Obrabiarki konwencjonalne i obrabiarki CNC stanowią środki techniczne obróbki, szczególnie kojarzone z obróbką skrawaniem. Współcześnie obrabiarki konwencjonalne są nadal powszechnie wykorzystywane. Wiele zadań technologicznych nie wymaga stosowania obrabiarek sterowanych numerycznie (CNC). Dokładność obróbki oferowana przez obrabiarki konwencjonalne jest w zupełności w wielu przypadkach wystarczająca. Tego typu obrabiarki używa się do przygotowania półfabrykatu do kolejnych operacji technologicznych już realizowanych na obrabiarkach CNC.

Wpis ten opracowano przede wszystkim w kontekście podjętej prezentacji przykładowego wielowariantowego procesu technologicznego części klasy tuleja. Podstawowy proces technologiczny, o największych walorach dydaktycznych w zakresie omawiania podstaw procesów technologicznych bazuje wyłącznie na obrabiarkach konwencjonalnych.

Oferta wystawców w ramach takich targów jak TOOLEX 2016 w Sosnowcu wyraźnie pokazała, że obrabiarki konwencjonalne są nadal wykorzystywane (ilustracja 1). Ilustracja 1 przedstawia stoisko firmy TOP Poręba podczas targów TOOLEX w Sosnowcu. Nie tylko ten producent przedstawił ofertę w segmencie obrabiarek konwencjonalnych.

Ilustracja 1. Stoisko firmy TOP Poręba – targi TOOLEX 2016 w Sosnowcu.

Zdjęcie wyróżniające ten artykuł stanowi przykład efektu usługi RETROFIT świadczonej przez firmę SIEMENS. Polega ona na modyfikacji obrabiarek konwencjonalnych i jest przeprowadzana w celu:

• wydłużenia okresu przydatności danej obrabiarki (zmniejszenie awaryjności);
• wzrostu produktywności (wydajności);
• poprawy dokładności obróbki;
• ułatwienie wdrożenia procesu technologicznego (prostsze programowanie i obsługa);
• polepszenie elastyczności w możliwościach technologicznych;
• włączenie obrabiarki do współczesnych systemów zarządzania danymi.

Retrofiting nie tylko na wdrożeniu układu sterowania CNC (np. Sinumerik 802D sl, 840D sl, 840Di sl firmy Siemens) z niezbędnymi sterownikami PLC, lecz także na regeneracji m.in. prowadnic i innych elementów, których wpływ na dokładność i przebieg obróbki jest znaczący.

Obrabiarki to maszyny robocze technologiczne służące do wytwarzania różnego rodzaju części, konstrukcji, maszyn i urządzeń. Pojęcie obrabiarki obejmuje znaczeniowo wszystkie robocze maszyny technologiczne. Obrabiarki skrawające stanowią osobną grupę maszyn technologicznych. W ramach wortalu podejmowane są zagadnienia związane z obrabiarkami do obróbki metali (obróbk: skrawaniem, elektroerozyjna).

W przypadku obrabiarek konwencjonalnych istotną rolę odgrywa układ kinematyczny obrabiarki. Przedstawiony przykład (ilustracja 2) to tokarka produkcyjna. Układ kinematyczny obrabiarki obrazuje układ mechanizmów koniecznych do realizacji procesu obróbkowego. Łańcuchy kinematyczne to zbiór współpracujących ze sobą par kinematycznych (przekładnie zębate, przekładnie pasowe, śrubowe, krzywkowe). W każdym łańcuchu kinematycznym można wyróżnić element początkowy i końcowy (dotyczący przedmiotu obrabianego lub narzędzia).

Konwencjonalne obrabiarki nie posiadają bezstopniowej zmiany prędkości obrotowej napędu głównego. Wartości dostępnych prędkości efektywnych zostały określone dla znamionowego (pełnego) obciążenia silnika napędu głównego. Dopuszczalne odchyłki wartości prędkości efektywnych wynoszą od -2 do +6% wartości teoretycznej (tolerancja mechaniczna i elektryczna). Prędkości obrotowe napędów głównych (wrzeciona) były znormalizowane i określone na podstawie szeregi Renarda.

