Toczenie CNC

Czym jest toczenie CNC i jakie ma zastosowanie

Postęp technologiczny jest zauważalny w każdej dziedzinie naszego życia. Wykonywanie precyzyjnych, powtarzalnych detali toczonych w sposób w pełni zautomatyzowany jest możliwe, dzięki zastosowaniu tokarek sterownych numerycznie (CNC). Przyjrzyjmy się dokładniej na czym polega obróbka CNC, której popularność nieustannie rośnie.

Co to jest i na czym polega toczenie CNC?

Toczenie CNC, czyli Computerized Numerical Control, polega na zastosowaniu w procesie obróbki urządzeń sterowanych numerycznie. Najważniejsze części takich narzędzi to mikrokomputer, układ sterowania PLC oraz interfejs operatora. Ich zintegrowane działanie sprawia, że detale obrabiane są w sposób w pełni zautomatyzowany, a do tego odznaczają się wysoką precyzją i powtarzalnością.

Sam proces toczenia CNC nie różni się znacznie od toczenia konwencjonalnego. W obu przypadkach obrabiany przedmiot obraca się wokół własnej osi, a nóż tokarski usuwa warstwy materiału, tworząc skomplikowane bryły. Różnica tkwi w sposobie sterowania. Tokarki konwencjonalne są sterowane manualnie, natomiast w tokarkach CNC wykorzystuje się układ sterowania numerycznego.

Chociaż dziś trudno wyobrazić sobie przemysł bez maszyn CNC, technologia ta ma swoje korzenie w czasach starożytnego Egiptu, gdzie po raz pierwszy zastosowano ruch obrotowy do obróbki przedmiotów. Prawdziwy przełom nastąpił jednak dopiero po zakończeniu II wojny światowej, kiedy to systemy sterowania numerycznego zaczęły być wykorzystywane do automatyzacji procesów obróbczych.

Materiały wykorzystywane w toczeniu CNC

Frezowanie CNC jest wszechstronną technologią, która pozwala na toczenie tworzyw sztucznych, metali i innych materiałów. Tokarki CNC doskonale radzą sobie z materiałami o różnych właściwościach, takimi jak mosiądz, stal nierdzewna czy aluminium.

Jak przebiega proces toczenia CNC?

Proces toczenia CNC odbywa się za pomocą sterowanych komputerowo maszyn, które eliminują konieczność ręcznej interwencji operatora. Mimo że toczenie CNC jest dużo bardziej wydajne od konwencjonalnego, przygotowanie obrabiarki CNC do pracy trwa znacznie dłużej. Manualne tokarki sterowane są ręcznie, więc nie wymagają specjalnego przygotowania. Toczenie CNC składa się z kilku etapów. 

• Projektowanie CAD 

Pierwszą fazą jest projekt wykonywanego przedmiotu, za pomocą oprogramowania komputerowego CAD. 

• Przetwarzanie CAM

Następnie system komputerowego wspomagania wytwarzania CAM przetwarza projekt na plan sterowania maszyny. Od tego momentu obrabiarka zaczyna pracować, a wszystkie informacje są na bieżąco wyświetlane na interfejsie operatora.

• Przygotowanie obrabiarki

Operator uruchamia odpowiedni program i ustawia tokarkę CNC. Oprogramowanie komputerowe gwarantuje powtarzalność operacji, a proces uzbrojenia maszyny sprowadza się jedynie do wywołania odpowiedniego programu. Jak wspominaliśmy wcześniej, przygotowanie takiej tokarki do pracy jest czasochłonne, więc toczenie CNC powinno stosować się w przypadku produkcji średnioseryjnej oraz produkcji masowej.

• Uzbrojenie maszyny 

Proces przygotowania narzędzi i materiału do toczenia. Jeśli chodzi o materiał, z którego wykonany jest toczony element, to zastosowanie sterowania numerycznego w żaden sposób nie ogranicza. Zarówno tokarki uniwersalne jak i sterowane numerycznie umożliwiają toczenie elementów wykonanych z tych samych materiałów, między innymi ze: stali, stali nierdzewnej, stali wysokostopowej, aluminium, mosiądzu, miedzi, drewna, tworzywa itp. 

• Toczenie CNC 

Obrabiarka automatycznie przetwarza materiał według ustalonego programu, dzięki połączeniu mikrokomputera z częścią sterującą obrabiarki.

• Kontrola procesu

Zastosowanie sterowników CNC gwarantuje dokładną kontrolę na każdym etapie toczenia. Wszystkie informacje są na bieżąco wyświetlane na interfejsie operatora, który w każdym momencie może edytować proces obróbki skrawaniem, zmieniając: pracę narzędzi, bazowanie osi oraz zmianę wszystkich parametrów obróbki. Dzięki temu praca jest optymalnie zaplanowana, a powstałe detale charakteryzują się wysoką precyzją.

