Obróbka materiałów stanowi grupę niezwykle istotnych procesów, będących elementami produkcji. Metale, drewno, polimery, a także ceramika i szkło są różnymi metodami obrabiane i przygotowywane do dalszych etapów prac produkcyjnych. Czasami obróbka polega na zmianie ich właściwości mechanicznych i plastycznych, innym razem dochodzi do zmiany kształtu. Już od blisko 70 lat świat zna i rozwija obrabiarki sterowane numerycznie, które pod wieloma względami są bardziej efektywnie. Głównie, jeśli bierze się pod uwagę szybkość poruszania się części skrawających maszyny, a także łatwą powtarzalność wyrobów. Jednak zarówno przed opracowaniem metod automatyzacji skrawania, jak i dzisiaj obrabiarki konwencjonalne – tokarki i frezarki – znajdują swoje zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu.

Większość firm szkoleniowych stawia dzisiaj największy nacisk na naukę CNC, ponieważ to ona cieszy się największą popularnością w dziedzinie obróbki materiałów. Jest więc coraz trudniej pozyskać wiedzę na temat efektywnego korzystania z frezarek i tokarek tradycyjnych, a nie jest to praca łatwa. Wręcz przeciwnie, profesjonalne korzystanie z tego typu sprzętu wymaga wiedzy o materiałach i maszynie oraz przynajmniej kilku lat doświadczenia.

Różnice pomiędzy obrabiarkami konwencjonalnymi a CNC

Obrabiarki konwencjonalne od CNC różnią się kilkoma rzeczami. Po pierwsze, w przypadku obrabiarek konwencjonalnych, pracownik ręcznie ustawia wszystkie parametry obróbkowe i ręcznie steruje całą pracą maszyny, od początku do końca procesu. Wykorzystuje do tego specjalne dźwignie, pokrętła i przyciski na panelu sterowania. W przypadku maszyn CNC wszystkie funkcje sterownicze i regulacyjne maszyny przejmuje mikrokomputer. Umożliwia on również diagnozowanie błędów, co ułatwia naprawianie w przypadku usterek lub błędnego podejścia do danego wyrobu. Wszelkie dane technologiczne, dotyczące doboru narzędzi oraz wymiarów detalu wprowadza się bezpośrednio do komputera.

Pracownik operujący obrabiarką konwencjonalną na podstawie zlecenia i rysunku technicznego ustawia maszynę ręcznie. Zakładanie i zdejmowanie przedmiotu obrabianego również odbywa się ręcznie. Z kolei z przypadku CNC istnieje tzw. program obróbki. Może on być do maszyny wprowadzony z klawiatury interfejsu, z dyskietki, płyty, pendrive’a, poprzez złącze bezpośrednie sieci. Dodatkowo, istnieje możliwość zapisania raz zaprogramowanego programu obróbki do przyszłego użycia. I tutaj również można zarówno wykorzystać pamięć wewnętrzną urządzenia lub też przechowywać program na dysku zewnętrznym lub serwerze w chmurze.

Również pomiary detalu odbywają się odmiennie w przypadku maszyn konwencjonalnych i CNC. Tradycyjnie, przedmiot obrabiany pracownik mierzy i weryfikuje ręcznie, korzystając z ustalonych wcześniej norm wymiarowo-kształtowych. W przypadku CNC dochodzi do ciągłej informacji zwrotnej, ponieważ maszyna musi ciągle dokonywać pomiarów, aby dobrze wykonać zadany program. Stąd możliwa jest czynna kontrola przedmiotów obrabianych, a dokładność tego typu wyrobów może być bardzo duża. Doświadczeni operatorzy maszyn konwencjonalnych potrafią jednak dostarczyć równie imponującą dokładność wymiarową, mimo braku automatycznych narzędzi wspomagających.

Rys. 2. Nauka toczenia i frezowania konwencjonalnego wymaga zaawansowanego parku maszynowego [2].

Budowa obrabiarek konwencjonalnych

Jednym z najistotniejszych elementów budowy obrabiarki konwencjonalnej jest jej układ kinematyczny. Jest to układ składający się z par kinematycznych, czyli przekładni zębatych, przekładni pasowych, śrubowych, krzywkowych. Każdy łańcuch kinematyczny zawiera element początkowy i końcowy, który dotyczy przedmiotu obrabianego lub narzędzia obróbczego. W obrabiarkach konwencjonalnych nie wykorzystuje się bezstopniowej zmiany prędkości obrotowej napędu głównego maszyny. Znane są za to dostępne prędkości efektywne, określone dla znamionowego, czyli pełnego, obciążenia silnika napędu głównego. Dopuszczane są odchyłki wartości prędkości efektywnych, wynoszące od -2 do +6% wartości teoretycznej.

