Obrabiarki CNC

Obrabiarki CNC w historycznym ujęciu

Historia obrabiarek CNC (Computer Numerical Control) sięga lat 40. XX wieku, gdy przemysł potrzebował bardziej precyzyjnych i efektywnych maszyn do produkcji elementów z metalu, tworzyw sztucznych i innych materiałów. Pierwsze systemy CNC zostały opracowane przez Johna T. Parsonsa w amerykańskiej firmie Pratt & Whitney w 1949 r. System ten wykorzystywał układy elektromechaniczne do sterowania ruchem maszyn. W 1952 r. Parson zaprezentował pierwszy projekt obrabiarki wyposażonej w system CNC, a pierwsze maszyny tego typu były produkowane przez Pratt & Whitney od lat 50.

W latach 60. i 70. wzrosła popularność technologii CNC, a maszyny te zaczęły być wykorzystywane w przemyśle lotniczym, samochodowym i w innych branżach, gdzie wymagana była wysoka precyzja i powtarzalność produkcji. Wraz z postępem technologicznym systemy sterowania CNC stały się bardziej zaawansowane, a maszyny CNC zaczęły być wykorzystywane w coraz szerszym zakresie.

Obecnie obrabiarki CNC są powszechnie stosowane w różnych gałęziach przemysłu, w tym w produkcji elementów do samochodów, statków, samolotów, urządzeń medycznych i sprzętu AGD.

Jak działają obrabiarki CNC?

Sercem obrabiarek CNC jest zaawansowany komputer, który pozwala na dokładne rozplanowanie pracy i precyzyjne wykonanie jej kolejnych etapów. Cała praca rozpoczyna się nie od obrabiania materiału, ale od zaprojektowania elementu docelowego w programie CAD (Computer-Aided Design).

Tworzenie programu

Następnie operator tworzy program obróbki, który jest zapisywany w formacie G-Code. Program ten zawiera informacje o ruchach, które musi wykonać maszyna, aby wykonać obróbkę na elemencie.

Przygotowanie obriabiarki CNC

Po stworzeniu programu obróbki, operator musi przygotować obrabiarkę CNC do pracy. Najpierw musi wybrać odpowiednie narzędzia, a następnie umieścić na stole maszyny element, który ma zostać poddany obróbce.

Przygotowanie elementu w obrabiarce CNC

Po uruchomieniu maszyny CNC urządzenie wykonuje ruchy narzędzia zgodnie z programem G-Code, aby przetworzyć element zgodnie z projektem. Po wykonaniu obróbki element jest sprawdzany pod kątem dokładności i jakości wykonania. W przypadku gdy element nie spełnia wymaganych standardów, może być poddany ponownej obróbce.

Oprogramowanie do obrabiarek CNC

Oprogramowanie do obrabiarek CNC pozwala na stworzenie sekwencji ruchów oraz przeprowadzenie symulacji i analizy przed wykonaniem właściwej obróbki na rzeczywistej maszynie. Oto kilka przykładów popularnych oprogramowań do obrabiarek CNC:

• Mastercam – oferuje wiele narzędzi do tworzenia skomplikowanych geometrii, obróbki w 3D i symulacji obróbki przed wykonaniem na maszynie.
• SolidCAM – to oprogramowanie CAM, które integruje się z programami CAD, takimi jak SolidWorks czy Autodesk Inventor. Oprogramowanie SolidCAM oferuje narzędzia do programowania obrabiarek CNC, frezarek i tokarek, w tym symulację obróbki i generowanie raportów.
• Fusion 360 – to oprogramowanie CAD/CAM, które oferuje wiele narzędzi do projektowania, w tym integrację z chmurą, dzięki czemu można pracować w zespole i udostępniać projekty online.
• CAMWorks – to oprogramowanie CAM, które integruje się z programami CAD, takimi jak SolidWorks czy Autodesk Inventor. CAMWorks oferuje narzędzia do programowania obrabiarek CNC, w tym funkcje automatyzacji procesu programowania i symulacji obróbki.
   

Wybór odpowiedniego oprogramowania do obrabiarek CNC zależy od wielu czynników, w tym od rodzaju obrabiarki, poziomu zaawansowania i preferencji operatora.

Sterowanie maszyną CNC

Są trzy sposoby sterowania obrabiarkami CNC: punktowe, odcinkowe i kształtowe.

