Lekcja z podstaw obsługi obrabiarek sterowanych numerycznie

Fot. Robert Adamik

Obrabiarki sterowane numerycznie CNC (ang. Computerized Numerical Control) to urządzenia, które można zaprogramować, aby precyzyjnie wycinały elementy z metalu, drewna oraz tworzyw sztucznych. Maszyny CNC wykonują dokładnie tę samą pracę przez długi czas w nieporównywalnie większym tempie i z większą precyzją niż przy pracy manualnej. Dlatego maszyny CNC są wykorzystywane w przemyśle, gdzie ważna jest produkcja identycznych części i elementów. Sercem obrabiarek sterowanych numerycznie jest zaawansowany komputer, który pozwala na dokładne rozplanowanie kolejnych etapów pracy. Cały proces nadzorowany jest przez operatora CNC.

Poniższy materiał stanowi niezbędne kompendium wiedzy dla osób rozpoczynających pracę operatora maszyny sterowanej numerycznie (CNC). Jest też swoistym scenariuszem zajęć z uczniami podejmujących się tego zadania.

Zasady BHP przy obsłudze maszyn sterowanych numerycznie

1. Do pracy na obrabiarce powinien być dopuszczony pracownik (uczeń) mający odpowiednie umiejętności.
2. Obrabiarka powinna być sprawna technicznie.
3. Osłony stałe lub ruchome powinny mieć niezawodne blokady uniemożliwiające ich przypadkowe otwarcie. Jeżeli istnieje możliwość pracy na obrabiarce z otwartą osłoną, to osłona powinna być wyposażona w urządzenie blokujące maszynę.
4. Urządzenia sterujące i inne zabezpieczenia powinny być zgodne z dokumentacją techniczno-ruchomą oraz oznakowane w wyraźny sposób.
5. Obrabiarka powinna być wyposażona w odpowiednie urządzenie ochronne osłaniające przestrzeń roboczą i chroniące przed odpryskami, odpryskującymi wiórami, płynami smarująco-chłodzącymi i mediami roboczymi.
6. Obrabiarka powinna być wyposażona w odpowiednie urządzenia zapobiegające zalaniu podłogi przez płyn smarująco-chłodzący.
7. Osłony stałe wystające poza obrys obrabiarki oraz osłony ruchome zmieniające swoje położenie podczas pracy obrabiarki powinny być oznakowane barwami i znakami bezpieczeństwa.
8. Lampy elektryczne przeznaczone do oświetlenia miejscowego na stanowisku pracy powinny być zasilane napięciem bezpiecznym, a natężenie tego oświetlenia powinno zapewniać widoczność pozwalającą na bezpieczne wykonywanie pracy.
9. Obrabiany przedmiot powinien być zamocowany w odpowiednim uchwycie lub imadle w sposób pewny.
10. Do pracy na obrabiarkach stosowane powinny być tylko narzędzia ostre i właściwe dla danej obrabiarki.
11. Ręczne pomiary powinny być wykonywane na zatrzymanej obrabiarce.
12. Obrabiarki powinny być wyposażone w urządzenia do usuwania powstałych wiórów.
13. Podczas naprawy, konserwacji i czyszczenia obrabiarka powinna być wyłączona z głównego wyłącznika.
14. Przed przystąpieniem do naprawy lub czyszczenia obrabiarki należy sprawdzić, czy jej napęd jest odłączony od zasilania i czy jest możliwe jej przypadkowe włączenie. W widocznych miejscach powinny być umieszczone czytelne tablice „Naprawa, nie uruchamiać”.
15. Operator powinien być ubrany w odzież roboczą ściśle przylegającą, dotyczy to przede wszystkim rękawów przy nadgarstkach obsługującego. Obsługujący powinien pracować z nakrytą głową i w obuwiu roboczym.

Pracownik (uczeń) przed przystąpieniem do pracy na obrabiarce do metali powinien:

1. zapoznać się z dokumentacją wykonawczą, instrukcją obsługi i tabliczką znamionową maszyny;
2. zaplanować kolejność wykonywania poszczególnych czynności;
3. przygotować odpowiednie urządzenia pomocnicze umożliwiające składowanie materiałów, półfabrykatów i odpadów;
4. przygotować materiał do obróbki, ustawiając go w sposób zapewniający maksymalne bezpieczeństwo i łatwość pobierania;
5. przygotować niezbędne pomoce warsztatowe, tj. przyrządy pomiarowe, narzędzia pracy, zmiotki, haczyki;
6. zastosować odpowiednie środki ochrony osobistej, np. okulary, maski, ochronniki słuchu, fartuchy skórzane;
7. sprawdzić stan techniczny obrabiarki, oświetlenie stanowiska, a w szczególności wizualny stan instalacji elektrycznych;
8. próbnie uruchomić obrabiarkę i sprawdzić jakość jej działania;
9. sprzątać stanowisko pracy po wykonaniu powierzonych zadań.

Fot. Robert Adamik

Do narzędzi pomiarowych zaliczamy:
– wzorce miary,
– przyrządy pomiarowe.

