Nowy Rok 2017 jak każdy Nowy Rok na początku stanowi wyzwanie odkrywania tego co może się wydarzyć. Podobnie jest w technikach wytwarzania w ramach, których cały czas mamy do czynienia  z postępem technologicznym o charakterze jakościowym. Źródłem wielu zmian jest trwająca określana mianem Industry 4.0, Factory 4.0 (Przemysł 4.0, Fabryka 4.0) IV Rewolucja Przemysłowa. Przykładem jej oddziaływania są prowadzone prace nad nowym standardem transferu danych CAM-> CNC zwanym STEP-NC. Rozwijanie technik wytwarzania, w tym maszyn technologicznych (obrabiarki) wynika z dwóch powodów:

• poszerzania zdolności technologicznych;
• minimalizowanie kosztów wytwarzania.

Optymalizowanie procesów produkcyjnych (technologicznych) z kryterium kosztów, które uznaje się za kryterium nadrzędne wynika z potrzeby zdobycia lub zachowania konkurencyjności na rynku. Podkreślenia wymaga fakt, że poniższe wymagania są w zasadzie niezależne od branży przemysłowej:

• skracanie czasu etapu technologicznego przygotowania produkcji;
• skracanie czasów pomocniczych – m.in. czas przezbrojenia obrabiarki do nowego zadania technologicznego;
• obniżanie kosztów oprzyrządowania technologicznego;
• poprawa ergonomia obsługi i uproszczenie programowania;
• obniżanie kosztów energii elektrycznej (bilans energetyczny procesu technologicznego);
• zmniejszanie negatywnego oddziaływania na środowisko naturalne.

Współcześnie bardzo popularne, w każdym razie zauważalne są konstrukcje i rozwiązania hybrydowe. Obrabiarki hybrydowe łączą różne techniki wytwarzania.

Obróbki szybkościowe HSM/HSC

Obrabiarki dedykowane dla obróbek szybkościowych (ilustracja 1) stanowią nadal jedne z najbardziej zaawansowanych maszyn technologicznych. Ich rozwój nie jest postępem spektakularnym, lecz zmierza ewidentnie w kierunku podnoszenia pewności uzyskania pożądanej dokładności obróbki. Przykładem minimalizowania kosztów było wdrożenie przez GF Machining Solutions systemu przeciwdziałającemu zniszczeniu wrzeciona w wyniku wystąpienia kolizji. Współcześnie należy się spodziewać rozwiązań, które pozwolą jeszcze lepiej monitorować i korygować m.in. odkształcenia termiczne korpusu obrabiarki.

Ilustracja 1. Frezarskie centrum CNC firmy GF Machining Solutions dedykowane do obróbki szybkościowej HSM.

Obrabiarki wielozadaniowe

Przemysł lotniczy, kosmiczny, samochodowy, militarny czy okrętowy w ramach obniżania kosztów wytwarzania oczekują, że obrabiarki będą mogły wykonywać różne obróbki ubytkowe w ramach jednej obrabiarki. Bardzo interesujące rozwiązania w tym zakresie oferuje firma Yamazaki MAZAK. Linia obrabiarek INTEGREX (ilustracja 2) z własnej nazwy oznacza maszynę technologiczną łączącą różne techniki wytwarzania dające możliwość wszechstronnej obróbki przedmiotów, w tym różnych klas części.

Ilustracja 2. INTEGREX i-200ST firmy Yamazaki Mazak – wielozadaniowe centrum obróbkowe CNC.

Przedstawiona na ilustracji 2 obrabiarki INTEGREX oprócz toczenia, frezowania, wiercenia może m.in. realizować obróbkę obwiedniową kół zębatych. Model INTEGREX AM stanowi przykład obrabiarki hybrydowej łączącej obróbki skrawaniem i druk 3D (napawanie laserowe z proszków metali).

