Din punct de vedere constructiv și cinematic, cele două tipuri de mașini unelte (mașini cu comandă numerică și mașini convenționale) sunt identice. Pentru o mai bună explicitare vom lua cazul mașinii de frezat (pentru detalii legate de strungurile cu comandă numerică consultați articolul ”Ce este și ce face un strung CNC?”).

Mașina de frezat convențională

În general mașina de frezat este compusă din masa de lucru care poate realiza deplasări în plan orizontal (axele X și Y pe mașina unealtă cu comandă numerică) respectiv din arborele principal care realizează deplasări pe verticală (axa Z). Combinând aceste mișcări cu mișcarea de rotație a arborelui principal, se efectuează prelucrarea semifabricatului. La mașinile unelte convenționale, mișcarea de avans efectuată de mașină poate fi doar pe una din cele 3 direcții, restrângând astfel gama posibilităților de prelucrare la doar traiectorii lineare paralele cu cele 3 axe.

Cum se prelucrau mai demult suprafețele complexe?

În cazul în care se dorește prelucrarea după o direcție înclinată sau curbilinie, variantele de a obține acest lucru sunt: efectuarea a cel puțin o deplasare manuală sau utilizarea unui șablon și a unui mecanism de copiere.

Prelucrarea unei suprafețe profilate pe freză

În cazul mașinilor unelte specializate, este posibilă realizarea de traiectorii complexe însă acestea se bazează pe un sistem complicat de came, came care trebuie înlocuite la schimbarea profilului suprafeței prelucrate. Pe lângă acest neajuns, mașinile unelte convenționale au transmisii care oferă un interval restrâns de valori pentru mișcarea de avans sau pentru turație forțând de multe ori operatorul să modifice valorile regimului de așchiere optim ales la unul care poate fi selectat pe mașina unealtă. Acest impediment se reflectă asupra productivității și asupra calității suprafeței prelucrate.

Cum se prelucrau mai demult suprafețele complexe?

Depozitarea sculelor așchietoare reprezintă de asemenea un neajuns în cazul mașinilor unelte convenționale deoarece scula montată pe mașină este doar cea utilizată în cadrul prelucrării. În momentul schimbării fazei tehnologice, dată de necesitatea schimbării sculei așchietoare, operatorul trebuie să demonteze scula curentă și să monteze scula următoare, ceea ce crește durata de prelucrare a piesei. Există și mașini unelte convenționale care au magazie de scule și la care schimbarea sculei se face mai rapid însă reglarea la cotă a sculei așchietoare tocmai schimbate se face tot prin metoda așchiei de probă  (la producția individuală și de serie mică) respectiv prin utilizarea unor calibre și șabloane (la producția de serie mare) ceea ce se traduce în creșterea normei de timp.

Reglarea frezei la cota de prelucrat cu ajutorul șablonului și calibrului de grosime

Mașina de frezat CNC

În cazul mașinilor unelte cu comandă numerică, aproape toate aceste neajunsuri sunt înlăturate. Deplasarea sculei se poate realiza pe toate cele 3 direcții (X, Y, Z) simultan pentru a obține suprafețe complexe. Ba mai mult, în cazul mașinilor de frezat în 4-5-6 axe, pe lângă deplasările lineare, mașina poate efectua și deplasări ce implică rotirea sculei în jurul axelor de translație obținând fie traiectorii mai complexe fie prelucrarea mai multor fațete ale semifabricatului din aceeași orientare a acestuia în dispozitiv.

Având în vedere că mașinile unelte cu comandă numerică sunt echipate cu motoare și transmisii de generație mai nouă, acestea permit efectuarea de mișcări cu viteze de avans de orice valoarea întreagă cuprinsă în intervalul min.-max. implementat pe acea mașină. Aceeași flexibilitate se aplică și arborelui principal în ceea ce privește turația.

Marea majoritate a mașinilor unelte cu comandă numerică au montat pe arborele principal un senzor care măsoară turația în timpul prelucrării iar când aceasta are tendința să se modifice datorită intrării sculei în material sau neuniformității adaosului de prelucrare, senzorul transmite variația înregistrată către un mecanism de control care modifică parametri motorului astfel încât turația să se mențină la valoarea programată.

Ordinea sculelor în magazia de scule, a cărei capacitate este frecvent de 32 scule dar care poate depăși cifra de 100 scule, nu este dependentă de succesiunea fazelor active ale procesului de așchiere.

Magazia de sculei a unei mașini de frezat EMCO MaxMill 500

Magazia de sculei a unei mașini de frezat Hurco DCX22-40T

Care este deosebirea dintre capetele revolver și magaziile de scule?

Prima deosebire o constituie schimbarea poziției pas cu pas la primele prin folosirea aproape în exclusivitate a mecanismului cu cruce de Malta, și după un număr variabil de pași la celelalte. Mai mult, magaziile de scule de pe mașinile unelte convenționale sunt majoritatea de tip revolver, ceea ce presupune că acestea preiau reacțiunile din timpul procesului de așchiere.