Przyrządy pomiarowe są wyposażone w przetworniki, które spełniają różne funkcje, np. przetwarzanie jednej wielkości w inną, powiększanie dokładności odczytu. Do przyrządów pomiarowych zaliczamy:
– przymiar kreskowy,
– przymiar taśmowy,
– szczelinomierz (składa się z 11–14 lub 20 płytek),
– promieniomierze,
– liniał krawędziowy (do sprawdzenia płaskości powierzchni),
– kątowniki,
– kątomierz,
– suwmiarka uniwersalna,
– wysokościomierz suwmiarkowy,
– mikrometr,
– średnicówka mikrometryczna,
– głębokościomierz mikrometryczny.

Normalizacja jest to opracowywanie i wprowadzanie w życie norm, ujednolicanie.

Jako format zasadniczy przyjmuje się A4 (210 × 297). Format A4 jest jedynym formatem stojącym, każdy kolejny format powstaje przez przemnożenie krótszego boku razy dwa, a dłuższy pozostaje bez zmian.
– A4 (210 × 297),
– A3 (297 × 420),
– A2 (420 × 594),
– A1 (594 × 840),
– A0 (841 × 1189).
Format zaopatrzony jest w ramkę rysunkową, gdzie w prawym dolnym rogu znajduje się tabliczka rysunkowa, która stanowi metryczkę rysunkową.

Tok postępowania przy wykonywaniu rysunku technicznego:

1. Czy figura jest symetryczna? Jeżeli tak, rysujemy wszystkie osie symetrii.
2. Czy figura jest obrotowa? Jeżeli tak, rysujemy połowę detalu względem osi.
3. Gabaryty linią grubą.
4. Wymiary grubościowe.
5. Wymiary średnicowe.
6. Promienie.
7. Sfazowania.
8. Inne oznaczenia rysunkowe.

Aby umieścić dany rzeczywisty detal na rysunku, używamy trzech typów podziałek:
1. zwiększające, np. 2:1, 5:1, 10:1, 20:1, 50:1,
2. naturalne, np. 1:1,
3. zmniejszające, np.1:2, 1:5, 1:10, 1:20, 1:50.

Uwaga!
Bardzo rzadko używamy podziałek niezalecanych (1:2,5; 1:7) przez wzgląd na specyfikę rysunku.

W procesie programowania mamy dwa rodzaje parametrów:

1. technologiczne – związane z przygotowaniem obrabiarek do pracy, tj. prędkość obrotowa. skrawania, wartości posuwu, natężenie chłodziwa wypływu;
2. geometryczne – związane z kształtem obrabianej powierzchni i z kątami na narzędziu; składnia programowa:
– jakim ruchem,
– do jakich współrzędnych,
– parametry i indeksy.

1. Suwmiarka
– typowy (podstawowy) przyrząd warsztatowy, który mierzy z trzema dokładnościami:
0,1 mm – na długości 9 mm naciętych jest 10 działek na noniuszu,
0,05 mm – na długości 19 mm naciętych jest 20 działek,
0,02 mm – na długości 49 mm naciętych jest 50 działek.
Suwmiarka zbudowana jest z:
– szczęki stałej,
– szczęki ruchomej
– wysuwki głębokościomierza,
– podziałki i noniusza.
Przeznaczona jest do mierzenia wymiarów wewnętrznych, zewnętrznych i głębokościowych.

2. Mikrometr – dokładniejszy przyrząd pomiarowy w porównaniu do suwmiarki, mierzy z dokładnością do 0,01 mm.
Zbudowany jest z:
– śruby mikrometrycznej,
– kabłąka,
– tulejki,
– bębenka,
– sprzęgiełka,
– zacisku,
– wrzeciona,
– kowadełka,
– nakładki termicznej.
Mikrometry są wykonane w typach szeregowych co 25 mm.

3. Pasametr – mierzymy nim z dokładnością do 0,001 mm.
Zbudowany tak samo jak mikrometr, lecz wzbogacony jest o czujnik zegarowy celem uzyskania wyższej dokładności.

Uwaga!
Przed przystąpieniem do pomiaru trzeba narzędzie pomiarowe wyzerować. Jeżeli to konieczne, należy użyć do tego celu płytek wzorcowych.

Ze względu na fizykę pomiaru wyróżniamy:

1. pomiary stykowe – element pomiarowy łączy się z mierzonym elementem, np. suwmiarka, mikrometr;
2. pomiary bezstykowe – nie ma fizycznego kontaktu pomiędzy narzędziem pomiarowym a obiektem mierzonym, np. mikroskop warsztatowy, interferometr laserowy, pomiar radarowy prędkości.

Błędy pomiarowe:
– grube,
– drobne,
– przypadkowe.

Mamy trzy rodzaje posuwów:
– minutowy,
– na jeden obrót,
– na ostrze (na jeden ząb).

Sposoby mocowania przedmiotu obrabianego:
– w imadle,
– na stole obrotowym,
– w podzielnicy,
– w stole uchylnym,
– na stole frezarki przy użyciu docisków,
– w przyrządzie obróbkowym.

