noży kształtowych do bardziej złożonych powierzchni, np. krzywych o określonych parametrach, jak i prostych, przy których uzyskany efekt zależy wyłącznie od kinematyki krawędzi tnącej.

Ze względu na swój sposób działania tokarki pozwalają na wytwarzanie wyrobów, których geometria odpowiada bryłom obrotowym, nawet tym o bardzo złożonych kształtach powstających przez obrót skomplikowanej krzywej. W procesie toczenia istnieje możliwość obróbki zewnętrznych powierzchni materiału, co jest określane jako toczenie oraz wewnętrznych, kiedy mamy do czynienia z podtaczeniem. Najczęściej na tokarkach produkuje się takie elementy jak wałki, wrzeciona, pierścienie, koła pasowe i zamachowe czy kołnierze. Można również przygotowywać na nich wyroby, które będą poddawane dalszej obróbce, np. koła zębate.

 

Jak działają tokarki sterowane numerycznie?

Tradycyjne obrabiarki są sterowane za pomocą układu przekładni i krzywek działających mechanicznie. Pozwalają one na kontrolowanie wszystkich parametrów pracy urządzenia – prędkości obrotowej przedmiotu obrabianego oraz ruchu narzędzia, jego ścieżki i prędkości posuwu. Dzięki precyzyjnym układom obrabiarki sterowane mechanicznie mogą wykonywać wszystkie, nawet najbardziej złożone zadania, jednak ich słabością jest to, że ręczne ustawianie wszystkich parametrów jest dość żmudne, zabiera sporo czasu, a przede wszystkim wiąże się ze wysokim ryzykiem błędu, który na końcowych etapach obróbki oznacza nie tylko stratę materiału, ale również poświęconego czasu i energii.

Urządzenia sterowane numeryczne zwane obrabiarkami CNC wykonują te same funkcje, jakie są realizowane przy pomocy obrabiarek tradycyjnych, jednak w tym przypadku przemieszczanie poszczególnych podzespołów jest obsługiwane przez układ serwomechanizmów. Nad tym, by ruch odbywał się według ustalonych wcześniej parametrów, czuwają odpowiednie urządzenia pomiarowe, które są w stanie precyzyjnie ustalić stan kluczowych elementów – ich położenie oraz prędkość przemieszczania się. Do działania urządzeń CNC niezbędny jest układ elektroniczny, który będzie zbierał i koordynował dane oraz sprawiał, że wszystkie elementy będą pracowały w ściśle określony sposób.

Tokarki sterowane numerycznie podobnie jak wszystkie urządzenia CNC potrzebują nie tylko komputera nadzorującego ich pracę, ale także programu, który określi co i w jaki sposób powinno być kolejno wykonane. W tym celu niezbędne jest wykonanie cyfrowego modelu przedmiotu obrabianego – zwykle dzieje się to na etapie projektowania detalu – a także przełożenia go na uporządkowany zestaw kolejnych czynności, które muszą być zrealizowane, aby można było go wytworzyć. Projekty przygotowywane przy użyciu oprogramowania CAD wspomagającego tworzenie modeli cyfrowych muszą być przetworzone przez program CAM przeznaczony do optymalizacji procesów produkcyjnych. Przygotowany zestaw instrukcji obejmujący wszystkie najważniejsze szczegóły od doboru konkretnych narzędzi oraz ich kinematyki musi być jeszcze przesłany do komputera tokarki tak, by mógł rozpocząć pracę.

Dzięki sterowaniu numerycznemu tokarką można znacznie ułatwić i przyspieszyć pracę, ponieważ wszystkie poszczególne czynności są realizowane szybciej. Jeżeli pogram został odpowiednio przygotowany i w czasie pracy nie będzie dochodziło do kolizji używanych narzędzi, a ścieżki ich ruchu są zoptymalizowane, ryzyko strat materiałowych jest minimalne. Co ważne, program może być odtworzony dowolną liczbę razy w wybranym momencie, rodzaj wytwarzanych detali może być więc płynnie zmieniany. Ważną cechą tokarek CNC jest też bardzo duża powtarzalność, co oznacza, że wszystkie wyroby ściśle odpowiadają parametrom i nie ma między nimi różnic.

Tokarki CNC sprawdzają się przy wszystkich typach produkcji – zarówno na etapie budowania prototypu, jak i przy wytwarzaniu seryjnym i małoseryjnym. Będą również przydatne przy tworzeniu skomplikowanych i trudnych do wykonania detali, pozwalając na swobodne planowanie sposobu obróbki i jej poszczególnych etapów.