Jakie operacje wykonujemy w ramach toczenia CNC?

Przede wszystkim toczenie zewnętrzne, które pozwala na usunięcie nadmiaru materiału z powierzchni zewnętrznej toczonych elementów. W ramach tego rodzaju toczenia wyróżniamy: 

• toczenie wzdłużne przedmiotów, 
• obróbkę profilową,
• toczenie powierzchni stołowych.

Kolejną operacją jest toczenie wewnętrzne, które polega na usuwaniu nadmiaru materiału z powierzchni wewnętrznej elementów. Ta operacja należy do bardziej skomplikowanych i jest znacznie trudniejsza od toczenia zewnętrznego, ponieważ obszar roboczy narzędzia jest ograniczony przez średnicę obrabianego elementu. 

Toczenie CNC można również wykorzystać w przypadku toczenia rowków, które z kolei polega na odcinaniu nadmiaru materiału lub rowkowaniu zewnętrznym i wewnętrznym. Jeszcze inną operacją jest toczenie gwintów na obrabiarce CNC.

Rodzaje toczenia CNC

Toczenie CNC różni się w zależności od kierunku posuwu narzędzia skrawającego. W toczeniu wzdłużnym nóż tokarski porusza się równolegle do osi obrotu przedmiotu, podczas gdy w toczeniu poprzecznym jego ruch jest prostopadły. Technologia toczenia CNC umożliwia również toczenie kopiowe, gdzie skrawanie odbywa się według wzoru, oraz toczenie kształtowe, przy którym tworzone są bardziej złożone bryły obrotowe.

Zalety toczenia CNC

Sterowanie komputerowe w technologii CNC to klucz do precyzyjnej i powtarzalnej obróbki. Procesy takie jak toczenie precyzyjne pozwalają na uzyskanie identycznych części, co ma ogromne znaczenie w produkcji seryjnej. Automatyzacja pozwala zminimalizować błędy ludzkie, a zastosowanie nowoczesnych narzędzi skrawających optymalizuje wykorzystanie materiału, skracając czas produkcji i zwiększając wydajność. Do tego dodać należy fakt, że rola operatora sprowadza się jedynie do wykonania projektu i zdalnego nadzoru nad przebiegiem procesu.

• Wysoka precyzja wykonania – Toczenie CNC pozwala na produkcję detali z dokładnością do setnych części milimetra, co jest kluczowe w wielu branżach, gdzie wymagane są bardzo precyzyjne elementy.
• Powtarzalność procesu – Dzięki komputerowemu sterowaniu każda partia produkcyjna jest identyczna, co eliminuje różnice wynikające z ręcznej obsługi maszyn.
• Automatyzacja pracy – Proces toczenia CNC jest w pełni zautomatyzowany, co pozwala na minimalizację błędów wynikających z czynnika ludzkiego i jednocześnie zmniejsza potrzebę stałego nadzoru operatora.
• Zwiększona wydajność – Toczenie CNC skraca czas produkcji, co sprawia, że proces ten jest bardziej wydajny niż tradycyjne metody obróbki skrawaniem.
• Elastyczność – Maszyny CNC są w stanie obrabiać różnorodne materiały, takie jak metale (stal, aluminium, miedź) oraz tworzywa sztuczne, co zwiększa ich zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu.
• Redukcja odpadów – Precyzyjne sterowanie obróbką pozwala na optymalne wykorzystanie surowców, co zmniejsza ilość odpadów i obniża koszty produkcji.
• Bezpieczeństwo pracy – Operator nie musi bezpośrednio obsługiwać obrabianych materiałów, co zmniejsza ryzyko wypadków przy pracy i podnosi bezpieczeństwo na stanowisku produkcyjnym.
• Możliwość produkcji skomplikowanych kształtów – Dzięki technologii CNC możliwe jest toczenie skomplikowanych brył obrotowych, co byłoby trudne do osiągnięcia tradycyjnymi metodami.
• Minimalizacja przerw technologicznych – Tokarki CNC mogą pracować bez przerw, co zwiększa wydajność produkcji, szczególnie w przypadku produkcji seryjnej.
• Optymalizacja kosztów – Dzięki większej precyzji, krótszym czasie obróbki oraz mniejszej ilości odpadów, toczenie CNC przyczynia się do obniżenia kosztów produkcji, co jest korzystne zarówno dla małych, jak i dużych firm.

Wady toczenia CNC

Niestety każdy proces obróbki skrawaniem posiada pewne wady. Mankamentów związanych z toczeniem CNC jest kilka. Czasochłonne wykonywanie projektu i programowanie maszyny, może okazać się bardzo problematyczne, szczególnie w przypadku produkcji jednostkowej. Po drugie, tak zaawansowana technologia ma swoją cenę – zakup obrabiarki CNC, koszty roboczogodziny oraz serwisu są nieporównywalnie wyższe, niż w przypadku tokarki konwencjonalnej.

