Do obróbki różnych materiałów, takich jak metale, stopy żelaza, drewno i niektóre tworzywa sztuczne, stosuje się specjalne maszyny do obróbki. Nazywa się je obrabiarkami, a służą do nadawania kształtu detalom z materiałów stałych. Do ich cech należy to, że są stacjonarne, mają duże gabaryty i mogą realizować trzy rodzaje obróbki.
Jakie są rodzaje obróbki?
W przemyśle metalowym wyróżnia się trzy rodzaje obróbki detali: obróbkę wiórową, obróbkę bezwiórową oraz obróbkę ścierną. Pierwsza polega na usuwaniu nadmiaru materiału z powierzchni detalu w postaci drobnych cząstek zwanych wiórami; wykonują ją takie maszyny jak tokarki i frezarki.
Maszyny do obróbki bezwiórowej kształtują detale w inny sposób. Przykładem jest prasa w jej różnych odmianach. Prasy służą do odkształcania płyt metalowych, czyli blach, ale nie usuwają wiórów. Do obróbki bezwiórowej można też zaliczyć elektrodrążarki, maszyny do cięcia laserowego, do cięcia plazmowego itd.
Wreszcie obróbka ścierna polega na zbieraniu materiału z detalu za pomocą ściernicy. Ściernica składa się z ziaren ściernych połączonych spoiwem, które ścierają powierzchnię detalu. Maszyny wykonujące te operacje to szlifierki.
Czym są obrabiarki?
Maszyny do obróbki, czyli obrabiarki, wykorzystują źródło energii inne niż siła ludzkich mięśni, choć wiele maszyn wymaga też udziału operatorów, gdy innego źródła energii brak. Maszyny te mają bardzo długą historię – uważa się, że pierwsza tokarka powstała już w starożytności. Tokarkę w dzisiejszej postaci zbudowano około 1751 roku; miała ona narzędzie skrawające regulowane mechanicznie.
Prawdziwy przełom technologiczny nastąpił jednak podczas rewolucji przemysłowej, gdy wynaleziono maszynę parową. To właśnie wtedy upowszechniła się frezarka, która obok tokarki stała się jedną z najczęściej używanych maszyn w warsztatach.
Obrabiarki mogą być obsługiwane za pomocą pokręteł, przekładni zębatych i dźwigni, ale także sterowane automatycznie i komputerowo. Komputerowe sterowanie numeryczne wynaleziono w latach 60., gdy do maszyn dołączono komputery, aby przyspieszyć procesy. Maszyny te wykorzystują najbardziej zaawansowaną technologię i pozwalają zwiększyć produkcję, skrócić terminy dostaw i ograniczyć nakłady pracy. Co więcej, dzięki nim można wykonywać detale o znacznie bardziej złożonych kształtach.
Co ciekawe, obrabiarki nazywa się maszynami matkami, ponieważ potrafią wytworzyć wszystkie inne maszyny, łącznie z samymi sobą. Mogą też wytwarzać detale o różnych rozmiarach dla wielu branż – od śruby po kadłub samolotu.
Rodzaje maszyn
Obrabiarki można podzielić na trzy grupy, niezależnie od rodzaju wykonywanej obróbki. Są to maszyny skrawające (usuwające wióry), prasy (kształtujące detale przez odkształcenie) oraz maszyny specjalne. Te ostatnie stosują inne techniki obróbki, takie jak cięcie laserowe, plazmowe czy elektroerozja.
Najważniejsze maszyny skrawające, nazywane też konwencjonalnymi, to:
- Tokarka: obrabia detale obrotowe zamocowane w uchwycie, podczas gdy narzędzie skrawające zbliża się do ich powierzchni i usuwa wióry. Służy do obróbki powierzchni walcowych i stożkowych. Po zamocowaniu wiertła może też wiercić.
- Frezarka: wykorzystuje wieloostrzowe narzędzie skrawające zwane frezem. Wrzeciennik maszyny pozostaje nieruchomy, a detal zbliża się do niego w celu usunięcia materiału.
- Wiertarka: służy do wykonywania otworów za pomocą obracającego się narzędzia (wiertła).
- Szlifierki lub polerki: wykorzystują tarczę lub ściernicę, która ściera powierzchnię detalu, poprawiając jej wykończenie.
Z kolei prasy występują w różnych odmianach, np. mechanicznej i hydraulicznej, i służą do procesów kształtowania plastycznego. Detal umieszcza się na matrycy pod stemplem, który po uruchomieniu uderza w detal i odkształca go poza granicę sprężystości.
Do obrabiarek niekonwencjonalnych i specjalnych należą:
- Elektrodrążarka: wykorzystuje wyładowania elektryczne, które topią cząstki materiału. Może być wgłębna (z elektrodą) lub drutowa (z drutem przewodzącym). Detale zanurza się w cieczy nieprzewodzącej.
- Cięcie łukiem plazmowym: wykorzystuje strumień gazu o wysokiej temperaturze i pod dużym ciśnieniem do cięcia materiału.
- Laser: obróbka laserowa pozwala ciąć materiał poprzez jego odparowanie w wysokiej temperaturze.
- Obróbka ultradźwiękowa: wykorzystuje drgania o częstotliwości ultradźwiękowej oraz materiały ścierne i wodę do obróbki przez tarcie.