Kurs CNC: Czym kierować się podczas jego wyboru?
Poradnik, część IV: Obrabiarka szkoleniowa, czy przemysłowa?

Porównanie rozmiarów maszyn CNC: szkoleniowej opartej o sterowanie Mach3 (z lewej)
i przemysłowej opartej na sterowniku Siemens Sinumerik 840D(z prawej).

W tej części poradnika zajmiemy się dwiema grupami obrabiarek, na których szkolą się kursanci w Polsce i na świecie. Artykuł dotyka istotnej kwestii.
Czy z punktu widzenia uczestnika kursu CNC podjęcie szkolenia na obrabiarce typowo szkoleniowej jest trafnym wyborem? Czy może warto szkolić się od razu na maszynie przemysłowej? Tak jak w poprzednich artykułach, także w tym przedstawimy fakty, na podstawie których będziecie mogli wyrobić sobie swoje własne zdanie.

Obrabiarki szkoleniowe, czyli jakie?

Do czego zostały stworzone?

Mając na myśli obrabiarkę szkoleniową mówimy o tokarce lub frezarce CNC, która już w zamierzeniu konstruktorów miała służyć wyłącznie do celów szkoleniowych. Projektując takie maszyny nie bierze się pod uwagę żadnych innych, bardziej wymagających zastosowań. Z tego powodu obrabiarki szkoleniowe nie posiadają konstrukcji na tyle sztywnej, by z sensownymi parametrami obrabiać materiały takie jak nawet najniższej twardości stal. Możliwa jest obróbka metali kolorowych (np. aluminium), jednak w sposób nieobciążający maszyny tj. na bardzo niskiej głębokości (np. grawerowanie).

Mocne i słabe strony maszyn szkoleniowych

Powyższe wynika przede wszystkim ze słabej sztywności konstrukcji, ale i z niskiej mocy serwonapędów poruszających osiami (maksymalna siła to przeważnie około 1 Nm) i wrzeciona (około 1kW w przypadku maszyn szkoleniowych). W praktyce, podczas kursów CNC przeprowadzanych
z wykorzystaniem obrabiarek szkoleniowych kursanci ćwiczą obróbkę na np. drewnie lub płytach modelarskich. Niewątpliwie chroni to obrabiarki przed nadmiernym zużyciem, pozwala na ukazanie kształtu po obróbce i jest stosunkowo bezpieczne w przypadku kolizji narzędzia z materiałem.

Takie ćwiczenia nie oddają jednak realiów pracy z materiałami twardszymi takimi jak np. stal. Dodatkowym atutem takich obrabiarek jest niski koszt naprawy maszyny, która podczas zajęć ulegnie zniszczeniu np. podczas kolizji. Jest to jednak zaleta istotna w większej mierze dla firm szkoleniowych, a nie dla samego kursanta.

Zrzut z ekranu monitora z programem Mach3 wykorzystywanym
do obsługi obrabiarek szkoleniowych

Precyzja

Od małych maszyn CNC nie jest również wymagana duża precyzja – najczęściej powtarzalność wymiarów oscyluje w granicach 0,1 – 0,5 mm lub więcej. Stosowane są tańsze w produkcji prowadnice ślizgowe, które w stosunku do prowadnic tocznych generują spore siły tarcia. To wszystko sprawia, że nie jest możliwe nauczenie kursantów, w jaki sposób dokonywać korekt narzędzi i wyprowadzać wymiary w wyższych klasach tolerancji. Są to operacje, które wykonuje się podczas pracy w przemyśle na porządku dziennym, często wielokrotnie.

Możliwości obróbkowe

Istotną kwestią pozostają również narzędzia jakimi można posługiwać się podczas pracy z maszynami szkoleniowymi. Ze względu na wymienione wyżej słabości konstrukcji nie jest możliwe stosowanie narzędzi, które zbyt mocno obciążyłyby wrzeciono. Co za tym idzie – kursanci mają zwykle do wyboru frezy o małych średnicach np. ⌀3, ⌀6. Nie ma możliwości sprawdzenia w jaki sposób obrabiać duże powierzchnie materiału np. głowicami, gdyż jest to narzędzie zbyt wymagające pod względem mocy obrabiarki.

System sterowania

System sterowania jaki głównie wykorzystywany jest w obrabiarkach szkoleniowych CNC to Mach3. Jest to oprogramowanie, które instalowane jest na komputerze PC. Z obrabiarką komunikuje się poprzez port drukarki LPT. Program Mach3 został pierwotnie stworzony dla osób, które budują małe obrabiarki w warunkach domowych (tzw. DIY) mające służyć do celów hobbystycznych. Ze względu na niską cenę, prostotę obsługi i niskie wymagania sprzętowe (wystarczy zwykły PC) jest również używany przez część firm szkoleniowych. Niestety oprogramowania Mach3 zupełnie nie stosuje się w przemyśle. Mach3 działa jednak w oparciu o G-kody, dzięki czemu możemy przyswoić podstawowe zasady programowania maszyn CNC w tym języku.

Wśród obrabiarek szkoleniowych zdarzają się również maszyny z pełnowymiarowymi panelami sterowników przemysłowych (np. Siemens Sinumerik lub Heidenhain). Przy wszystkich wadach wymienionych wcześniej w przypadku maszyn opartych na Mach3, zaletą takiego rozwiązania jest możliwość nauki obsługi i programowania sterowników stosowanych w przemyśle.

