W obróbce skrawaniem osie sterowane numerycznie odgrywają kluczową rolę w skracaniu czasu produkcji i terminów dostaw. Pozwalają również obniżyć koszty produkcji i nakłady na robociznę, ponieważ maszyny wieloosiowe wymagają minimalnego udziału operatora.
Czym jest oś sterowana numerycznie?
W obróbce skrawaniem oś oznacza zdolność maszyny do przemieszczania narzędzia skrawającego lub detalu w jednym lub kilku kierunkach po określonej trajektorii. Każda obrabiarka ma osie numeryczne; w najprostszych maszynach konwencjonalnych są to osie X, Y i Z odpowiadające matematycznemu układowi współrzędnych.
Maszyny o prostym układzie osi mogą wykonywać proste operacje obróbkowe. Należą do nich na przykład tokarki, frezarki i wiertarki. Istnieją jednak obrabiarki z wieloma osiami sterowanymi numerycznie – im więcej osi ma maszyna, tym większe korzyści w procesie obróbki.
Osie numeryczne w CNC
CNC, czyli komputerowe sterowanie numeryczne, to jedna z najbardziej zaawansowanych metod obróbki. Jest to rodzaj pracy automatycznej wymagającej minimalnego udziału człowieka. Obrabiarką steruje centralny komputer, który uruchamia narzędzia skrawające potrzebne do wykonania danego zadania.
Aby komputer wiedział, wzdłuż której osi numerycznej ma przemieścić narzędzie lub detal, trzeba wczytać do niego projekt detalu. W tym celu inżynier lub operator przygotowuje projekt detalu na zewnętrznym komputerze, korzystając ze specjalistycznego oprogramowania CAD i CAM. Pierwsze służy do projektowania, a drugie przenosi projekt do świata fizycznego.
Gotowy projekt wczytuje się do komputera obrabiarki i przekłada na alfanumeryczny język CNC, którym posługuje się maszyna. Dzięki temu komputer wie, którego narzędzia użyć, z jaką prędkością ma się ono poruszać, jaka jest głębokość obróbki itd.
Maszyny wyposażone w CNC potrafią wykonywać różne operacje na tym samym detalu w jednym procesie. Nie trzeba przemocowywać ani ponownie ustawiać detalu na stole roboczym, a operator nie musi na przykład zdejmować frezu i zakładać wiertła do wrzeciona. Maszyna robi to sama.
Maszyny z wieloma osiami sterowanymi numerycznie
Choć coraz więcej obrabiarek wyposaża się w CNC, nie wszystkie mają wiele osi sterowanych numerycznie. Funkcję tę oferują tylko centra obróbcze, tokarki i frezarki. Jakie osie numeryczne występują w tych maszynach?
Centra obróbcze
Centrum obróbcze to prawdopodobnie jedna z najbardziej zaawansowanych obrabiarek. To bardzo wszechstronne maszyny, które wykonują zarówno frezowanie, jak i toczenie, wiercenie oraz wiele innych operacji. Pozwalają produkować seryjnie detale złożone, małe i/lub bardzo proste.
W centrach obróbczych detal pozostaje nieruchomy, a narzędzie skrawające obraca się, zdejmując wióry. Trzeba jednak pamiętać, że w rzeczywistości detal również wykonuje ruch – bardzo prosty, razem ze stołem – aby ustawić się lub zorientować względem narzędzia. W centrum obróbczym wyróżnia się pięć osi numerycznych:
- Osie główne. Są to osie X, Y i Z, odpowiadające przesuwom wzdłużnym, poprzecznym i pionowym.
- Oś A. Ta oś numeryczna ustawia detal pod określonym kątem.
- Oś B. Odpowiada za orientację detalu poprzez jego obrót. W niektórych maszynach nazywa się ją osią C.
- Oś W. Występuje tylko w niektórych maszynach i wiąże się ze zmianą palety.
Cechą centrów obróbczych, a ogólnie wszystkich maszyn wieloosiowych, jest możliwość jednoczesnej pracy osi. To właśnie przyspiesza obróbkę.
Tokarki
W tokarkach CNC, które nie są centrami tokarsko-frezarskimi, detal mocuje się w uchwycie i obraca, natomiast narzędzie skrawające pozostaje nieruchome w głowicy rewolwerowej. W tych tokarkach osie główne (X, Y i Z) odpowiadają przemieszczeniom narzędzia podczas skrawania.
Niektóre tokarki mają dodatkowe osie numeryczne, które współpracują z narzędziem skrawającym i detalem, aby ustawić detal pod wymaganym kątem obróbki. Pozwala to na przykład toczyć detale o kształtach walcowych lub stożkowych. Gdy detal jest pochylany na tokarce w celu uzyskania lepszego kąta natarcia, mówi się, że wykorzystywana oś numeryczna to oś B.
Osie numeryczne we frezarkach
Frezarki, podobnie jak tokarki, mogą mieć większą liczbę osi – w zależności od stopnia złożoności maszyny. Dlatego stosuje się dla nich specjalną klasyfikację: frezarki trzyosiowe, czteroosiowe i pięcioosiowe. Co oznaczają poszczególne osie?
- Oś X. Jest to oś pozioma, równoległa do powierzchni detalu. Ruch odbywa się poziomo, wzdłuż stołu.
- Oś Y. Odpowiada za ruch w płaszczyźnie poziomej, poprzecznie do stołu.
- Oś numeryczna Z. To w tej osi umieszczony jest frez. W zależności od budowy maszyny może zajmować różne położenia. Odpowiada za przesuw pionowy.
- Osie A i B. Występują tylko w niektórych maszynach i odpowiadają za możliwość obrotu i pozycjonowania detalu w celu uzyskania lepszego kąta wejścia narzędzia skrawającego.