Technologie obróbcze: jak zmieniają się obrabiarki?

Postęp technologiczny, związany m.in. z powstawaniem nowych materiałów, wymusza na producentach obrabiarek ciągłe udoskonalanie oferowanych na rynku maszyn. Ich głównym zadaniem jest nadążanie za zmianami i tworzenie rozwiązań, spełniających zwiększające się wymagania odbiorców. Jedno jest pewne: producenci obrabiarek z całą pewnością nie powiedzieli w tym względzie ostatniego słowa.

Obrabiarki zawsze związane były z najbardziej zaawansowanymi technologiami, wdrażanymi w przemyśle – w tym również cyfrowymi. Jak wskazuje raport World Bank Group „Mapa Drogowa Rozwoju Rynków i Technologii: Precyzyjna Obróbka Materiałów w Polsce (Business and Technology Roadmap)”, określający obrabiarki jako ‘maszyny matki’, które umożliwiają produkcję wszystkich innych maszyn, w tym samych siebie: wprowadzanie kolejnych maszyn CNC miało bezpośredni wpływ na redukcję zakresu ludzkiej interakcji, która wymagana była na różnych etapach procesu obróbki. Jednocześnie zlikwidowały one potrzebę manualnego wykonywania skomplikowanych obliczeń matematycznych, niezbędnych wcześniej do produkcji kształtów o dużej złożoności i dokładności.

Kolejnym etapem rozwoju stało się wprowadzenie komputerowego wspomagania projektowania (computer-aided design, CAD), a także oprogramowania komputerowego wspomagania produkcji (computer-aided manufacturing, CAM). Pozwoliły one m.in. na maksymalne skrócenie czasu pomiędzy fazą projektu a fazą produkcyjnej realizacji. Następnie w pełni zautomatyzowano pracę obrabiarek przy jednoczesnym zwiększaniu ich funkcjonalności. W ten sposób kontrolowane przez komputery maszyny stały się centrami obróbczymi, realizującymi pracę kolejnych etapów linii technologicznych. Ma to o tyle znaczenie, że w związku z rozwojem Przemysłu 4.0, którego podstawą jest łączenie procesu produkcyjnego z możliwościami, jakie dają najbardziej zaawansowane obecnie mobilne technologie (dotyczące m.in. przechowywania danych w chmurze) – proces produkcyjny stać się ma jedną, w pełni zautomatyzowaną i kontrolowaną całością. Nie może więc dziwić fakt, że rola i działanie obrabiarek również podlega kolejnym modyfikacjom.

Twardość i precyzja
Niezwykle istotnym elementem, nie tylko z perspektywy konstruktorów nowych maszyn jest to, jakie zadania ma spełniać, jakie powinna mieć możliwości działania oraz to, jakie powinna posiadać parametry techniczne obrabiarka na miarę XXI wieku. Jednym z wyzwań, które przed nimi stoją jest praca na kolejnych, pojawiających się na rynku, materiałach. Często charakteryzują się one nie tylko odmiennymi od wcześniej znanych materiałów właściwościami, ale również większą twardością. Wśród nich znajdują się m.in. nowe stopy metali, materiały ceramiczne, a także kompozyty. Warto wskazać na fakt, że w przypadku tych ostatnich wiercenie i obróbka detali za pomocą lasera jest w tej chwili rozwiązaniem standardowym.

O tym, w jakim kierunki zmierzać będzie rozwój technologii obróbczych, uwagę zwracają prof. dr inż Jerzy Jędrzejewski i dr inż. Wojciech Kwaśny z Politechniki Wrocławskiej w artykule „Discussion of machine tool intelligence, based on selected concepts and research”, opublikowanym w “Journal of machine engineering”. Stwierdzają oni, że podstawowym celem rozwoju technologii obróbczych jest osiągniecie jak najwyższej wydajności skrawania (zarówno w kontekście jakości, jak i ilości wykonywanych zadań), przy jednoczesnym zoptymalizowaniu kosztów produkcji i eksploatacji maszyn. W związku z tym nowe urządzenia powinny charakteryzować się jak najwyższą sprawnością, wysoką dynamiką ruchów narzędzi obróbczych wzdłuż osi, a także wielozadaniowością. Duże znaczenie ma także możliwość łatwego konfigurowania pracy obrabiarki, oraz niskie zużycie energii w trakcie intensywnej pracy urządzenia, związanej w wykonywaniem wielu zadań w tym samym czasie. Dochodzi do tego jeszcze jeden bardzo istotny czynnik, dotyczący bezpieczeństwa pracy. W tym przypadku podstawowego znaczenia nabiera nabycie przez maszynę umiejętności nie tylko bezawaryjnej pracy, ale przede wszystkim zapobiegania usterkom i unikania problemów, w trakcie wykonywania wielu różnorodnych zadań podczas procesu produkcji.

Coraz większego znaczenia nabiera w związku z tym tworzenie inteligentnych maszyn, które są w stanie nie tylko precyzyjnie wykonywać wiele zadań jednocześnie, ale także umożliwiają unikanie awarii, a nawet potrafią samo-naprawiać się w trakcie pracy. Mają one również być w stanie zmieniać swoją konfigurację w celu poprawy precyzji obróbki, dostosowywać intensywność pracy narzędzia skrawającego do aktualnych potrzeb wytwórczych, redukować zbędne przestoje podczas wykonywania poszczególnych części procesu, czy też kontrolować zakłócenia w czasie rzeczywistym. Tak, by nie tylko je wychwytywać, ale przede wszystkim skutecznie eliminować.