Obrabiarki hybrydowe

Współcześnie pojęcie obrabiarek hybrydowych wiąże się z dwoma oddzielnymi aspektami:

• integracja różnych technik wytwarzania;
• wykorzystywanie różnych rodzajów napędów;

Wspomniana powyżej obrabiarka INTEGREX AM firmy Yamazaki MAZAK wykorzystująca zdolność obróbki skrawaniem i druku 3D nie jest jedyną tego typu konstrukcją. Firma DMG MORI oferuje maszynę technologiczną LASERTEC 65 3D, która łączy możliwość 5-osiowej obróbki jako frezarskie centrum CNC z drukiem 3D. Zestawiając obie wymienione obrabiarki konstrukcja INTEGREX AM wydaje się rozwiązaniem ciekawszym ze względu na rozszerzone możliwości obróbki w zakresie technik ubytkowych. Firma MAZAK zdecydowała, iż głowica do napawania laserowego będzie przechowywana w tradycyjnym magazynie narzędziowym. W przypadku LASERTEC 65 3D głowica do druku 3D jest oddzielnie.

Przykładem wykorzystywania różnych rodzajów napędów są prasy krawędziowe (ilustracja 3), m.in. portugalskiej firmy ADIRA, której przedstawicielem i dystrybutorem maszyn jest firma AUTMEX.

Ilustracja 3. Hybrydowa prasa krawędziowa firmy ADIRA – freenbender (stoisko firmy AUTMEX, Targi STOM 2016)

W przypadku prasy krawędziowej GREENBENDER firmy ADIRA klasyczny napęd hydrauliczny, wykorzystujący dużą ilość oleju, wymagający dużego zbiornika oleju został zmodyfikowany i zintegrowany z serwonapędami (napędem elektrycznym) co umożliwiło zmniejszenie masy i gabarytów prasy, a także uprościło konieczne cykliczne czynności konserwacyjne. Konstrukcja tej prasy została opracowana na podstawie wymagań w ramach dyrektywy Ecodesign (2005/32/CE).

W zakresie pras krawędziowych powszechnym trendem jest ograniczanie masy i gabarytów poprzez wdrażanie innowacyjnych modyfikacji konstrukcyjnych, które powodują m.in. brak konieczności wykonywania kosztownego specjalistycznego fundamentu. Minimalizacja wymiarów gabarytowych ma bardzo duże znaczenia w ujęciu logistycznym. Brak konieczności wykorzystywania transportu specjalistycznego obniża koszty zakupu i wdrożeniowe (prasy krawędziowe o nacisku powyżej 300 t).

Obrabiarki do obróbki EDM i WEDM

W obszarze wycinarek drutowych (ilustracja 4) i elektrodrążarek (ilustracja 5) wgłębnych pojawiają się oferty wielkogabarytowych wycinarek (GF Machining Solutions CUT P 1250 – obróbka półfabrykatów o masie do 6 t  i wymiarach 230x130x80 cm). Tego typu konstrukcje są konstrukcjami nowymi, do tej pory nierealizowanymi, a więc stanowiącymi źródło problemów niespotykanych w mniejszych maszynach.

Ilustracja 4. Wycinarka drutowa firmy GF Machining Solutions (Targi TOOLEX 2016)

Innym przykładem innowacyjnej konstrukcji wycinarki drutowej jest również wycinarka WEDM CUT 200 ponownie firmy GF Machining Solutions, która została zaprojektowana specjalnie do obróbki komponentów silników lotniczych, a dokładnie do obróbki gniazd pod łopatki turbiny. W odróżnieniu od rozwiązań klasycznych zastosowano głowicę uchylno-obrotową.

Ilustracja 5. Elektrodrążarka wgłębna firmy GF Machining Solutions wraz z magazynem palet.

W przypadku elektrodrążarek wgłębnych oraz wycinarek drutowych pewien problem stanowią straty mocy wynikające z długości kabli między głowicą a generatorem. Współczesnym trend w tym zakresie polega na minimalizowaniu długości kabli. GF Machining Solutions posiada w ofercie EDM CUT 2000S, która posiada zmodyfikowany generator zlokalizowany w możliwie najmniejszej odległości od głowicy.

