Jak wybrać obrabiarkę CNC?y

Wybór obrabiarki CNC powinien zaczynać się nie od liczby osi, mocy wrzeciona czy masy maszyny, ale od dwóch podstawowych pytań:

co maszyna ma produkować i jaki budżet można racjonalnie przeznaczyć na tę produkcję?

Po ponad 20 latach projektowania, budowania i dobierania maszyn CNC spotkałem się z wieloma sytuacjami, w których klient dysponował dużym budżetem i z góry zakładał, że powinien kupić najbardziej rozbudowaną maszynę.

Najczęstszy tok myślenia wyglądał tak:

„Kupuję maszynę 5-osiową, więc kupuję najlepszą i będę miał spokój na przyszłość.”

Problem polega na tym, że maszyna najbardziej rozbudowana nie zawsze jest najbardziej wydajna.

W wielu zastosowaniach dobrze skonfigurowana obrabiarka 3- lub 4-osiowa może wykonać produkcję szybciej, taniej i przy prostszej obsłudze niż znacznie droższa obrabiarka pięcioosiowa.

Dlaczego maszyna 5-osiowa nie zawsze jest najlepszym wyborem?

Każda kolejna oś daje maszynie dodatkowy stopień swobody, ale jednocześnie wprowadza następny zespół mechaniczny, napęd, łożyskowanie, układ pomiarowy i kolejne miejsce, w którym mogą występować niewielkie odkształcenia lub błędy pozycjonowania.

W typowej obrabiarce portalowej mamy kolejne układy:

Y → X → Z

W układzie pięcioosiowym dochodzą następne osie:

Y → X → Z → A → B

Narzędzie znajduje się więc znacznie dalej od podstawowego punktu podparcia konstrukcji.

Nie oznacza to, że maszyna pięcioosiowa jest konstrukcyjnie zła. Oznacza natomiast, że jej projektowanie jest znacznie trudniejsze, a uzyskanie takiej samej sztywności na końcu narzędzia jak w prostej konstrukcji trzyosiowej wymaga bardzo dobrego rozwiązania mechanicznego.

To jeden z powodów, dla których przemysłowe maszyny 5D są zwykle znacznie droższe.

Masa maszyny to nie wszystko

Producenci często zwiększają masę konstrukcji, aby ograniczyć jej podatność na krótkotrwałe odkształcenia i drgania.

Ma to sens, ale również swoją cenę.

Duża masa:

• poprawia stabilność,
• zwiększa bezwładność,
• może pomagać podczas ciężkiego skrawania,

ale równocześnie:

• utrudnia szybkie przyspieszanie,
• zwiększa energię potrzebną do rozpędzania osi,
• wydłuża zmianę kierunku ruchu,
• może ograniczać dynamikę maszyny.

Dlatego cięższa maszyna nie zawsze oznacza szybszą maszynę.

W obróbce stali duża masa i sztywność bywają ogromną zaletą. Przy dynamicznej obróbce aluminium, tworzyw czy drewna sytuacja może wyglądać zupełnie inaczej.

Rzeczywista dokładność powstaje z wielu małych błędów

Potencjalny nabywca zwykle widzi w katalogu jedną wartość dokładności maszyny.

W rzeczywistości geometria obrabiarki jest wynikiem współpracy wielu elementów.

Dobrym przykładem są portalowe maszyny z dwoma napędami osi Y.

W dokumentacji serwisowej PLOT Electronics przewidziano osobną procedurę synchronizacji Y i Y1, ponieważ tolerancje przekładni planetarnych i elementów mechanicznych mogą powodować niewielkie różnice drogi dwóch stron bramy. Korekcja wykonywana jest pomiarowo i programowo w parametrach jednego z serwonapędów.

Jeszcze dalej idzie kompensacja osi X i Y. Pomiar może być wykonywany w wielu punktach całej długości osi, a wartości korekcyjne są następnie wprowadzane do układu sterowania. Dokumentacja wskazuje nawet, że zmniejszenie odstępu między punktami pomiarowymi zwiększa dokładność samej kompensacji.

Dlatego dwie maszyny wyglądające podobnie na zdjęciu mogą zachowywać się podczas pracy zupełnie inaczej.

Czas wykonania detalu nie zawsze pozwala porównać maszyny

Klienci często pytają:

„Ile minut będzie wykonywany ten detal?”

To dobre pytanie, ale tylko pod warunkiem, że wiemy, co właściwie porównujemy.

Przy obróbce stali można stosunkowo dobrze zestawiać dwie maszyny, jeśli:

• obrabiają ten sam materiał,
• wykonują identyczny detal,
• pracują tym samym narzędziem,
• korzystają z tej samej strategii CAM.

Wtedy bardzo szybko wychodzi, która konstrukcja może pracować większą głębokością skrawania i większym obciążeniem narzędzia bez wzbudzania drgań.

Przy aluminium, drewnie czy tworzywach wynik w znacznie większym stopniu zależy również od dynamiki.

Nie patrz tylko na czas. Sprawdź żywotność narzędzia

To jeden z parametrów najczęściej pomijanych podczas zakupu maszyny.

W swojej praktyce spotykałem sytuacje, w których tym samym typem narzędzia można było na jednej konfiguracji obrobić kilkanaście czy kilkadziesiąt płyt, podczas gdy w innych warunkach narzędzie zużywało się po kilku.

Dla klienta oznacza to ogromną różnicę w:

• koszcie narzędzi,
• liczbie przestojów,
• jakości krawędzi,
• powtarzalności procesu,
• realnym koszcie jednej wyprodukowanej części.

Maszyna może więc wygrać test „na czas”, a mimo tego być droższa w produkcji.

3, 4 czy 5 osi?

W uproszczeniu:

3 osie są najlepszym wyborem, gdy większość pracy można wykonać od góry i liczy się wysoka wydajność, prostota i sztywność.

4 osie mają sens, kiedy dodatkowa oś rzeczywiście eliminuje przekładanie elementu, pozwala obrabiać jego boki lub obsługiwać narzędzia kierunkowe.

5 osi warto kupić wtedy, gdy geometria produkowanych elementów naprawdę wymaga ciągłej zmiany orientacji narzędzia lub dostęp do powierzchni byłby niemożliwy bez dodatkowych osi.

Nie powinno się kupować pięciu osi wyłącznie dlatego, że budżet na to pozwala.

Dobrym przykładem możliwości rozbudowy jest Sentinel N. W dokumentacji maszyna występuje jako konstrukcja trzyosiowa, a dodatkowa oś C, agregaty kątowe, czwarta oś oraz możliwość doposażenia do układu pięcioosiowego znajdują się w wyposażeniu opcjonalnym.

To jest właśnie podejście, które uważam za rozsądne:

najpierw kupić maszynę dobraną do obecnej produkcji, a możliwość rozbudowy traktować jako zabezpieczenie przyszłych potrzeb.

Najdroższa maszyna nie musi przynosić największego zysku

Przy zakupie maszyny CNC warto więc analizować nie tylko cenę zakupu, lecz:

• wydajność dla rzeczywistych detali,
• sztywność konstrukcji,
• dynamikę,
• żywotność narzędzi,
• łatwość obsługi,
• koszty serwisu,
• koszty przeglądów,
• czas przygotowania programu,
• ryzyko kolizji,
• możliwość późniejszej rozbudowy.

Ostatecznie maszyna ma zarabiać, a nie imponować liczbą osi.