Na koniec pozostawiliśmy czynnik psychologiczny – wymiary obrabiarki i jej cena. W porównaniu z maszynami przemysłowymi, praca z maszynami szkoleniowymi przypomina bardziej pracę z drukarką. Może to spowodować u kursantów zbyt lekkie podejście do konsekwencji jakie niosą za sobą np. kolizje lub nieostrożne, zagrażające życiu i zdrowiu obchodzenie się z maszyną.

Obrabiarki przemysłowe – charakterystyka

Przeznaczenie

Obrabiarkom stosowanym w profesjonalnej obróbce stawiane są wysokie wymagania.  Użytkowanie ich w założeniu powinno odbywać się z jak najmniejszą liczbą przestojów, dlatego obrabiarki przemysłowe muszą posiadać solidne i niezawodne konstrukcje. Tak jest w przypadku renomowanych firm produkujących centra obróbcze CNC, których obrabiarki kosztują naprawdę sporo.

Obrabiarki CNC do zastosowań profesjonalnych od swych początków były projektowane po to, by mogły poradzić sobie z materiałami trudnymi w obróbce. Stąd wynika stosowanie w nich wrzecion oraz napędów osi o wysokich mocach. Osprzęt o wysokich parametrach nie mógłby wykorzystywać swoich możliwości bez sztywnej, solidnej konstrukcji obrabiarki. Znaczenie ma również sposób, w jaki osie obrabiarki przemieszczają się. W maszynach przemysłowych stosowane są prowadnice toczne, które dzięki swej konstrukcji zapewniają niskie siły tarcia podczas przejazdów poszczególnych osi. Zwiększa to dokładność z jaką przebiega obróbka, gdyż serwonapędy nie muszą pokonywać dodatkowego oporu w postaci dużej siły tarcia. Ruchy w osiach są płynniejsze i bardziej precyzyjne. Dzięki prowadnicom tocznym i sztywnej konstrukcji obrabiarki możliwa jest również obróbka ciężkich detali (maksymalne obciążenie stołu dla np. DMG Mori EcoMill 600V wynosi 600 kg).

Precyzja

Od przemysłowych centrów obróbczych oczekuje się także bardzo wysokiej precyzji tzw. pozycjonowania (najazdów w osiach) oraz maksymalnie wysokiej powtarzalności obróbki pod względem uzyskiwanych wymiarów. Wymagana jest też stosunkowo wysoka odporność tych maszyn na zmieniające się warunki temperaturowe, dlatego obrabiarki przemysłowe wyposażane są w czujniki temperatury, które przekazują dane do jednostki centralnej. Ta z kolei dokonuje odpowiednich operacji na uzyskiwanych danych i kompensuje wzrosty i spadki temperatury otoczenia. Dzięki takiemu rozwiązaniu precyzja centrów obróbczych jest jeszcze wyższa.

Multi-zadaniowość

Trzeba również zwrócić uwagę na swego rodzaju wielozadaniowość maszyn przemysłowych, które dzięki tej właściwości nazywane są często centrami obróbczymi. W ich przypadku mowa jest nie tylko o samym procesie obróbki, ale i wszystkich dodatkowych możliwościach tj.:
– szybka wymiana narzędzi dzięki magazynowi,
– sonda dotykowa pozwalająca na dokonywanie pomiarów i korekt,
– transportery wiórów usprawniające proces czyszczenia obrabiarki,
– chłodzenie przez wrzeciono pod wysokim ciśnieniem,
– chłodzenie powietrzem (zewnętrzne i wewnętrzne),
– łapki do detali (w tokarkach),
– podajniki pręta (w tokarkach).
Wszystkie powyższe funkcje dodatkowe usprawniają i przyspieszają tym samym pracę z obrabiarką.

Pulpity sterownicze systemów sterowania Heidenhain i Sinumerik
dedykowane dla obrabiarek przemysłowych.

Strach ma wielkie oczy

Maszyny przemysłowe z racji swojej wysokiej wartości i sporych gabarytów powodują często u kursantów przysłowiowe „szybsze bicie serca”. Szczególnie widoczne jest to w momencie gdy mają z nimi bezpośredni kontakt np. podczas ćwiczeń w ustawianiu bazy detalu. Buduje to w adeptach obróbki CNC poczucie odpowiedzialności i ostrożności, co z kolei sprzyja bezpieczeństwu na ich przyszłym stanowisku pracy. Obcowanie z maszynami przemysłowymi już na etapie szkolenia redukuje też szok, którego kursant mógłby doświadczyć, gdyby z małej, 200-kilogramowej obrabiarki szkoleniowej musiał przejść bezpośrednio na kilkutonowe przemysłowe centrum obróbcze.

Podsumowanie

Przeanalizowaliśmy główne (choć nie wszystkie) kwestie, w jakich konstrukcje obrabiarek szkoleniowych znacząco odbiegają od przemysłowych centrów obróbczych CNC. Pod względem efektywności szkolenia i odwzorowania warunków pracy jakie panują na stanowisku operatora i operatora programisty CNC przemysłowe centra obróbcze pozostają niezastąpione. Możliwość obróbki metali, oswajanie się ze sporymi gabarytami maszyn, praca z przemysłowymi systemami sterowania i uświadomienie kluczowych elementów dotyczących bezpieczeństwa pracy w przemyśle to tylko niektóre z zalet takiego rozwiązania.
Na etapie wyboru kursu CNC warto uświadomić sobie z jakimi obrabiarkami będziemy mieli do czynienia w przyszłej pracy i przeglądać oferty szkoleń m.in. pod tym kątem.

Tabela z zestawieniem różnic

Na koniec zestawienie różnic w charakterystyce maszyn CNC, które znajduje się w poniższej tabeli: