Maszyna cnc - charakterystyka i zastosowanie

Działalność przemysłowa wymaga stosowania rozwiązań, które zagwarantują uzyskiwanie maksymalnej efektywności przy możliwie niskim poziomie kosztów. Maszyny i urządzenia, które są wybierane przez firmy działające w różnych branżach związanych z produkcją, muszą odznaczać się odpowiednio szybkim działaniem, sprawnym uzyskiwaniem oczekiwanych efektów, jeżeli chodzi o precyzję wykończenia oraz dokładność wymiarową, a także wielkość nakładów finansowych związanych z samą eksploatacją sprzętu. Równie ważna będzie wysoka powtarzalność wykonania oraz przystosowanie sprzętu do błyskawicznej zmiany rodzaju wykonywanych detali, co daje szansę prowadzenia produkcji seryjnej obejmującej partie towaru o różnej wielkości. Istotna jest również jak najdalej posunięta automatyzacja, ponieważ nie tylko ułatwia ona obniżanie kosztów, ale także prowadzi do standaryzacji procesów, co zwykle sprzyja uzyskiwaniu wysokiej jakości. W branżach zajmujących się obróbką metalu, drewna lub tworzyw sztucznych urządzeniami, które pozwolą na sprostanie takim wymogom, będą maszyny CNC. Przyjrzyjmy się bliżej maszynom sterowanym w ten sposób, sprawdźmy, w jaki sposób działają oraz przekonajmy się, do czego można je wykorzystywać.

Jak działają maszyny CNC?

Maszyny CNC (Computer Numerical Control) to urządzenia, które wykonują tradycyjne zadania związane z obróbką różnych materiałów, jednak są sterowane komputerowo, a w ramach swego działania odtwarzają wcześniej zaprogramowany sposób algorytm, dopasowany do konkretnego projektu i detalu, jak ma zostać wytworzony. Rolą operatora urządzeń CNC jest przygotowanie programu obróbki i jego optymalizacja przy pomocy odpowiedniego oprogramowania, a następnie nadzorowanie jego realizacji. Większość procesów realizowanych przez maszyny CNC odbywa się automatycznie, a czynności obsługowe są znacznie zredukowane.

Działanie maszyn CNC wymaga stworzenia cyfrowego projektu elementu, który ma być na nich wyprodukowany. Odbywa się to przy pomocy oprogramowania wspomagającego projektowanie CAD (Computer Aided Design) i jest wykonywane albo przez konstruktora na etapie tworzenia planów konkretnego detalu, albo już podczas przygotowania części do produkcji. Przygotowany model cyfrowy jest następnie zamieniany na szczegółowe instrukcje, które będzie realizowała maszyna podczas pracy. W tym celu używa się programów typu CAM (Computer Aided Manufacturing). Rozkładają one cały proces produkcyjny na poszczególne etapy i określają co i w jakiej kolejności ma być wykonane. W ramach tworzenia programu działania ustalane są wszystkie detale – sposób poruszania się elementów roboczych, ścieżka, po której będą się przemieszczać, a także prędkość obróbki i rodzaj stosowanych narzędzi.

Działanie maszyn CNC jest możliwe, ponieważ są one wyposażone w precyzyjne układy, które dają możliwość dokładnego ustawiania elementów roboczych w wybranych położeniach, a także na bieżąco odczytują z czujników dane na temat ich przemieszczania się i prędkości. Otrzymane dane są wykorzystywane jako sprzężenie zwrotne i służą do bieżącej kontroli postępów w realizacji zadania. Poza nimi ważne są również systemy odpowiedzialne za pozycjonowanie elementów w postaci dokładnie działających serwomechanizmów zbudowanych z niewielkich silników elektrycznych.

