Skala stosowania obróbki wielkogabarytowej jest nieporównanie mniejsza od skali obróbki detali o mniejszych rozmiarach. W wielu gałęziach przemysłu stosuje się ją jednak także na co dzień.

Elementy wielkogabarytowe – np. obudowy, korpusy, pokrywy, turbiny, tuleje czy wały – występują przecież w wielu różnych aplikacjach przemysłowych. Obróbkę tego typu elementów najczęściej spotyka się w przemyśle energetycznym, górniczym (czy szerzej – wydobywczym), transportowym, okrętowym i lotniczym. Obróbka wielkogabarytowa jest pojęciem bardzo obszernym. Praktycznie może obejmować wszystkie procesy obróbcze, tyle że wykonywane na dużą skalę. Najczęściej mówimy o niej w przypadku obróbki skrawaniem (m.in. frezowania i toczenia), obróbki plastycznej (cięcia i gięcia) czy obróbki otworów (wiercenia, gwintowania).

Nie ma nigdzie sprecyzowanych żadnych norm czy standardów, które by jednoznacznie określały, kiedy możemy mówić o obróbce wielkogabarytowej. Przyjęło się, że mamy z nią do czynienia, kiedy obrabiany przedmiot ma gabaryty, które w każdym z trzech wymiarów przekraczają 1 m. Nie jest to jednak z pewnością idealna definicja. Wówczas bowiem o obróbce wielkogabarytowej nie moglibyśmy mówić w przypadku np. arkuszy blach.

Wyzwania przed obróbką wielkogabarytową

Duże wymiary (sięgające kilku, a nawet kilkunastu metrów) obrabianych elementów sprawiają, że proces ten jest dość specyficzny. Wiąże się też z licznymi dodatkowymi wyzwaniami, które nie występują na taką skalę przy tradycyjnych procesach obróbczych. Bardzo często elementy wielkoformatowe produkowane są w małych partiach bądź jako pojedyncze sztuki. Trudnością jest m.in. uzyskanie odpowiedniego poziomu precyzji i jakości.

Duże rozmiary przekładają się bowiem na dużą wagę przedmiotu obróbki. Mogą z tego wynikać problemy z dostarczeniem i odbiorem danego elementu, a także jego montażem na stole roboczym. Do tego mogą dojść problemy związane ze skomplikowanym kształtem. Duże siły nacisku np. prasy krawędziowej wymagają solidnego mocowania, żeby dany detal był jak najbardziej stabilny w całym procesie. Determinuje to dokładność całego procesu.

Kolejnym wyzwaniem jest odpowiedni dobór narzędzi skrawających i parametrów obróbki. Z racji dużych rozmiarów przedmiotu obróbki proces ten może trwać dość długo. Wraz z zużywaniem się ostrza narzędzia obrabiana powierzchnia będzie się więc nieznacznie różnić (choć zmiana ta będzie miała charakter płynny i raczej nie powinna wpłynąć na końcowym efekt). Największy problem może się pojawić, kiedy niezbędna będzie wymiana narzędzia w trakcie procesu. W takim przypadku niedokładność obróbki może być już na tyle istotna, że będzie wpływać na jakość finalnego detalu, co może okazać się nawet dyskwalifikujące.

Wielkogabarytowa obróbka mechaniczna wymaga więc użycia odpowiednich narzędzi skrawających. Powinny być one wyjątkowo trwałe, żeby ich zużycie przy obróbce danego elementu wielkoformatowego było jak najmniejsze. Tylko to może zagwarantować odpowiednią precyzję procesu, nie mówiąc już o skróceniu jego czasu.

Kłopotliwa precyzja obróbki wielkogabarytowej

Wszelkiego rodzaju zakłócenia, które wpływają na precyzję procesów obróbki, w przypadku elementów wielkogabarytowych przybierają na sile. Przy tym na dokładność obróbki znacząco wpływa stale zmieniający się stan termoelastyczny maszyny obróbczej i obrabianego elementu. Różne wewnętrzne i zewnętrzne źródła ciepła oraz jego wahania mogą wpływać na odkształcenia zarówno konstrukcji obrabiarki, jak i obrabianego elementu.

Nowoczesne maszyny do obróbki elementów wielkogabarytowych osiągają dokładność pozycjonowania na poziomie jednego do kilku mikrometrów dla gabarytów detali, które znacznie przekraczają 10 m. Wymagany jest jednak do tego stan stabilności termicznej, który ma miejsce tylko w nielicznych przypadkach. Dlatego też w przypadku obróbki precyzyjnej wymagana jest dużo większa integracja technologii pomiarowej z układami sterowania systemów produkcyjnych. W szczególności należy zmierzyć wpływ grawitacji i zmian temperatury na duże konstrukcje.

Korzystanie ze specjalistycznego sprzętu pomiarowego lub maszyn do pomiarów współrzędnościowych w celu badania obrabianych elementów wymaga jednak dużo czasu. Jednocześnie nie zawsze jest możliwe wykonywanie pomiarów między poszczególnymi etapami produkcyjnymi. Dobrym rozwiązaniem mogą być precyzyjne liniowe układy pomiarowe wbudowane w osie nowoczesnych obrabiarek. Pozwolą one uzyskać prawidłowe i porównywalne wyniki pomiaru, które zapewnią odpowiednią jakość procesu obróbki wielkogabarytowej.

Z jakimi wyzwaniami muszą się mierzyć przedsiębiorstwa podczas procesów obróbki wielkoformatowej? Podstawowym wyzwaniem w tym zakresie jest zapewnienie w możliwie największym stopniu kompleksowej obróbki i pomiarów obrabianych detali, aby wyeliminować potrzebę przenoszenia dużych i ciężkich detali między stanowiskami oraz generowanych w tym zakresie zmian mocowania. Rozwiązaniem są centra bramowe z opuszczaną belką, wyposażone w sondy pomiarowe oraz system automatycznej wymiany głowic, dla zachowania wysokich parametrów niezależnie od gabarytów i kształtu detalu. Kolejnym wyzwaniem są zmienne warunki temperaturowe panujące w zakładach. Jak wiadomo praktycznie każdy materiał odkształca się wraz ze zmianą temperatury. Typowe zmiany termiki wewnątrz zakładu mieszczą się w granicach 8–10°C w przeciągu doby, co np. dla stalowego elementu o długości 1 m będzie generowało zmianę jego długości nawet o 0,1 mm. Dlatego tak ważna jest solidna konstrukcja bramowa, oparta o symetryczne, podstawowe komponenty żeliwne w budowie obrabiarek wielkoformatowych. Dodatkowo obrabiarka powinna być wyposażona w system termostabilności, który automatycznie, bez udziału operatora, kompensuje zmiany geometryczne konstrukcji, stołu oraz wrzeciona i głowic obrabiarek. M.in. dzięki takim rozwiązaniom, centra bramowe OKUMA zapewniają najwyższą dokładność oraz wszechstronność na rynku, czego dowodem jest ponad 8600 obrabiarek tego typu zainstalowanych w zakładach produkcyjnych na całym świecie – w tym u kluczowych na rynku producentów obrabiarek. Bartłomiej Haczek, key account project manager, High Technology Machines

* * * * *