Na rysunku technicznym wszystko wygląda prosto. Średnica ma określoną wartość, otwór znajduje się dokładnie we wskazanym miejscu, a powierzchnia powinna mieć odpowiednią jakość. Wystarczy więc zaprogramować obrabiarkę CNC i uruchomić produkcję stu, tysiąca czy dziesięciu tysięcy takich samych części.
W teorii – tak. W praktyce jednym z największych wyzwań precyzyjnej obróbki skrawaniem nie jest wykonanie jednego doskonałego detalu. Znacznie trudniejsze jest wykonanie całej serii, w której pierwszy, pięćsetny i ostatni element będą spełniały te same wymagania.
Właśnie na tym polega powtarzalność produkcji CNC – cecha, której często nie widać gołym okiem, ale która ma ogromne znaczenie dla nowoczesnego przemysłu.
Jeden mikrometr to jedna tysięczna milimetra. Dla człowieka jest to wartość praktycznie niemożliwa do dostrzeżenia bez odpowiednich urządzeń pomiarowych. Dla producenta precyzyjnych komponentów różnica liczona w mikrometrach może jednak decydować o tym, czy część będzie prawidłowo współpracowała z pozostałymi elementami urządzenia.
Ma to szczególne znaczenie w przypadku komponentów wykorzystywanych w branży medycznej, elektronicznej czy w precyzyjnych mechanizmach przemysłowych.
Dlatego w produkcji CNC pytanie nie brzmi wyłącznie: „Czy możemy wykonać taki detal?". Równie ważne jest: „Czy możemy wykonywać go wielokrotnie, zachowując wymagane parametry?"
Nowoczesne obrabiarki CNC kojarzą się z niemal absolutną dokładnością. Są sterowane komputerowo i realizują wcześniej przygotowany program, ale nie oznacza to, że cały proces odbywa się w idealnie niezmiennych warunkach.
Podczas produkcji zmieniać się mogą między innymi temperatura maszyny, stan narzędzia skrawającego, właściwości obrabianego materiału czy warunki powstające w strefie skrawania.
Narzędzie, które wykonało pierwszy detal, po setkach kolejnych operacji może być już częściowo zużyte. Obrabiarka po kilku godzinach pracy znajduje się w innych warunkach cieplnych niż tuż po uruchomieniu. Nawet materiał pochodzący z różnych partii może wykazywać pewne różnice wpływające na sposób jego obróbki.
Zadaniem technologii CNC jest więc nie tylko precyzyjne sterowanie ruchem narzędzia, lecz także stworzenie procesu możliwie odpornego na tego rodzaju zmienne.
Jednym z najważniejszych czynników wpływających na powtarzalność jest zużycie narzędzia.
Podczas toczenia czy frezowania ostrze jest poddawane znacznym obciążeniom mechanicznym i cieplnym. Z czasem jego geometria ulega zmianie. Początkowo są to różnice bardzo niewielkie, jednak w produkcji precyzyjnej nawet one mogą zacząć wpływać na wymiar lub jakość powierzchni obrabianej części.
Dlatego istotne jest odpowiednie zarządzanie trwałością narzędzi. Nie powinno się czekać do chwili, gdy narzędzie całkowicie przestanie nadawać się do pracy. Jego stan musi być uwzględniany znacznie wcześniej, zanim zacznie powodować problemy jakościowe.
W seryjnej produkcji CNC liczy się zatem nie tylko szybkość obróbki. Równie ważna jest stabilność całego procesu.
Szczególnym wyzwaniem jest obróbka stali nierdzewnej, w której specjalizuje się TOKAR CNC Technology.
Materiał ceniony za odporność na korozję, trwałość i szerokie zastosowanie w wymagających branżach nie zawsze jest łatwym partnerem podczas skrawania. Niektóre gatunki stali nierdzewnej mają tendencję do umacniania się podczas obróbki, generowania dużej ilości ciepła czy tworzenia problematycznych wiórów.
Dlatego ogromne znaczenie mają odpowiednio dobrane narzędzia, geometria ostrza, prędkość skrawania, posuw oraz chłodzenie.
Źle dobrane parametry mogą skrócić żywotność narzędzia i utrudnić zachowanie stabilnych wymiarów. Dobrze zaplanowany proces pozwala natomiast wykorzystać zalety stali nierdzewnej i jednocześnie utrzymywać wysoką powtarzalność produkcji.