Kąty na narzędziu

1. Kąty w płaszczyźnie pionowej:
– kąt natarcia – to ten, po którym spływa wiór,
– kąt ostrza – zawarty pomiędzy powierzchnią przyłożenia a natarcia,
– kąt przyłożenia – to ten w pobliżu materiału obrabianego.

W praktyce może się tak zdarzyć, że kąty natarcia i przyłożenia są niemożliwe do ustalenia. Dzieje się tak wtedy i tylko wtedy, gdy kąty te są sobie równe.

Jeżeli kąt alfa jest znacznie większy od kąta gamma, to kąt alfa jest kątem natarcia, kąt beta jest kątem ostrza, a kąt gamma jest kątem przyłożenia. Jeżeli zaś kąt gamma jest znacznie większy od kąta alfa, to kąt gamma jest kątem natarcia, kąt beta jest kątem ostrza i kąt alfa jest kątem przyłożenia.

2. Kąty w płaszczyźnie poziomej:
Mamy tu do czynienia tylko z jednym głównym kątem, i jest to kąt przestawienia, czyli kąt, pod jakim skręcamy ostrze w płaszczyźnie poziomej. Nie ma bezpośredniej zależności pomiędzy siłą skrawania a twardością. Wspólnym mianownikiem jest tutaj kąt ostrza. Jeżeli kąt ostrza rośnie, to siła skrawania i trwałość rośnie. Jeżeli kąt ostrza maleje, to siła skrawania i trwałość maleje. Maksymalny posuw dla narzędzia jest równy połowie promienia jego zaokrąglenia.

Narzędzia skrawające powinny być twardsze od przedmiotu obrabianego w niewielkim zakresie. Jest to przede wszystkim związane z ekonomiką i mechaniką skrawania.

Materiały, z których wykonuje się narzędzia skrawające:
– stal węglowo-narzędziowa N12E,
– stal szybkotnąca – SW18;SW9,
– płytki spiekowe,
– spieki ceramiczne.

Obrabiarkę sterowaną numerycznie rozumiemy tak samo jak obrabiarkę konwencjonalną, lecz wzbogaconą o komputerowy system sterowania. Obrabiarki sterowane numerycznie wykorzystywane są w produkcji potokowej, seryjnej i masowej. W wyniku obróbki skrawaniem nadawany jest konkretny kształt dowolnemu detalowi.

Skrawanie to zdjęcie warstwy materiału za pomocą narzędzia w kształcie klina.
Aby istniał proces skrawania, trzeba spełnić dwa warunki:
– narzędzie skrawające musi być twardsze od przedmiotu obrabianego,
– pomiędzy materiałem a narzędziem musi występować ruch względny.

Ruch względny jest wtedy, kiedy jeden element porusza się względem drugiego.

Aby wprowadzić dany element w ruch, trzeba przyłożyć siłę. Siła jest miarą oddziaływań i posiada cztery atrybuty:
– kierunek,
– zwrot,
– wartość,
– punkt przyłożenia.

Uwaga!
Siłę możemy przesuwać dowolnie wzdłuż prostej jej działania, np. holowany samochód ze zmienną długością liny. Siła jest wielkością wektorową, a więc nad oznaczeniem literowej siły jest zawsze strzałka w prawo.

Aby skonstruować płaszczyznowy układ współrzędnych, należy pamiętać, że:
– dwie osie przecinają się pod kątem prostym,
– osie muszą być nazwane,
– wprowadzamy długości elementu elementarnego na osi X.

Uwaga!
Jeżeli nie ma odcinka elementarnego na osi Y, a jest na osi X, świadczy to o tym, że odcinek elementarny na osi Y jest taki sam jak na osi X.

Najczęściej stosowane funkcje maszynowe:
– G0 – jest to ruch prostoliniowy szybki,
– G1 – interpolacja liniowa (ruch roboczy),
– G2 – ruch po łuku zgodnie z ruchem zegara,
– G3 – ruch po łuku przeciwnie do ruchu zegara.

Uwaga!
W przypadku łuku G2 i G3 ważny jest kierunek, od którego zbliżamy się po łuku.

  • G71 – wymiarowanie w milimetrach,
    – G90 – wymiarowanie absolutne,
    – G54-G57 – bazy danych,
    – LINS lub G26 – ograniczenia głównych obrotów,
    – D – numer korelacji,
    – G96 – stała prędkość skrawania,
    – S – wartość obrotów {prędkość skrawania},
    – F – wartość posuwu {minuty, obroty, milimetry},
    – M3 – obroty prawe,
    – M4 – obroty lewe,
    – M6 – wymiana narzędzi,
    – M30 – zakończenie programu,
    – CR – wartość promienia,
    – I, J, K – wersory osi,
    – Pw – punkt wymiany narzędzi (bezpieczne miejsce w obwodzie obrabiarki pozwalające na bezkolizyjną wymianę narzędzi).

mgr inż. Robert ADAMIK
nauczyciel praktycznej i teoretycznej nauki zawodu
w Zespole Szkół im. Armii Krajowej w Jedliczu
(woj. podkarpackie)

Leave a Reply