Dobór parametrów obróbkowych odbywał się na podstawie prędkości skrawania dla danego zabiegu technologicznego obróbki. Na tej podstawie wyznaczano prędkość obrotową napędu głównego. Z reguły była inna niż efektywna prędkość obrotowa możliwa do uzyskania. Dobrana nowa prędkość obrotowa pochodziła z szeregu liczb Renarda (ciąg R20), lecz niższa od wstępnie wyznaczonej.

Zmiana prędkości obrotowych w konwencjonalnej tokarce produkcyjnej (ilustracje 3) jest ograniczona nie tylko kwestią ciągu Renarda, lecz wynika także z konieczności zmian kół zębatych w stosownych przekładniach obrabiarki. W przedstawionej na ilustracji 3 tokarce produkcyjnej strefa obróbkowa nie jest tak chroniona jak w przypadku obrabiarek CNC, a wszystkie ustawienia realizowane są manualnie przez operatora. Obrabiarka jest wyposażona w nowoczesny system identyfikacji położenia, lecz stanowi on jedynie wsparcie operatora.

Ilustracja 3. Tokarka produkcyjna (obrabiarka konwencjonalna) – stoisko firmy JANUS na targach TOOLEX 2016

Do obrabiarek konwencjonalnych zalicza się m.in.: tokarki produkcyjne, frezarki wspornikowe, wiertarki kadłubowe, wytaczarki, strugarki, dłutownice, przeciągarki, szlifierki do wałków, przeciągarki pionowe.

Możliwość dokonania modyfikacji obrabiarki konwencjonalnej istotnie wpływa na zdolności technologiczne. Obrabiarki CNC (ilustracja 4) cechują się m.in. tzw. bezstopniową zmianą prędkości obrotowych napędu głównego.

Ilustracja 4. Frezarskie centrum CNC firmy Georg Fischer – stoisko na targach TOOLEX 2016

Obrabiarki sterowane numerycznie (CNC) to urządzenie elektromechaniczne z układami elektronicznymi – mechatroniczne maszyny technologiczne. Możliwości układów sterowania CNC stanowią istotny postęp w dziedzinie obrabiarek. Współczesne obrabiarki CNC swoje możliwości technologiczne zawdzięczają zarówno innowacyjnym rozwiązaniom w konstrukcji korpusów (np. polimerobeton), nowoczesnych układów łożyskowań wrzeciona (m.in. elektromagnetyczne), nowoczesnym napędom liniowym oraz dynamicznemu rozwojowi w zakresie układów sterowań. Nie można pominąć wpływu postępu w materiałach narzędziowych, systemach CAD/CAM, w tym innowacyjnym protokole wymiany danych między systemami CAM i obrabiarkami – STEP-NC.

Proces technologiczny części klasy tuleja

W przypadku przedstawianego procesu technologicznego części klasy tuleja przyjęto następujące obrabiarki konwencjonalne:

• tokarka uniwersalna;
• tokarka kłowo-uchwytowa;
• frezarka pozioma;
• frezarka pionowa;
• wiertarka kadłubowa;
• gwinciarka;
• przeciągarka pionowa;
• dłutownica;
• przecinarka taśmowa;
• wycinarka wodna;
• szlifierka do wałków/otworów;
• wytaczarka.

Przewaga obrabiarek CNC nad konwencjonalnymi

W artykule Bazy technologiczne w obróbce CNC opisano podstawowy powód przewagi obrabiarek CNC nad konwencjonalnymi. Nie tylko sterowanie numeryczne CNC, czy dokładności pozycjonowania oraz jego powtarzalność ale także zupełnie inne wykorzystanie pewnych rodzajów baz technologicznych zapewnia przewagę obrabiarek CNC nad obrabiarkami konwencjonalnymi.

Źródła

1. Paderewski K., Obrabiarki, WSiP 1993
2. Honczarenko J., Obrabiarki sterowane numerycznie, WNT 2008
3. Materiały handlowe firmy SIEMENS