Częstym uproszczeniem jest myślenie o kontroli jakości jako o ostatnim etapie produkcji: część schodzi z maszyny, trafia do działu pomiarowego i dopiero wtedy okazuje się, czy została wykonana prawidłowo.
W nowoczesnej produkcji takie podejście byłoby niewystarczające.
Kontrola powinna obejmować cały proces – od weryfikacji materiału, poprzez kontrolę wykonywanych elementów, aż po pomiary gotowych części przed wysyłką. Dzięki temu można odpowiednio wcześnie zauważyć niepożądane zmiany i zareagować, zanim problem obejmie większą liczbę detali.
W TOKAR CNC Technology wykorzystywany jest m.in. optyczny system pomiarowy KEYENCE IM, pozwalający wykonywać setki pomiarów części z dokładnością ±2 μm. Takie rozwiązania znacząco przyspieszają kontrolę i pomagają ograniczyć wpływ błędu ludzkiego.
Wyobraźmy sobie serię 5000 niewielkich tulei. Kontrola pierwszego elementu wykazała, że wszystkie jego wymiary są prawidłowe. Czy oznacza to, że pozostałych 4999 części również będzie zgodnych z dokumentacją?
Niekoniecznie.
W trakcie produkcji może następować stopniowe zużywanie się narzędzia lub niewielka zmiana warunków obróbki. Pojedyncza część nadal może mieścić się w tolerancji, ale kolejne wyniki mogą coraz bardziej zbliżać się do jej granicy.
Dlatego wartościowa kontrola jakości nie sprowadza się jedynie do podziału na „dobry" i „zły" detal. Obserwowanie zmian zachodzących w procesie pozwala wcześniej zauważyć tendencję i podjąć działania, zanim pojawią się elementy niezgodne z wymaganiami.
Precyzja często kojarzy się przede wszystkim z jakością. Ma jednak również bardzo konkretny wymiar ekonomiczny.
Stabilny proces produkcyjny oznacza mniej braków, mniej poprawek, mniejsze zużycie materiału i ograniczenie ryzyka zatrzymania kolejnych etapów produkcji u klienta.
Jeżeli komponent jest częścią większego urządzenia, jego niewłaściwy wymiar może spowodować problem podczas montażu. W skrajnym przypadku jedna niewielka część może zatrzymać znacznie bardziej kosztowny proces.
Dlatego inwestowanie w powtarzalność nie jest jedynie dążeniem do technicznej perfekcji. To również sposób na zwiększenie przewidywalności produkcji i ograniczenie jej całkowitych kosztów.
Automatyzacja nie eliminuje znaczenia doświadczenia pracowników – zmienia natomiast charakter ich pracy.
Nowoczesna obrabiarka może z ogromną dokładnością powtarzać zaprogramowane ruchy, ale ktoś musi wcześniej opracować technologię, dobrać narzędzia i parametry skrawania, przygotować maszynę, obserwować proces oraz właściwie interpretować wyniki pomiarów.
Im bardziej wymagający detal, tym większego znaczenia nabiera połączenie możliwości maszyny z wiedzą technologa, operatora i pracownika kontroli jakości.
To właśnie dlatego w precyzyjnej obróbce CNC technologia i doświadczenie nie konkurują ze sobą. Najlepsze rezultaty pojawiają się wtedy, gdy wzajemnie się uzupełniają.
Efektowny, skomplikowany detal wykonany z dokładnością do mikrometrów może robić wrażenie. Z punktu widzenia przemysłu jeszcze większym osiągnięciem jest jednak możliwość wykonania tysięcy takich części przy zachowaniu stabilnych parametrów.
Nowoczesne centra tokarskie, automaty wzdłużne, odpowiednio dobrane narzędzia i zaawansowane systemy pomiarowe tworzą jeden organizm produkcyjny. Każdy z jego elementów ma znaczenie.
Dlatego precyzja w CNC nie oznacza wyłącznie odpowiedzi na pytanie, jak dokładnie można wykonać jeden detal. Prawdziwym sprawdzianem technologii jest to, jak dokładnie można wykonać go po raz tysięczny.
TOKAR CNC Technology Mateusz Maćków
