Według danych GUS w 2015 r. wyprodukowano w Polsce 610 tokarek. Statystyka ta obejmuje jednak zarówno urządzenia obsługiwane ręcznie, jak i centra tokarskie CNC. Trudno jednoznacznie określić, ile wśród nich było maszyn sterowanych numerycznie. Jeśli jednak uwzględnić, że w tym samym czasie polskie fabryki opuściło 875 obrabiarek CNC, można założyć, że centra tokarskie stanowiły nie więcej niż 1/5 tego wolumenu. W tym samym czasie w sąsiednich Niemczech zbudowano 7 tysięcy sztuk tokarek o łącznej wartości ponad 1,5 mld euro. To właśnie z tego kraju trafia też do nas najwięcej tego typu maszyn sprowadzanych z zagranicy.

Made in Poland 

Na obecną trudną sytuację branży złożyło się kilka czynników, w tym światowy kryzys gospodarczy, który – redukując popyt na obrabiarki – zmusił polskich producentów do drastycznego ograniczenia wolumenu produkcji: z 1161 tokarek w 2008 r. do 502 w 2010 r. I choć minęło kolejnych 5 lat, a sytuacja na rynkach międzynarodowych ustabilizowała się, polski przemysł obrabiarkowy wciąż nie może stanąć na nogi. Brakuje innowacji, inwestycji i nowych technologii, które poprawiłyby efektywność kosztową produkcji, a tym samym konkurencyjność jakościową i cenową maszyn.

Pojawiły się jednak pierwsze symptomy zmian: w zeszłym roku powstała Polska Platforma Producentów Obrabiarek zrzeszająca sześć rodzimych firm z tej branży. Jej celem jest m.in. promowanie współpracy między producentami oraz działalności badawczo-rozwojowej i edukacyjnej w zakresie budowy maszyn przemysłowych, w tym poziomych centrów tokarskich.

W tej ostatniej dziedzinie polski przemysł maszynowy powoli goni europejską konkurencję, choć nasi producenci jeszcze długo nie będą wyznaczać trendów na rynkach światowych. Nasze centra tokarskie – choć względnie nowoczesne – nie oferują jeszcze możliwości całościowej obróbki (zgrubnej, półwykańczającej i wykańczającej gładkościowej) w jednym mocowaniu, równoczesnego toczenia przedmiotów z dwóch stron czy wykonywania kilku czynności obróbczych w tym samym czasie. A takie właśnie trendy decydować będą o przyszłych kierunkach rozwoju rynku.

12 narzędzi w jednej głowicy

Poziome centra tokarskie CNC należą do najbardziej uniwersalnych maszyn tego typu oferowanych na rynku. W przeciwieństwie od tokarek pionowych, przeznaczonych do toczenia krótkich, niewymagających podparcia przedmiotów (często o dużych gabarytach), umożliwiają obróbkę zarówno długich, jak i krótkich detali, a zakres ich funkcji – oprócz tradycyjnego toczenia i wiercenia otworów centrycznych – obejmuje również m.in. wytaczanie, rozwiercanie, przecinanie i radełkowanie. Stąd też standardowo wyposaża się je w głowicę rewolwerową z serwonapędem i możliwością zamocowania do 12 narzędzi, hydrauliczny konik oraz sztywne, żebrowane łoże zdolne wytrzymać wysokie obciążenia. 

– Najważniejszymi zaletami napędu serwo jest krótki czas zmiany narzędzia, duża dokładność pozycjonowania oraz stosunkowo prosta konstrukcja mechaniczna głowicy – wyjaśnia Dariusz Rompa, inżynier w firmie RICHO Polska. – Do napędzania tarcz o dużej masie stosuje się również napędy hydrauliczne o wysokiej trwałości i dużym momencie obrotowym. Z kolei napędy elektromechaniczne wykorzystujące silnik elektryczny oraz mechanizmy krzywkowe i zębate – poza obrotem tarczy – odpowiadają również za jej ryglowanie.

