Na czym polega obróbka CNC? Zastosowanie i materiały

Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jak powstają precyzyjne części w silnikach lotniczych, implanty medyczne bądź obudowy Twojej elektroniki? Za wieloma z tych osiągnięć stoi jedna, rewolucyjna technologia – obróbka mechaniczna CNC. W dobie coraz większego zapotrzebowania na dokładność oraz wydajność produkcji sterowanie numeryczne komputerem stało się fundamentem nowoczesnego przemysłu. W związku z tym w dzisiejszym artykule postaramy się przybliżyć czytelnikowi, czym dokładnie jest technologia CNC, jak działa w praktyce, gdzie znajduje zastosowanie, a także jakie materiały można dzięki niej obrabiać. Mamy nadzieję, że poniższy poradnik okaże się solidną dawką wiedzy dla każdego, kto chciałby lepiej zrozumieć nowoczesne procesy produkcyjne i sprawdzić, dlaczego to właśnie CNC odgrywa tak ważną rolę w wielu branżach. Serdecznie zapraszamy do lektury!

Czym jest i jak działa obróbka CNC?

CNC, czyli Computer Numerical Control, jest jedną z metod obróbki materiałów, w której nie tylko ruchy narzędzi, ale również parametry całego procesu kontrolowane są przez komputer. Podstawą zasadą działania technologii jest więc programowanie i automatyzacja, które rozpoczynają się od stworzenia projektu konkretnego elementu w programie CAD. Następnie, przy użyciu oprogramowania CAM, projekt ten zostaje przekształcony w zestaw instrukcji zrozumiałych dla maszyny CNC. Instrukcje te definiują każdy kolejny etap jej pracy, tj. prędkość posuwu, obroty wrzeciona, ścieżkę narzędzia, a także operacje pomocnicze, np. włączanie chłodzenia. Dzięki sterowaniu komputerowemu proces obróbki CNC jest nie tylko wyjątkowo precyzyjny, ale także powtarzalny. Ruchy narzędzia są tu bowiem kontrolowane z dokładnością do mikrometrów, co pozwala uzyskać jednolitą jakość nawet w przypadku produkcji tysięcy identycznych elementów.

Zalety obróbki CNC

Jak wcześniej wspomnieliśmy, technologia CNC jest procesem nadzwyczaj precyzyjnym i powtarzalnym, dzięki czemu każda wyprodukowana część pozostaje niemal identyczna. Pełna automatyzacja pozwala maksymalnie ograniczyć konieczność ingerencji operatora, co z kolei umożliwia pracę maszyn przez całą dobę, zwiększając wydajność i obniżając koszty produkcji. CNC oznacza również wysoką efektywność – ze względu na szybkie tempo obróbki oraz możliwość jednoczesnej pracy wielu maszyn. Dodatkowym atutem, o którym również należy wspomnieć, jest z całą pewnością możliwość wykonywania bardzo złożonych kształtów, trudnych bądź niemożliwych do uzyskania przy użyciu tradycyjnych metod. Wyeliminowanie czynnika ludzkiego z większości etapów obróbki przekłada się także bezpośrednio na redukcję ewentualnych błędów.

Rodzaje obróbki CNC

Technologia CNC obejmuje szeroki zakres metod obróbki, z których każda została zaprojektowana z myślą o konkretnych zastosowaniach, typach materiałów oraz wymaganiach dotyczących precyzji i kształtu. Do najczęściej wykorzystywanych technik w ramach tego procesu możemy zaliczyć:

• frezowanie CNC – najpopularniejsza forma obróbki, polegająca na usuwaniu materiału za pomocą obracającego się frezu. Metoda ta jest używana do tworzenia płaskich powierzchni, rowków oraz skomplikowanych kształtów 3D;

• toczenie CNC – proces, w którym obrabiany przedmiot obraca się, a narzędzie skrawające usuwa materiał (wykonując ruchy podłużne bądź poprzeczne). Stosowane do produkcji części o symetrii obrotowej, tj. wałów, tulei czy śrub;

• cięcie laserowe/plazmowe CNC – wykorzystuje wysokoenergetyczną wiązkę lasera lub strumień plazmy do precyzyjnego cięcia arkuszy materiału. Używane głównie w przemyśle metalowym oraz przy okazji produkcji elementów o złożonych konturach;

• cięcie wodą CNC (Waterjet) – materiał „obrabiany” jest strumieniem wody pod bardzo wysokim ciśnieniem, często z dodatkiem ścierniwa. Doskonałe do obróbki elementów wrażliwych na ciepło lub bardzo twardych.

Zastosowanie obróbki CNC w przemyśle

Wszechstronność oraz precyzja sprawiają, że obróbka CNC znajduje zastosowanie w niemal każdej dziedzinie przemysłu. W formie poniższej tabeli przedstawiliśmy zestawienie najważniejszych branż, w których technologia ta odgrywa najistotniejszą rolę.

Branża	Zastosowanie
Motoryzacja	Produkcja części silników, karoserii, felg, form odlewniczych, prototypów modeli.
Lotnictwo	Wytwarzanie elementów silników odrzutowych, konstrukcji samolotów i rakiet, turbin, łopatek etc.
Medycyna	Produkcja implantów (np. endoprotez), śrub kostnych, narzędzi chirurgicznych, protez, ortez.
Przemysł	Tworzenie form wtryskowych do plastiku, matryc do odlewów metali, form do produkcji elementów gumowych.
Elektronika	Obróbka obudów do smartfonów i laptopów, elementów chłodzących (radiatorów), komponentów elektrycznych.
Przetwórstwo	Wytwarzanie frezów, wierteł, narzędzi skrawających, tłoczników i wykrojników.
IT	Produkcja jednostkowych elementów i prototypów.
Pozostałe	Reklama (litery 3D, szyldy), jubilerstwo, meblarstwo, przemysł zbrojeniowy.

