Obróbka metodą CNC a obróbka tradycyjna: główne różnice

Porównanie obrabiarek typu CNC i tradycyjnych

W porównaniu z tradycyjnymi obrabiarkami obrabiarki typu CNC różnią się znacznie nie tylko pod względem ogólnej wydajności, ale także pod względem złożoności konstrukcyjnej i funkcjonalnej.

Główne cechy konstrukcyjne obrabiarek typu CNC

Zamknięta przestrzeń obróbcza i główny układ napędowy

Obrabiarki typu CNC mogą pracować z wyższymi prędkościami skrawania, posuwami oraz ciśnieniami płynu chłodząco-smarującego. Ze względu na bezpieczeństwo obróbki i ochronę środowiska są one zazwyczaj wyposażone w zamkniętą komorę obróbczą. Wióry powstające podczas obróbki pozostają wewnątrz tej komory, a następnie są odprowadzane na zewnątrz za pomocą zamontowanego na maszynie przenośnika wiórów. Płyn chłodząco-smarujący stosowany podczas obróbki jest zbierany i oczyszczany wewnątrz maszyny przed ponownym wprowadzeniem do obiegu.

Z ergonomicznego punktu widzenia duże drzwi osłony maszyny z szerokim otworem umożliwiają operatorowi łatwe wejście do obszaru roboczego i wyraźną obserwację przestrzeni obróbczej. Obróbka na maszynie CNC zazwyczaj wymaga stałej prędkości skrawania. Zmiany prędkości są zazwyczaj realizowane za pomocą silników o płynnej regulacji prędkości obrotowej. W nowoczesnych obrabiarkach silniki takie są zintegrowane bezpośrednio z wrzecionem napędowym. W frezarkach CNC taka konfiguracja zapewnia doskonałe właściwości napędowe nawet wtedy, gdy całkowity zakres prędkości jest podzielony na kilka zakresów biegów.

Serwonapędy, ruch liniowy i rozbudowa wieloosiowa

Aby obrabiać elementy o złożonej geometrii, każda oś maszyny CNC jest zazwyczaj napędzana przez oddzielny cyfrowy silnik serwo. W związku z tym coraz częściej stosuje się napędy liniowe. Zapewniają one duże przyspieszenie, krótkie czasy reakcji oraz bezzużyciową pracę, a także umożliwiają precyzyjne pozycjonowanie każdej osi na dużych odległościach.

Dodanie kolejnych osi sterowanych jeszcze bardziej poszerza zakres kształtów obrabianych elementów, które można poddać obróbce. Na przykład w przypadku frezarki CNC dwuosiowy stół sterowany numerycznie oraz wrzeciono robocze mogą zapewniać precyzyjnie zdefiniowany ruch obrotowy jako ruch posuwowy lub poprzeczny. Programowalne koniki, napędzane rewolwery narzędziowe oraz wrzeciona główne i pomocnicze również zwiększają możliwości tokarek CNC w zakresie wykonywania kompleksowej obróbki.

Znaczenie śrub kulowych i projektowanie pod kątem stabilności termicznej

Aby precyzyjnie przenieść dokładność obliczeniową układu sterowania oraz dokładność pozycjonowania serwosilników na ruch między obrabianym elementem a narzędziem skrawającym, w obrabiarkach powszechnie stosuje się śruby kulowe jako elementy przenoszące ruch. Śruby kulowe działają praktycznie bez luzu i mogą w sposób ciągły przenosić bardzo powolny ruch bez zjawiska „stick-slip”. Związane z nimi prowadnice łączą w sobie zalety tarcia ślizgowego i tocznego.

Obrabiarki typu CNC zazwyczaj osiągają bardzo wysoką wydajność skrawania na jednostkę czasu (Q). W związku z tym ich elementy konstrukcyjne poddawane są dużym obciążeniom mechanicznym i termicznym. Współcześni konstruktorzy obrabiarek rozwiązują ten problem poprzez stosowanie specjalistycznych rozwiązań konstrukcyjnych i nowych materiałów. Przy projektowaniu frezarek szczególną uwagę zwraca się na zmniejszenie masy elementów ruchomych. Aby skuteczniej usuwać wióry, płyn chłodząco-smarujący oraz powstające ciepło, tokarki CNC są zazwyczaj wyposażone w pochylone prowadnice łoża. Dostępność i ruch stołu maszyny to również ważne cechy konstrukcji uniwersalnej frezarki CNC.

Systemy zarządzania narzędziami i kontroli jakości

W większości przypadków wymianę narzędzi na obrabiarkach typu CNC można zautomatyzować. Aby zapewnić dostępność każdego wymaganego narzędzia podczas wykonywania programu, tokarki są wyposażone w co najmniej jedną głowicę narzędziową, natomiast frezarki wykorzystują magazyn narzędzi i automatyczny system wymiany narzędzi. Głowice narzędziowe i magazyny narzędzi w nowszych maszynach są zazwyczaj napędzane serwomechanizmami i wyposażone w systemy kontroli, co zapewnia maszynie wyższą dokładność pozycjonowania oraz większą prędkość wymiany narzędzi.

Rozszerzone możliwości dzięki interfejsom automatyki

Nowoczesne obrabiarki typu CNC są zazwyczaj wyposażone w standardowe interfejsy służące do podłączania zewnętrznych urządzeń automatyzujących. Dodanie zmieniaczy palet z obrabianymi elementami, magazynów elementów oraz systemów transportu elementów pozwala jeszcze bardziej zwiększyć poziom automatyzacji operacji skrawania.

Każda sterowana oś obrabiarki typu CNC jest wyposażona w elektroniczny układ pomiarowy. Wykorzystując dane dotyczące przemieszczeń i pozycjonowania, układ sterowania może określać w czasie rzeczywistym położenie suwaka, stołu obrotowego lub wrzeciona maszyny. W ostatnich latach również wrzeciona konwencjonalnych obrabiarek są coraz częściej wyposażane w takie systemy pomiarowe. Umożliwia to realizację funkcji takich jak sterowanie liniowe i znacznie poprawia łatwość obsługi. Ponadto technologie opracowane specjalnie dla obrabiarek typu CNC, w tym wrzeciona o płynnej regulacji prędkości obrotowej, serwomotory oraz dedykowane prowadnice i zespoły przekładniowe, są stopniowo wdrażane w maszynach konwencjonalnych. Tradycyjne obrabiarki, takie jak tokarki i frezarki, spotyka się obecnie najczęściej w działach szkolenia zawodowego przedsiębiorstw przemysłowych.