Ważnymi elementami maszyn CNC są także ich głowice robocze. Podobnie jak w maszynach sterowanych mechanicznie są one odpowiedzialne za realizację konkretnych zadań przy pomocy zainstalowanych narzędzi. W przypadku urządzeń sterowanych cyfrowo ich dobór i wymiana są na ogół przeprowadzane automatycznie. W zależności od swej konstrukcji i przeznaczenia maszyny CNC mogą być wyposażone w pojemne magazyny narzędzi, a głowica może je błyskawicznie zmieniać, co pozwala na uzyskiwanie czasu obróbki niemożliwego do osiągnięcia przy wykorzystaniu tradycyjnych rozwiązań. 

Do czego mogą być wykorzystywane maszyny CNC?

Maszyny CNC są stosowane do różnych rodzajów obróbki, zarówno jeśli chodzi o pracę z metalem, drewnem, jak i tworzywami sztucznymi. W przypadku obróbki metalu najczęściej służą one do obróbki ubytkowej, głównie obróbki skrawaniem. Wśród maszyn CNC znajdują się więc tokarki, frezarki oraz wiertarki, ale także urządzenia pozwalające na struganie i dłutowanie. Tokarki CNC pozwalają na uzyskiwanie z metalu wszelkich elementów, które mogą powstać jako bryły obrotowe. Element obrabiany jest w nich wprawiany w szybką rotację, a narzędzie w postaci noża tokarskiego usuwa materiał w formie wiórów, przemieszczając się wzdłuż osi obrotu oraz zbliżając się do niej aż do momentu, w którym osiągnięta zostanie właściwa geometria. Frezarki CNC są urządzeniami, w których element obrabiany pozostaje nieruchomy, a ruch obrotowy wykonuje frez. Może on na ogół przemieszczać się nie tylko w płaszczyźnie poziomej i pionowej, ale także zmieniać położenie w dwóch lub trzech osiach, co pozwala na uzyskiwanie niemal dowolnych kształtów uzależnionych od rodzaju krawędzi tnących, w jakie jest wyposażony. Wiertarki CNC umożliwiają przygotowywanie otworów – wiercenie, powiercanie, rozwiercanie, pogłębianie, a także nawiercanie. Dzięki swej konstrukcji oferują jednocześnie możliwość precyzyjnego wykończenia powierzchni.

Frezarki CNC, tokarki CNC, a także wiertarki są wykorzystywane także do obróbki drewna i tworzyw sztucznych. W przypadku obróbki drewna i metalu poza sprzętem przeznaczonym do konkretnych operacji oferowane są także centra obróbcze CNC, umożliwiające wykonywanie kilku różnych zadań. Warto pamiętać, że przy użyciu odpowiednich narzędzi – noży tokarskich, frezów, wierteł czy gwintowników można pracować z różnymi gatunkami metali od żeliwa, przez stal aż po różne stopy metali nieżelaznych – aluminium, miedzi czy magnezu. Możliwości maszyn CNC nie wyczerpują jednak wyłącznie zastosowania związane z obróbką wiórową. Wykorzystywane są one również do obróbki plastycznej. Pozwalają na gięcie np. jako prasy krawędziowe, wytłaczanie oraz wykrawanie, a także cięcie mechaniczne za pomocą rozmaitych brzeszczotów. Można spotkać także urządzenia CNC służące do obróbki termicznej, w tym cięcia termicznego np. przy użyciu promieni lasera, jak również takie, które nadają się do precyzyjnej obróbki strumieniowo-ściernej.

Maszyny CNC znajdują zastosowanie w wielu różnych branżach. Są wykorzystywane przy produkcji detali dla sektora motoryzacyjnego np. elementów silników, kół zębatych, wałków i osi, a także całych bloków czy głowic. Używa się ich w przemyśle lotniczym do wykonywania elementów różnych układów mechanicznych, a ponadto w produkcji na potrzeby sektora energetycznego i przemysłu ciężkiego. Technologia CNC jest także obecna w wytwarzaniu elementów na potrzeby wszelkich innych zastosowań od niewielkich warsztatów ślusarskich po firmy zajmujące się frezowaniem wielkogabarytowym.