Automatizarea ciclului de schimbare a sculelor din magazie în arborele principal al mașinii necesită mecanisme specifice, pentru căutarea sculei ce urmează a fi folosită, pentru extragerea acesteia din magazie, pentru extragerea sculei care și-a terminat prelucrarea din arborele principal, pentru transportul acestora în locașurile libere, din arborele principal, respectiv din magazie, precum și pentru introducerea și fixarea celor două scule în locașurile lor.

Odată introduse sculele în magazie, acestora li se măsoară lungimea în consolă, diametrul și alți parametri care se stochează în registrul mașinii și vor fi utilizați pentru a corecta poziția tăișului sculei față de suprafața ce se prelucrează, eliminând timpii aferenți așchiei de probă sau poziționării cu ajutorul calibrelor și șabloanelor.

Performanțe ridicate ale mașinii = pregătire superioară a operatorului?!

Bineînțeles că apare tema formării și specializării operatorului majoritatea presupunând că trebuie să aibă atât noțiuni de operare cât și noțiuni de programare ca să poată utiliza mașina unealtă cu comandă numerică. Ei bine, nu trebuie dar este recomandat.

De ce nu trebuie? Pentru că mașina unealtă cu comandă numerică poate fi utilizată și în modul ”convențional„ cu un minim de cunoștințe de operare respectiv de comenzi cunoscute. Acest mod de lucru se numește MDI (Manual Data Input) și permite deplasarea pe axe a mașinii prin acționarea butoanelor de pe panoul acesteia respectiv prin introducerea comenzilor pentru pornirea turației arborelui, schimbarea sculei respectiv introducerea valorii avansului de lucru. Practic utilizarea ei ca și o mașină unealtă convențională dar cu o precizie și flexibilitate mult mai mare.

Alegerea tipului de curs/instruire pentru operatori se face în funcție de nevoi respectiv de perspectivele de dezvoltare ale firmei. Allmetech Tools and Machines este unul dintre formatorii în domeniul prelucrărilor pe mașini unelte cu comandă numerică, având în ofertă cursuri de operatori și programatori pe 3 niveluri de complexitate.

Avantaje suplimentare mașină unealtă CNC vs mașină unealtă convențională

Acestor avantaje prezentate în favoarea mașinilor unelte cu comandă numerică li se mai adaugă: dotarea cu transportor de așchii care funcționează fără a interveni în procesul de așchiere; senzori și mecanisme de compensare a factorului termic ce apare în timpul prelucrării; sisteme de control activ a gradului de uzură al sculei așchietoare; senzori de măsurare automată a lungimii sculelor; simulatoare grafice și utilitare de tip rapoarte implementate pe echipamentul mașinii, etc.

Comparația din punct de vedere al costurilor aferente prelucrării unei piese este cu atât mai elocventă, cu cât geometria suprafețelor prelucrate devine mai complexă.

Mașinile unelte convenționale se mai utilizează și astăzi în unele situații cum ar fi:

  • mașina cu comandă numerică nu este disponibilă iar prelucrarea poate fi realizată și pe una dintre mașinile unelte convenționale aflate în dotare
  • timpul aferent realizării programului, echipării mașinii unelte cu scule este mai mare decât în cazul realizării acelei piese pe mașini unelte convenționale
  • lungimea curselor disponibile pe MUCN nu permite prelucrarea piesei
  • se utilizează MU convențională ca mașină de sacrificiu având în vedere natura semifabricatului.

Mai mult, pentru a oferi totuși unele avantaje date de avansarea tehnicii în domeniu, aceste mașini convenționale, cum sunt cele de la Knuth, pot fi echipate cu rigle digitale de măsurare a poziției sculei în zona de lucru, cu motoare ce oferă o plajă de turații selectabile cu increment de unitate, etc.

Pentru o mai bună înțelegere a diferențelor dintre prelucrarea cu mașini unelte convenționale și prelucrarea cu mașini unelte cu comandă numerică se prezintă următorul tabel generic:

Prelucrarea pe MU convenționale Prelucrarea pe MUCN
– prelucrarea cu avans de lucru posibilă doar pe 1 sau maxim 2 axe – prelucrarea cu avans de lucru posibilă simultan pe toate axele mașinii
– valorile vitezei de avans și ale turației limitate la câteva valori fixe stabilite de producătorul mașinii – viteza de avans și turația pot fi setate la orice valoare întreagă cuprinsă în intervalul stabilit de producătorul mașinii
– magazie de scule în general inexistentă sau de tip revolver cu dezavantajul menționat anterior – magazie de scule generoasă, cu schimbare rapidă
– costuri mai mici de achiziție, întreținere și funcționare – costuri mai mari de achiziție, întreținere și funcționare
– productivitate mare
– flexibilitate ridicată
– posibilitatea înglobării în structuri de producție avansate în vederea modernizării / creșterii capacității de producție

Prelucrarea pe mașini unelte cu comandă numerică devine și mai competitivă la utilizarea unei soluții CAM sau interfață conversațională pentru generarea codului ISO. Acest subiect va fi abordat în detaliu în articolele următoare.

Bibliografie:

  1. Lobonțiu, M. Tehnologia construcțiilor de mașini, Suport de curs. 2005

Autor: Dr. Ing. Vlad DICIUC