• Wysoki koszt zakupu maszyn – Tokarki CNC są drogie, a inwestycja w taki sprzęt może być znacznym wydatkiem, szczególnie dla małych firm.
• Długie przygotowanie do pracy – Proces programowania i konfiguracji maszyny przed rozpoczęciem toczenia wymaga czasu, co może być problematyczne w przypadku produkcji jednostkowej lub małych serii.
• Złożoność programowania – Obsługa maszyn CNC wymaga znajomości specjalistycznego oprogramowania, a stworzenie odpowiedniego programu wymaga doświadczenia i wiedzy technicznej.
• Koszt serwisu i utrzymania – Utrzymanie maszyn CNC w dobrym stanie technicznym, regularne serwisowanie oraz naprawy mogą być kosztowne.
• Brak elastyczności w produkcji jednostkowej – Przy produkcji pojedynczych elementów toczenie CNC może być mniej efektywne ze względu na konieczność długiego przygotowania maszyny.
• Potrzeba zaawansowanego szkolenia – Operatorzy maszyn CNC muszą przejść specjalistyczne szkolenia, co zwiększa koszty zatrudnienia wykwalifikowanego personelu.
• Zależność od oprogramowania – Toczenie CNC opiera się na zaawansowanych systemach komputerowych, co sprawia, że każda awaria oprogramowania może prowadzić do przestojów w produkcji.
• Złożoność serwisowania – W przypadku awarii maszyny CNC, naprawa wymaga zaawansowanej wiedzy technicznej i może trwać dłużej niż serwisowanie tradycyjnych tokarek, co prowadzi do przestojów produkcyjnych.

O czym pamiętać przed toczeniem CNC?

Toczenie CNC to skomplikowany proces, więc podejmować się go powinny osoby, które przeszły odpowiednie szkolenia i wiedzą, jak postępować z obrabiarkami tego typu. Przede wszystkim należy pamiętać o właściwym zamocowaniu detalu w obrabiarce tak, aby osiągnąć maksymalną sztywność części. W celu redukcji drgań, które mogą zaburzyć strukturę elementów, należy wybrać narzędzie skrawające o jak największym przekroju trzonka. Do usuwania wiórów z powierzchni roboczej warto wykorzystać chłodziwo pod ciśnieniem, podawane przez trzonek narzędzia.

Rozwój technologiczny nie jest czymś, co łatwo można przewidzieć. Coraz więcej zakładów decyduje się na zakup tokarek CNC, widząc w nich pewną inwestycję, jednak oprócz wielkich wyspecjalizowanych zakładów, rynek jest pełen małych usługodawców o niewielkich parkach maszyn. Większość z nich nie dysponuje kapitałem, umożliwiającym zakup nawet najtańszej tokarki CNC, więc wykorzystują tokarki konwencjonalne. Jeśli nowe rozwiązania technologiczne stosowane przez producentów tokarek zredukują cenę obrabiarek i wysiłek, jaki należy podjąć podczas ich programowania, możemy podejrzewać, że w niedalekiej przyszłości tokarki CNC zdominują inne, mniej wydajne rozwiązania

Jak znaleźć podwykonawców usługi toczenia CNC?

Znalezienie podmiotów, świadczących omawiane usługi, nie jest trudne. Popularność tej metody sprawiła, że mnóstwo podmiotów na rynku posiada w swojej ofercie usługę toczenia CNC. Skąd jednak wiedzieć, czy moce przerobowe danego zakładu umożliwiają wykonanie naszego zamówienia? Poszukiwanie odpowiedzi w Internecie może być bardzo czasochłonne, a co najgorsze – nie ma żadnej gwarancji sukcesu. Ponad 650 firm świadczących usługę toczenia CNC założyło swój profil na MetalTop.pl, a ich każda pozycja posiada dokładny opis parametryczny, dzięki czemu w sposób precyzyjny możemy dotrzeć do potencjalnego podwykonawcy. Sprawdź już dziś, jakie to wygodne!

Podsumowanie

W powyższym artykule dokładnie przyjrzeliśmy się toczeniu CNC. Dowiedzieliśmy się, czym różni się od konwencjonalnego, jak przebiega, jakie materiały mogą być toczone. Oprócz wielu zalet przyjrzeliśmy się również wadom, które mogą być szczególnie dotkliwe w przypadku niewielkich zakładów obróbczych. Do tego wiemy, jakie rodzaje toczenia wyróżniamy i rozważyliśmy czy w przyszłości toczenie numeryczne zdominuje ten rodzaj obróbki skrawaniem.