Jak ograniczyć wibracje maszyny CNC

Sterowane komputerowo obrabiarki są obecnie powszechnie wykorzystywane w wielu dziedzinach przemysłu i znakomicie sprawdzają się w produkcji wysokiej jakości detali. Cenione są między innymi za wydajność i precyzję, a także za to, że w wielu przypadkach umożliwiają bezresztkową realizację zadań. Atutem w przypadku maszyn CNC jest również ograniczona do minimum rola operatora, co eliminuje z procesu technologicznego czynnik ludzki – dotychczas najczęstsze źródło błędów podczas wiercenia, frezowania czy też toczenia. Zdarza się jednak, że mimo przestrzegania wytycznych dotyczących sposobu przygotowania projektu oraz prawidłowego skonfigurowania obrabiarki uzyskany produkt nie jest zgodny z oczekiwaniami, na powierzchni wyrobu widoczne są charakterystyczne faliste ślady czy znaczniki, a jego parametry różnią się od tych określonych w dokumentacji technicznej. Ponadto zauważalne jest szybsze zużywanie się narzędzia, co z biegiem czasu również staje się problematyczne i może skutkować wyższymi kosztami realizacji, jeżeli element roboczy ulegnie zniszczeniu w trakcie pracy.

Jaka może być tego przyczyna?

Choć brzmi to nieco prozaicznie, to najczęściej za tego typu problemy odpowiadają wibracje – zjawisko pojawiające się w trakcie pracy każdego urządzenia skrawającego i widoczne, a także słyszalne między innymi w momencie przesuwania się narzędzia względem obrabianego elementu. Jest to w pewnym sensie naturalny efekt pracy maszyny, jednak drgania mechaniczne negatywnie wpływają na stabilność procesu obróbki CNC i z tego powodu są po prostu niepożądane, dlatego w każdym zakładzie produkcyjnym priorytetem jest dążenie do ich zredukowania do minimum.

Wibracje podczas pracy maszyny CNC – czym są spowodowane?

Przyczyn występowania wibracji może być wiele i dzieli się je na zewnętrze, pojawiające się na przykład pod wpływem działania innego źródła drgań na obrabiarkę oraz wewnętrzne, będące rezultatem wzajemnego oddziaływania na siebie poszczególnych elementów układu. Niekiedy zdarza się, że operator niemal natychmiast jest w stanie ustalić źródło oscylacji, jednak bywa też tak, że mimo starannego przyjrzenia się działaniu maszyny CNC problem pozostaje trudny lub wręcz niemożliwy do namierzenia. Zasadniczo w tym obszarze występują trzy rodzaje wibracji – swobodne, wymuszone oraz samowzbudne, przy czym w obróbce skrawaniem na maszynach CNC najpowszechniejsze są te ostatnie, czyli oscylacje samowzbudne. Generalnie typów drgań występujących w trakcie pracy maszyn sterowanych komputerowo jest sporo, a problematyka tego zagadnienia zyskuje coraz bardziej na znaczeniu w kontekście współczesnych tendencji w obróbce skrawaniem, czyli dążenia do uzyskania jak największych prędkości oraz maksymalnej wydajności.

W jaki sposób poradzić sobie z wibracjami podczas obróbki CNC?

To pytanie z pewnością zadaje sobie każdy operator sterowanej komputerowo tokarki czy frezarki, jednak ze względu na złożoność procesu technologicznego jakim jest obróbka CNC oraz różnorodność źródeł drgań, podanie jednego słusznego przepisu na ich zredukowanie lub wyeliminowanie jest właściwie niemożliwe. Ważne jest przede wszystkim to, aby relatywnie szybko wyłapać problem, regularnie kontrolując postępy pracy i stan wrzeciona oraz zwracając uwagę przede wszystkim na anomalie dźwiękowe pojawiające się w trakcie obróbki.

Wśród najpowszechniej wymienianych sposobów pozwalających na zminimalizowanie wpływu drgań na stabilność procesu obróbki wymienia się przede wszystkim:

• ustawienie maszyny w odpowiednim miejscu, na równej i twardej posadzce wykonanej z betonu, z uważnym wyregulowaniem nóżek oraz zastosowaniem wibroizolatorów, co zapobiegnie powstawaniu wibracji powodowanych przez naprężenia wynikające z nierównomiernego rozłożenia ciężaru urządzenia na podłożu,
• sprawdzenie stabilności poszczególnych elementów pola roboczego, w szczególności uchwytu, stołu czy imadła, których zadaniem jest utrzymanie obrabianego elementu w miejscu – jakiekolwiek luzy w tym obszarze mogą bowiem przyczynić się do powstawania drgań w momencie stykania się narzędzia z obrabianym surowcem,
• dobranie odpowiednich narzędzi skrawających, czyli dobrze wyważonych ostrzy o optymalnej geometrii wykonanych z wysokiej jakości materiałów, a także regularna ich wymiana podyktowana stopniem zużycia,
• a także dostosowanie ustawień maszyny, w szczególności poprzez regulację prędkości skrawania, wybór odpowiedniego kąta przyłożenia i tarcia czy też dopasowania optymalnej prędkości obrotowej oraz głębokości skrawania.

Pomocne w tłumieniu wibracji bywa też dodatkowe oprzyrządowanie czy też stosowanie wypełnień z tworzyw sztucznych lub wosku. Decydując się na konkretną strategię redukcji drgań warto również pamiętać o tym, że ich występowanie może być powiązane między innymi z typem surowca i jego plastycznością lub grubością obrabianych elementów. Nie bez znaczenia jest również to, z czego i w jaki sposób wykonana została maszyna CNC, dlatego warto inwestować w urządzenia od sprawdzonych producentów, którzy od lat dostarczają tego typu rozwiązania dla przemysłu. Błędy konstrukcyjne czy też kiepskiej jakości materiały użyte do budowy urządzenia będą bowiem skutkować zwiększoną oscylacją negatywnie wpływającą na stabilność procesu skrawania.

Wpływ stabilności procesu skrawania na obróbkę CNC

Nieustannie rosnące wymagania względem efektywności procesów technologicznych oraz jakości wyrobów produkowanych masowo sprawiają, że obecnie dąży się do maksymalnego wykorzystania możliwości maszyn CNC w przemyśle. Zważając na potencjał sterowanych komputerowo obrabiarek fakt ten nie jest zaskoczeniem, jednak ciągłe zwiększanie mocy, a tym samym prędkości pracy urządzeń generuje pewne problemy, przede wszystkim związane z pojawianiem się wibracji. Jak już wspomniano wcześniej, nadmierne drgania negatywnie wpływają na utrzymanie stabilności procesu skrawania, jego szybkości oraz precyzji. Powodują też powstawanie widocznych na powierzchni gotowego wyrobu odcisków i nierówności. Warto więc skupić się na opracowaniu własnej strategii pozwalającej na optymalne wykorzystanie potencjału maszyny CNC w zakładzie produkcyjnym – strategii, która jednocześnie umożliwi utrzymanie stabilności całego procesu technologicznego.