Układy sterowania CNC

Bez rozwoju układów sterowania osiągnięcie innych celów w ramach innowacji obrabiarek, w tym m.in. obsługi podsystemów automatyzacji stanowisk obróbkowych (paletyzacja, roboty przemysłowe). Układy sterowania stanowią istotne systemy z punktu widzenia założeń Przemysłu 4.0, szczególnie w kontekście zarządzania danymi technologicznymi oraz prac rozwojowych nad STEP-NC. W Europie najpopularniejszymi układami sterowania są SINUMERIK firmy SIEMENS oraz HAIDENHEIN. Stosowane są również układy firmy FANUC oraz jego wersje rozwojowe (HAAS). Producenci, którzy oferują obrabiarki przede wszystkim z własnymi układami sterowania ze względu na wymogi użytkowników implementują również właśnie te układy sterowania.

Analizując rozwiązania układów sterowania firmy Yamazaki MAZAK mogą sugerować, że MAZATROL, obecnie Smooth Technology definiują kierunki rozwoju. Smooth Technology umożliwia:

• realizację sterowania w ramach różnych rodzajów obrabiarek;
• obsługę podsystemów automatyzacji;
• monitorowanie przebiegu obróbki;
• monitorowanie stanu obrabiarki;
• wsparcie zarządzania procesami technologicznymi;
• wykorzystanie funkcji inteligentnych.

Jedną z funkcji specjalnych jest pomiar temperatury w strefie obróbkowej obrabiarki, co jest wykorzystywane przy wprowadzaniu koniecznych kompensacji parametrów obróbkowych.

Oprzyrządowanie technologiczne

Oprzyrządowanie technologiczne odgrywa istotną rolę w kontekście dokładności obróbki. Zmieniający się charakter produkcji na jednostkowy i małoseryjny powoduje, że na znaczeniu zyskują systemy uchwytów składanych oraz uniwersalnych oraz dedykowanych o szerokiej stosowalności. Przykładem są imadła kompaktowego firmy Kipp dedykowanego dla obróbki 5-osiowej (ilustracja 6). W zakresie oprzyrządowania technologicznego również panuje trend ograniczania kosztów.

Ilustracja 6. Imadło kompaktowe firmy KIPP dedykowane do obróbki 5-osiowej.

Podsumowanie

Trendy rozwojowe obrabiarek w ramach różnorodnych technik wytwarzania to:

• obniżanie kosztów wdrożeniowych poprzez innowacyjne konstrukcje;
• obniżanie kosztów wytworzenia obrabiarek również poprzez modyfikację konstrukcji (redukcja mas i gabarytów) z jednoczesnym zachowaniem zdolności technologicznych;
• poszerzanie zdolności realizacji różnych obróbek w ramach jednej obrabiarki (wielozadaniowość i konstrukcje hybrydowe);
• rozwój układów sterowania (zwiększanie mocy obliczeniowej, poszerzanie zdolności kontroli różnych podsystemów, nie tylko samego procesu obróbki oraz dopasowanie do wymagań Przemysłu 4.0 i potencjalnie wdrażanego STEP-NC);
• wdrażanie podsystemów automatyzacji;
• wykorzystywanie oprzyrządowania technologicznego o modułowej konstrukcji.

Źródła

1. Materiały handlowe GF Machining Solutions
2. Materiały handlowe Yamazaki Mazak Central Europe Sp. z o.o.
3. Wystąpienia w trakcie seminarium “Wybrane zagadnienia druku 3D”, VII Dni Druku, STOM 2016, Targi Kielce
4. Materiały handlowe DMG MORI
5. Materiały handlowe firmy ADIRA (Autmex)
6. Materiały handlowe firmy CAMdivision
7. Materiały handlowe firmy Autodesk
8. Materiały handlowe firmy KIPP