Toczenie i frezowanie wieloosiowe w stalowych prototypach: gdzie przebiega granica zastosowań

Producent układów napędowych potrzebuje stalowego prototypu wałka transmisyjnego o średnicy 50 mm i długości 200 mm w ciągu zaledwie 72 godzin. Zespół projektowy musi szybko ustalić, czy do wykonania detalu wystarczy standardowa tokarka numeryczna, czy geometria wymaga użycia centrum wieloosiowego. Często powodem takiej zmiany jest występowanie asymetrycznych rowków wpustowych lub głębokich podcięć. W środowisku produkcyjnym każda nadmiarowa operacja przekłada się na opóźnienia i wzrost kosztów. Różnice między tymi technologiami nie sprowadzają się wyłącznie do typu zastosowanego narzędzia. Dyktują one cały proces przygotowania produkcji, w tym skomplikowane programowanie ścieżek CAM. Właściwa ocena kształtu na wczesnym etapie pozwala dobrać metodę, która zminimalizuje ryzyko błędów wymiarowych i drastycznie skróci czas oczekiwania na pierwszą sztukę.

Geometria detalu i naturalne predyspozycje do toczenia

Projekty oparte na prostych kształtach osiowosymetrycznych kierują proces technologiczny bezpośrednio na tokarki. Tuleje, sworznie, kołnierze czy pierścienie to elementy, dla których ta metoda jest optymalna ze względu na specyficzną kinematykę cięcia. W tym układzie masywny detal obraca się z dużą prędkością w uchwycie wrzeciona. Narzędzie skrawające porusza się natomiast ruchem liniowym wzdłuż jego osi oraz w poprzek niej. Takie podejście pozwala na błyskawiczne zbieranie dużych naddatków materiału z twardych powierzchni. Ułatwia również wykonywanie głębokich otworów przelotowych.

Wymagana przez przemysł obróbka skrawaniem cnc traktuje procesy tokarskie i frezerskie jako powiązane filary tego samego środowiska wytwarzania. Kody sterujące i zasady bazowania detali są do siebie bardzo zbliżone. Ostateczne zastosowanie danej obrabiarki determinuje jednak sama mechanika ruchu. Klasyczne maszyny tokarskie sprawdzają się tam, gdzie nie występują żadne krzywizny odchodzące od głównej osi obrotu. W przypadku twardych stali węglowych i stopowych urządzenia te osiągają powtarzalną dokładność w klasach tolerancji IT7-IT8 oraz chropowatość powierzchni na poziomie Ra 0,8-1,6 µm. Kontrola nad rozkładem temperatury w strefie cięcia jest tu znacznie prostsza niż przy skomplikowanym frezowaniu. Utrzymanie stalowego bloku w jednych szczękach przez cały cykl pracy gwarantuje pełne zachowanie współosiowości przetaczanych średnic.

Przezbrojenia i praca w pięciu osiach dla złożonych prototypów

Sytuacja technologiczna zmienia się w momencie, gdy stalowy prototyp zawiera nieregularne podcięcia lub rowki o zmiennym skoku helisy. Problem pojawia się również przy płaskich powierzchniach zlokalizowanych pod nietypowymi kątami. Wtedy nieruchomy blok materiału musi zostać poddany ciągłemu działaniu szybko obracającego się frezu. W przypadku form wtryskowych lub łopatek wirników bryła wymaga płynnego prowadzenia narzędzia po skomplikowanych krzywych przestrzennych. Zaawansowane maszyny pięcioosiowe pozwalają na jednoczesną interpolację wszystkich napędów i szybką zmianę kąta natarcia. Rozwiązanie to umożliwia obróbkę bryły z pięciu różnych stron w jednym zamocowaniu układu. Z perspektywy czasu wykonania to właśnie liczba niezbędnych mocowań wpływa na termin oddania projektu najmocniej.

Każde wyciągnięcie ciężkiego detalu z komory roboczej i ponowne ułożenie go w imadle generuje przestoje maszyny. Nieuchronnie narusza to również pierwotną bazę pomiarową. Błędy pozycjonowania przy wielokrotnych przezbrojeniach mogą sumować się do odchyłek rzędu ±0,01 mm. Przy wąskich tolerancjach prototypu często kwalifikuje to część jako brak technologiczny. Wykorzystanie frezowania wieloosiowego redukuje czas potrzebny na operacje pomocnicze i ustawianie detalu o blisko 40 procent. Eliminuje jednocześnie konieczność kosztownego projektowania dodatkowych przyrządów chwytających. Zintegrowane systemy chłodzenia przez wrzeciono optymalizują dodatkowo odprowadzanie wiórów z głębokich kieszeni. W przypadku przejścia do średnich serii produkcyjnych stabilność takiego procesu gwarantuje ścisłą przewidywalność wymiarową.

Wybór właściwej ścieżki wytwarzania zawsze wynika z chłodnej analizy rysunku wykonawczego oraz presji czasu. Inżynierowie od razu odrzucają obrabiarki, które wymusiłyby sztuczne dzielenie pracy na kilka osobnych operacji. Firma Globmetal, przetwarzając w zakładzie w Sianowie 1000 ton stali miesięcznie, opiera produkcję na hali o powierzchni 8000 m² i rygorystycznych procedurach pomiarowych. Przewidywalność technologiczna ułatwia tam późniejsze łączenie elementów, na przykład poprzez w pełni zrobotyzowane spawanie. Spójność wymiarowa detali trafiających na stanowiska spawalnicze znacząco obniża końcowy wskaźnik błędów. Zastosowanie parku maszynowego opartego na rozwiązaniach DMG Mori oraz Trumpf ułatwia realizację prototypów w zakładane 72 godziny. Geometria każdego elementu trafia bowiem od razu na najbardziej odpowiedni stół roboczy. Niezależnie od wybranej metody cięcia nadrzędnym celem pozostaje zachowanie bezwzględnej powtarzalności części przy radykalnym skróceniu logistyki wewnątrz hali.