Duża liczba różnej długości narzędzi (noży tokarskich, wytaczaków, wierteł, rozwiertaków) montowanych na głowicy wymusza także poszukiwanie nowych rozwiązań w zakresie ich mocowania pozwalających na bezkolizyjną pracę i oszczędność przestrzeni roboczej przy zachowaniu wysokiej stabilności obróbki. Dlatego oprócz złączy tradycyjnych i VDI coraz częściej stosuje się także złącza śrubowe zapewniające mniejszy wysięg elementów mocujących.
Zwiększeniu dokładności i powtarzalności pozycjonowania suportów służą z kolei prowadnice i śruby toczne smarowane smarem stałym.

– Z racji odmiennej specyfiki tarcia tocznego prowadnice i śruby toczne charakteryzują się niższymi oporami tarcia, większą stabilnością termiczną układu, większymi dopuszczalnymi prędkościami pracy oraz mniejszym przyrostem sił tarcia w funkcji siły docisku współpracujących powierzchni, co pozwala na wstępne napięcie przekładni lub wózka kasujące luz zwrotny – wylicza Artur Bartkowiak, wiceprezes Zarządu i dyrektor handlowy Andrychowskiej Fabryki Maszyn DEFUM.

Stosowane zamiast tradycyjnych prowadnic i łożysk ślizgowych, nie tylko redukują hałas i wahania oporu suportów (z 35 do 4%), ale także ograniczają nagrzewanie się prowadnic, zwiększając tym samym ich stabilność geometryczną.

– Przekłada się to na zwiększenie dokładności wymiarowo-kształtowej obróbki, wzrost dynamiki maszyny, a także redukcję zużycia energii elektrycznej i zjawiska slip-stick, co ma kluczowe znaczenie przy mikroprzesuwach jednostek posuwowych – tłumaczy Artur Bartkowiak. – Co więcej, niższe opory tarcia pozwalają na smarowanie smarami stałymi w układzie zamkniętym, co eliminuje wycieki oleju. 

Ma to o tyle istotne znaczenie, że wyciekający olej, mieszając się z emulsją chłodzącą, sprzyja rozwojowi bakterii gnilnych, które są źródłem nieprzyjemnego zapachu i skracają okres użytkowania chłodziwa.

Skośne łoże i narzędzia napędzane

Oprócz tych, standardowych już w dużej mierze rozwiązań konstrukcyjnych, za swoisty wyróżnik nowoczesności poziomych centrów tokarskich uznać można skośne łoże o kącie nachylenia od 30º do 60º. Jego głównym zadaniem jest poprawa dostępności strefy toczenia oraz usprawnienie procesu odprowadzania wiórów – istotne zwłaszcza w przypadku procesów obróbki trudnoskrawalnych materiałów, np. Incotelu czy stali Super Duplex.

Rozwiązanie to jak na razie trudno znaleźć w ofercie polskich producentów (jednym z wyjątków są centra tokarskie firmy AVIA S.A.), ale należy się spodziewać, że będzie to jedno z pierwszych usprawnień wprowadzanych w najbliższym czasie w nowych modelach centrów tokarskich. Podobnie jak to miało miejsce w przypadku narzędzi napędzanych, obsługiwanych dziś przez większość polskich maszyn CNC do obróbki toczeniem. Narzędzia te znacznie ułatwiają obróbkę frezarską i wiertarską, umożliwiając tworzenie m.in. rowków wpustowych i otworów w osi C. Co więcej, dzięki możliwości ich zamontowania na pośrednich pozycjach głowicy rewolwerowej, nowoczesne centra tokarskie pozwalają na frezowanie w trzech osiach i wiercenie otworów poza osią nawet w przypadku braku dostępności osi Y. 

Podwójny zestaw

Integracja toczenia, wytaczania, wiercenia i innych rodzajów obróbek w jednym mocowaniu i cyklu produkcyjnym to jednak zaledwie jeden z dwóch głównych kierunków rozwoju poziomych centrów obróbczych – i jedyny jak na razie oferowany przez polskich producentów. Oprócz niego coraz popularniejszym trendem staje się również wyposażanie ich w dwie głowice (dolną i górną) oraz dwa wrzeciona (główne i pomocnicze) umożliwiające wysokowydajną obróbkę elementów długich (np. wałów), równoczesne toczenie przedmiotu z dwóch stron lub wykonywanie kilku uzupełniających się czynności obróbczych w z góry zaprogramowanej sekwencji (np. toczenia zgrubnego i frezowania rowków wpustowych). 