Jak widać technologie, za pomocą których działają (lub też mają działać) obrabiarki zmierzają do tego, by maszyny stały się jak najbardziej autonomiczne i samodzielne. Szczególnie kwestia eliminacji błędów w czasie pracy wymaga wnioskowania i analizy, związanej z przetwarzaniem dużej ilości danych. Stąd też ciągłe zwiększenie znaczenia technologii cyfrowych zarówno w pracy obrabiarek, jak i całego procesu produkcyjnego. Pozwalają one na znaczne usprawnienie systemu komunikacji na linii obrabiarka-środowisko pracy. Dzięki temu maszyny mogą charakteryzować się maksymalną wydajnością, bezawaryjnością oraz trwałością. Wszystkie te elementy mają bezpośredni wpływ na efektywność ekonomiczną produkcji.

Co na to przemysł?
Wśród wyzwań, które stawiane są przed współczesnymi maszynami, znajduje się obrabianie nowych materiałów. W związku z tym ci producenci, którzy jako pierwsi znajdują rozwiązania tworzenia z nich detali, mają duże szanse na sukces. Jednym z tego przykładów jest nowa obrabiarka do kompozytów węglowych, która została zaprezentowana w ostatnich tygodniach przez Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC) w Sheffield. Zgodnie z informacjami angielskiego pisma The Engineer, stało się to za sprawą współpracy z firmą Exechon, która tworzy obrabiarki o kinematyce równoległej. Ze względu na modułowość konstrukcji nowej maszyny, jest ona lekka i łatwo-przemieszczalna. W pierwszej kolejności znajdzie ona swoje zastosowanie w przemyśle lotniczym, a następnie w kolejnych branżach przemysłu.

Polski producent POWER-TECH, specjalizujący się w produkcji wycinarek laserowych, wyposażył w ostatnim czasie swoje maszyny marki Eagle w autorską głowicę tnącą eVa. Jest to jedyna głowica tnąca na rynku, która pozwala na pracę wycinarki laserowej Fiber z mocą 12kW. Nie posiada ona elementów ruchomych w drodze wiązki lasera. Pomimo tego głowica nadal zapewnia zmianę średnicy skupienia i kąta padania wiązki na materiał. Dodatkowo ma ona stosunkowo prostą konstrukcję. – Laser o mocy 12kW przysporzył nam dużego rozgłosu i już pierwsze firmy są nim zainteresowane, zarówno w kraju, jak i za granicą. Przedsiębiorcy chcą być konkurencyjni i widzą w 12kW szansę na rozwój. Inwestują więc w najszybsze i najwydajniejsze rozwiązania, dostępne na rynku – mówi Marcin Ejma, szef firmy POWER–TECH.

Ważnym składnikiem rozwoju technologii obróbczych jest druk 3D. Poznański producent OMNI3D jest twórcą m.in. Factory 2.0 Production System, służącego do druku przestrzennego w technologii FFF (ang. Fused Filament Fabrication). Sprawdza się ona w produkcji części zamiennych do maszyn i linii produkcyjnych, produkcji narzędzi i oprzyrządowania, procesie wytwarzania funkcjonalnych prototypów oraz w produkcji nisko-seryjnej i personalizowanej. – Nasza drukarka 3D otrzymuje pozytywny feedback od klientów, którzy już niemal od roku używają jej na co dzień. Ta przemysłowa drukarka 3D posiada dwie najważniejsze cechy – druk części o najwyższej jakości i precyzji, przy zachowaniu niskich kosztów utrzymania sprzętu – stwierdza Marek Starow, Key Account Manager w OMNI3D.

O tym, że tego typu oferta jest pożądana na rynku świadczy fakt, że Spółka podpisała umowy z kolejnymi, sześcioma parterami zagranicznymi, dotyczące sprzedaży OMNI3D. Jak dotąd są one dostępne w Polsce, Irlandii, Wielkiej Brytanii, Francji, Szwajcarii, Hiszpanii, Czechach, na Słowacji, na Węgrzech, w Rosji, w Indiach oraz w Australii i Nowej Zelandii.

Druk 3D ma duże szanse na zdobywanie kolejnych obszarów rynku w najbliższych latach. Tym bardziej, że jak wynika z raportu „Global Machine Tools Market 2016-2020”, opublikowanego przez Research and Markets, do 2020 roku branża obrabiarek będzie rosnąć co roku w wysokości 6,55%. Jednocześnie rozwój druku 3D, ze względu na zmniejszenie zużycia materiału w zakresie od 30% do 70% w porównaniu do dotychczasowych technik, produkcji będzie miał w tym zakresie spory udział. Z pewnością, również w tej dziedzinie pojawią się na rynku kolejne, nowatorskie rozwiązania, a przemysł, związany z ‘maszynami, które umożliwiają produkcję wszystkich innych maszyn’, jeszcze wielokrotnie zoptymalizuje procesy obróbcze. Pytanie brzmi: jakie wymagania zostaną wtedy przed nimi postawione?