1. Punktowe sterowanie umożliwia ustawienie narzędzia względem przedmiotu w precyzyjnie określonym punkcie. Ten najprostszy z układów znajduje zastosowanie najczęściej przy wierceniu, toczeniu czy przebijaniu, a także w takich działaniach, w których szczególnie istotne jest dokładne ustawienie narzędzia nad osią otworu.
2. Sterowanie odcinkowe pozwala na zaprogramowanie narzędzia tak, aby poruszało się po zaplanowanym torze z dokładnie określoną prędkością. Ten sposób najczęściej stosowany jest w pracy polegającej na frezowaniu zarysów prostokątnych, frezowaniu odsadzeń przelotowych czy też frezowaniu płasko-równoległym. Co istotne, odcinki toru narzędzia muszą być położone równolegle do osi współrzędnych w określonej płaszczyźnie.
3. Najbardziej zaawansowane sterowanie to sterowanie kształtowe. Pozwala ono na uzyskanie bardziej skomplikowanych kształtów. Ten rodzaj sterowania jest wielopłaszczyznowy i ma bardzo szeroki zakres ruchów. W jego efekcie mogą powstać pełne bryły dwuwymiarowe, 2½D, a także figury trójwymiarowe.
    

Nowości na rynku CNC

Na rynku obrabiarek CNC obserwować można kilka ogólnych trendów. Przede wszystkim rośnie znaczenie automatyzacji – urządzenia sterowane numerycznie coraz częściej wyposażane są w rozwiązania robotyczne. Znajdują one zastosowanie m.in. w systemach polerowania i szlifowania, co pozwala na uzyskanie bardziej precyzyjnych i powtarzalnych wyników. Robotyka wkroczyła także w systemy pomiarowe, co pozwala na dokonanie dokładnego pomiaru elementów przed i po obróbce, a co za tym idzie – zapobieganie błędom produkcyjnym.

Z kolei roboty przemysłowe wyposażone w narzędzia do frezowania mogą być wykorzystywane do wykonywania skomplikowanych kształtów i konturów w elementach, co pozwala na zwiększenie precyzji i skrócenie czasu produkcyjnego. 

Pięcioosiowe obrabiarki CNC

Na rynku dostępne są także obrabiarki CNC z możliwością obróbki w pięciu osiach, które pozwalają na wykonywanie bardziej skomplikowanych kształtów. Technologie 5-osiowe w obrabiarkach CNC to obecnie jedna z najważniejszych innowacji. Tradycyjne obrabiarki CNC pracują na trzech osiach: osi X, Y i Z, co oznacza, że przedmiot obrabiany jest przemieszczany jedynie w tych trzech kierunkach. Z kolei w obrabiarkach 5-osiowych, dodatkowo pojawiają się ruchy obrotowe wokół dwóch innych osi, co umożliwia obróbkę pod różnymi kątami.

Obrabiarki hybrydowe

Popularność zdobywają  także obrabiarki hybrydowe łączące w sobie funkcjonalność obrabiarek CNC i drukarek 3D. Na uwagę zasługuje także możliwość poddawania obróbce nowych materiałów, takich jak ceramika czy materiały kompozytowe. Oczywiście wymaga to odpowiednio dostosowanych narzędzi i procesów obróbki, co stawia przed producentami obrabiarek nowe wyzwania.

IoT w obrabiarkach CNC

I w końcu Internet Rzeczy wkraczający niemal w każdą dziedzinę technologicznego świata. Wprowadzenie technologii Internetu Rzeczy do obrabiarek CNC pozwala na zdalny monitoring procesów produkcyjnych oraz na zwiększenie ich efektywności.

Podsumowanie

Rozwój technologiczny jest bardzo dynamiczny, więc na rynku pojawiają się ciągle nowe rozwiązania i technologie, które poszerzają zakres zastosowań obrabiarek CNC. Dzięki swoim możliwościom urządzenia te stosowane są zarówno w produkcji części samochodowych, lotniczych czy elementów medycznych, jak i w nieco bardziej zaskakujących dziedzinach, takich jak produkcja instrumentów muzycznych, wytwarzanie biżuterii, tworzenie rzeźb i elementów dekoracyjnych czy wytwarzanie kontrolerów do gier wideo.

Nikogo już nie zaskakuje, że urządzenia sterowane numerycznie zdobywają kolejne branże, w tym m.in. rolnictwo, w którym cięcie mechaniczne zostało w ostatnich latach spopularyzowane. W polskich sadach pracuje szereg maszyn służących do cięcia konturowego, a na kolejnych targach branżowych pojawiają się nowości rozwijające portfolio zajmujących się tą dziedziną firm. Mogą być wykorzystywane m.in. do nadania konkretnego kształtu drzewom, dzięki czemu maszyny używane do defoliacji są bardziej efektywne. To przekłada się z kolei na lepsze wybarwienie owoców.

Warto podkreślić wagę wdrażania w firmach zrobotyzowanego stanowiska obsługi maszyny CNC. Robot może wspierać lub odciążać operatora, wykonując rutynowe czynności, takie jak wymiana detalu czy uruchomienie nowego cyklu. Współpracujące aplikacje mogą pomóc w podniesieniu elastyczności i poziomu wykonania detalu oraz zapewnić spójną realizację procesów, także w trybie całodobowym.