– Dwie głowice sprawdzą się zwłaszcza w przypadku wielkoseryjnej obróbki detali wymagających wykonania znacznej części operacji na wrzecionie pomocniczym – wyjaśnia Grzegorz Sak, dyrektor techniczny HAAS w firmie Abplanalp. – W ten sposób można skrócić całkowity czas wykonania detalu o czas obróbki na wrzecionie pomocniczym przy wykorzystaniu drugiej głowicy. Przykładowo, jeśli czas wykonania detalu na maszynie dwuwrzecionowej z jedną głowicą wynosi 100 sekund, a w przypadku maszyny dwugłowicowej obróbka na wrzecionie głównym trwa 60 sekund, a na pomocniczym – 40 sekund, to całkowity czas obróbki detalu wyniesie 60 sekund.

Tego typu rozwiązanie ma jednak swoje wady: programowanie obrabiarki dwugłowicowej z przechwytem jest bardziej skomplikowane niż zwykłej, a niewielka średnica górnej głowicy pozwala jedynie na obróbkę smukłych detali.

– Programowanie dwóch głowic wymaga zachowania znacznie większej ostrożności ze względu na zwiększone ryzyko ich kolizji, a program powinien być pisany w taki sposób, aby znaczna część operacji wykonana była na wrzecionie pomocniczym przy użyciu drugiej głowicy – tłumaczy Grzegorz Sak.

Inną metodę obróbki z zastosowaniem dwóch głowic zaproponował m.in. Yamazaki Mazak i Hyundai Wia. Ich tokarki wyposażone zostały w dwie autonomiczne głowice rewolwerowe poruszające się w jednej osi i dwa równorzędne wrzeciona, umożliwiając tym samym równoczesną obróbkę dwóch detali w niezależnych cyklach pracy. Funkcja ta ukierunkowana jest na maksymalizację wydajności obróbki w przypadku produkcji seryjnej przy jednoczesnej oszczędności przestrzeni roboczej.

Więcej niż wizja

Mimo znacznych postępów w zakresie automatyzacji obróbki toczeniem oraz coraz szerszej dostępności rozwiązań umożliwiających kompleksową, wieloprocesową obróbkę w jednym mocowaniu, poziome centra tokarskie CNC wciąż nie dorównują pod tym względem innym obrabiarkom sterowanym numerycznie. Znaczny postęp w tej dziedzinie daje jednak nadzieję, że branża szybko nadrobi zaległości, rozszerzając swoją ofertę o możliwość zdalnej obsługi linii produkcyjnych wyposażonych w centra tokarskie.

Palącym problemem branży wydaje się dziś znalezienie sposobu na wyposażenie tokarek w system automatycznej wymiany narzędzi. Przeszkodą do jego wdrożenia jest z jednej strony konieczność bieżącego wymiarowania narzędzi w obrabiarce, a z drugiej brak powszechnie obowiązujących standardów złączy głowicy rewolwerowej dla różnych typów uchwytów mocujących i danych dotyczących samych narzędzi.– Centra tokarskie z automatycznym podawaniem i odbieraniem detali przestały być już tylko wizjonerskim projektem. Już dziś realizujemy takie zamówienia – mówi Paweł Janas, dyrektor zarządzający HACO FAT Sp. z o.o. – Niedawno uruchomiliśmy nowoczesną linię produkcyjną wyposażoną w ciężką tokarkę TUR 6MN x 3000. Zakres jej funkcji obejmuje automatyczne ładowanie, skórowanie, rozładowywanie i magazynowanie wlewek aluminiowych o średnicach 500-800 mm i długości 700-2000 mm.

Standaryzacja magazynu narzędzi otworzyłaby również drogę do wyposażenia ich w system wewnętrznego doprowadzania chłodziwa pod wysokim ciśnieniem – dostępny już w ofercie niektórych producentów. W systemie tym ciśnienie cieczy chłodzącej regulowane jest automatycznie w zależności od rodzaju skrawanego materiału – w zakresie od 70 do 150 barów, znacznie usprawniając tym samym proces wiercenia w trudnoskrawalnych materiałach (np. Incotelu) dzięki zapewnieniu lepszego odprowadzania wiórów i stabilnej temperatury w strefie obróbki.