Jest to efekt tzw. tolerancji mechanicznej i elektrycznej. Zmiany prędkości obrotowych w obrabiarkach konwencjonalnych ograniczona jest przez ciąg Renarda oraz konieczność zmiany kół zębatych w odpowiednich przekładniach obrabiarki. Przez to, że w czasie pracy z obrabiarką konwencjonalną operator musi dokonywać wielu zmian, z których niektóre opisano powyżej, strefa obróbcza nie jest chroniona, ani w żaden sposób ograniczona. Operator musi mieć dostęp do każdego elementu maszyny. W związku z tym dużo bardziej, niż w przypadku CNC, jest tutaj istotna ostrożność i uwaga podczas pracy [1].

Do najpopularniejszych obrabiarek konwencjonalnych zalicza się między innymi [1]: tokarki produkcyjne, frezarki wspornikowe, wytaczarki, dłutownice, przeciągarki pionowe, strugarki, wiertarki kadłubowe, szlifierki do wałków.

Rys. 3. Toczenie i frezowanie konwencjonalne wymaga zwiększonej ostrożności z uwagi na otwarte pole obróbcze [2].

Szkolenia z obróbki konwencjonalnej

W związku z rosnącą popularnością obróbki sterowanej numerycznie, szkoleń z frezarek i tokarek konwencjonalnych jest coraz mniej mimo ich ciągłego wykorzystania w przemyśle. Na rynku wciąż są jednak firmy dostrzegające potencjał obróbki konwencjonalnej, szczególnie w kontekście wyrobów specyficznych, niepowtarzalnych. Osoby parające się obróbką konwencjonalną muszą posiadać kilka konkretnych umiejętności ogólnych poza samą zdolnością do obsługi konkretnej maszyny. Istotna jest umiejętność analizy i tworzenia pełnej dokumentacji technicznej wraz z rysunkiem technicznym oraz prowadzenie prawidłowych pomiarów warsztatowych podczas pracy. Z uwagi na podwyższone zagrożenie, ważne są wymagania dotyczące znajomości zasad zachowania bezpieczeństwa i higieny pracy. Podczas szkolenia uczestnicy zaczynają od analizy rysunku technicznego, tworzenia planów obróbki i przygotowywania kart instrukcji obróbki dla elementu toczonego i frezowanego.

Omawia się narzędzia i przyrządy mocujące detal w obrabiarce. Istotna jest także metrologia warsztatowa, czyli ćwiczenia w posługiwaniu się przyrządami pomiarowymi. Kolejne etapy szkolenia to analiza budowy i działania tokarki i frezarki, praca z narzędziami, nauka procesu toczenia poprzecznego i wzdłużnego. Operatorzy maszyny powinni także poznać sposoby nawiercania, toczenia wzdłużnego z wykorzystaniem kła obrotowego, obrabiania otworów i kanałów, przecinania, nacinania gwintów zewnętrznych i zewnętrznych oraz wykorzystania gwintowników. Osoba pracująca z frezarkami powinna przyswoić metody sprawdzania bicia narzędzi frezujących, sposoby mocowania elementów obrabianych w stole frezarki, wykorzystanie czujnika zegarowego do ustalania przyrządów mocujących, sposoby doboru parametrów skrawania, frezowania płaszczyzn współbieżnego i przeciwbieżnego [2].

Szkolenie, które daje szerokie spektrum możliwości i przekazuje odpowiednią wiedzę o toczeniu i frezowaniu konwencjonalnym oferuje wiele ćwiczeń praktycznych. Szczególny nacisk kładzie się na wykonywanie otworów, gwintowanie, nacinanie, wykonywanie trudnych modyfikacji powierzchni. Kluczowe jest także odpowiednie planowanie całego procesu, tak aby dokładnie odwzorować geometrię wyrobu. Po ukończonym szkoleniu pracy poszukiwać można w warsztatach metalurgicznych, firmach produkujących wyroby drewniane, metalowe, w produkcji i przemyśle ciężkim.

Autor: Agnieszka Hyla, Konsultantka ds. optymalizacji produkcji w Centrum Szkoleń
inżynierskich EMT-Systems sp. z o. o., autorka tekstów z zakresu zarządzania w produkcji.

Źródła:
Rys. 1.  Oczyszczanie pola obróbczego [2].
[1] Obrabiarki konwencjonalne i CNC, http://procestechnologiczny.com.pl/obrabiarki-konwencjonalne-cnc/, dostęp z dnia 31.08.2018 r.
[2] Obsługa Obrabiarek konwencjonalnych – tokarz/frezer, EMT-Systems sp. z o. o., https://emt-systems.pl/szkolenie-cnc-obsluga-obrabiarek-konwencjonalnych.html, dostęp z dnia 31.08.2018 r.