Materiały wykorzystywane w obróbce CNC

Należy podkreślić, iż obróbka CNC nie ogranicza się wyłącznie do jednego typu materiału. Różnorodność zarówno dostępnych technologii, jak i narzędzi pozwala bowiem na przetwarzanie szerokiej gamy surowców, dostosowanych do konkretnych zastosowań.

Metale

Obróbka CNC metali pozwala na precyzyjne, powtarzalne tworzenie elementów wykorzystywanych w motoryzacji, lotnictwie oraz przemyśle ciężkim. Należy podkreślić, iż maszyny sterowane komputerowo znacznie zwiększają efektywność produkcji w procesie CNC. Przykładowo, obróbka aluminium pozwala na tworzenie lekkich, a jednocześnie bardzo wytrzymałych komponentów. Obróbka CNC stali nierdzewnej umożliwia z kolei uzyskanie elementów o wysokiej odporności na korozję i idealnym dopasowaniu wymiarowym. Mosiądz czy brąz, będące stopami miedzi, łączą dobre właściwości ślizgowe z atrakcyjnym wyglądem, toteż często wykorzystywane są przy produkcji łożysk, złączy, armatury bądź detali dekoracyjnych. Tytan wyróżnia się natomiast znakomitym stosunkiem wytrzymałości do masy. Obróbka blachy CNC pozwala z kolei na wyjątkowo precyzyjne cięcie, a tym samym minimalizację strat materiałowych.

Tworzywa sztuczne

Obróbka CNC tworzyw sztucznych umożliwia precyzyjne formowanie nawet bardzo złożonych detali z materiałów o różnorodnych właściwościach fizykochemicznych. Poliacetal (POM) na przykład charakteryzuje się dużą sztywnością, niską chłonnością wilgoci, a jednocześnie wysoką odpornością na ścieranie, więc doskonale sprawdzi się w produkcji kół zębatych bądź łożysk. PEEK, dzięki wysokiej wytrzymałości termicznej, odporności na środki chemiczne lub ścieranie, znajduje zastosowanie m.in. w branży medycznej i lotniczej. Tworzywo ABS cenione jest z kolei za odporność na uderzenia, a także łatwość samej obróbki, co czyni je popularnym wyborem przy produkcji obudów, paneli lub zabawek. Przezroczyste Plexi, znane również jako PMMA, wyróżnia się niską masą oraz możliwością precyzyjnego kształtowania optycznego, toteż często wykorzystywane jest do tworzenia szyldów, osłon i komponentów optycznych, a nylon (PA) łącząc dobre właściwości mechaniczne z odpornością na ścieranie, dobrze sprawdzi się przy produkcji izolatorów, ślizgów czy różnego rodzaju przekładni.

Inne materiały

Oprócz metali bądź tworzyw sztucznych technologia CNC umożliwia także obróbkę wielu innych materiałów o konkretnym przeznaczeniu, do których zaliczymy:

• drewno i materiały drewnopochodne – sklejka, MDF, lite drewno – wykorzystywane w meblarstwie, produkcji form, elementów dekoracyjnych, grawerowaniu;

• kompozyty – włókno węglowe, włókno szklane – stosowane w lotnictwie, przemyśle sportowym, motoryzacyjnym;

• pianki techniczne – używane do prototypowania, modeli, izolacji.

Przyszłość obróbki CNC

Mimo tego, że obróbka CNC jest już obecnie mocno zaawansowaną technologią, to wciąż ewoluuje, co pozwala przewidywać, że przyszłe systemy CNC będą zdolne do podejmowania decyzji wyłącznie w oparciu o analizę danych. Coraz większą rolę odgrywa bowiem Przemysł 4.0, w którym maszyny CNC stają się częścią systemów IoT, umożliwiających zbieranie danych w czasie rzeczywistym. Dzięki wykorzystaniu sztucznej inteligencji możliwa jest nie tylko optymalizacja tych procesów, ale również przewidywanie ewentualnych awarii. Na znaczeniu zyskują także automatyzacja i robotyzacja. Maszyny są coraz częściej połączone z robotami, które przejmując obsługę materiału, tworzą wydajne, zautomatyzowane linie produkcyjne. Istotny trend sanowi obróbka hybrydowa, łącząca druk 3D z klasyczną obróbką CNC.

Bez dwóch zdań fundamentem nowoczesnej produkcji jest dziś obróbka CNC. Usługi w tej dziedzinie stają się prosta drogą do sukcesu wielu przedsiębiorstw, zapewniając precyzję, której nie da się osiągnąć tradycyjnymi metodami. Od cyfrowo sterowanych maszyn ewoluowała w kompleksowy system, który potrafi przetwarzać szeroki wachlarz materiałów – od metali po tworzywa sztuczne i kompozyty. Jej zastosowania obejmują niemal każdą gałąź przemysłu, od lotnictwa po medycynę, nieustannie podnosząc poprzeczkę dla kolejnych innowacji. W miarę rozwoju technologii, gdy Przemysł 4.0 stanie się standardem, rola obróbki CNC w kształtowaniu przyszłości produkcji będzie jedynie wzrastać, oferując jeszcze większe możliwości. Mamy nadzieję, że dzisiejszy poradnik pomoże zrozumieć, czym jest CNC i dlaczego odgrywa tak ważną rolę w nowoczesnym przemyśle.