W produkcji precyzyjnych części maszynowych uzyskanie wymaganej średnicy jest tylko jednym z elementów kontroli jakości. W przypadku bardziej złożonych detali równie istotne okazują się zależności pomiędzy poszczególnymi powierzchniami: współosiowość otworu i średnicy zewnętrznej, prostopadłość powierzchni czołowej, dokładność barków oraz powtarzalność bazowania.
Problemy pojawiają się zwłaszcza wtedy, gdy obróbka detalu zostaje podzielona między kilka różnych stanowisk. Wałek może być najpierw szlifowany zewnętrznie, następnie mocowany na innej maszynie w celu obróbki otworu, a później ponownie bazowany przed szlifowaniem czoła. Każda zmiana zamocowania zwiększa ryzyko powstania odchyłek geometrycznych.
Alternatywą dla takiego procesu jest szlifierka uniwersalna CNC, która umożliwia wykonanie kilku powiązanych operacji w ramach jednego zamocowania przedmiotu.
Dlaczego jedno zamocowanie ma tak duże znaczenie?
Każde ponowne mocowanie detalu wymaga odtworzenia jego położenia względem osi maszyny. Nawet przy zastosowaniu dokładnego oprzyrządowania nie można całkowicie wyeliminować wpływu błędów bazowania, zabrudzeń powierzchni mocujących, odkształceń czy różnic w sile zacisku.
Jeżeli detal jest obrabiany na kilku maszynach, odchyłki powstałe podczas kolejnych operacji mogą się sumować. W efekcie średnica zewnętrzna i otwór mogą mieścić się w tolerancji wymiarowej, ale nie zachowywać wymaganej współosiowości. Podobny problem dotyczy powierzchni czołowej, która może mieć odpowiednią płaskość, lecz nie być wystarczająco prostopadła do osi elementu.
Szlifowanie w jednym zamocowaniu pozwala ograniczyć liczbę takich zmiennych. Detal pozostaje oparty na tej samej bazie technologicznej, a kolejne powierzchnie są obrabiane względem jednej osi odniesienia. Ma to szczególne znaczenie w przypadku części, których prawidłowe działanie zależy od wzajemnego położenia kilku powierzchni.
Na czym polega szlifowanie OD i ID?
W technologii obróbki szlifierskiej często stosuje się skróty OD oraz ID. OD, czyli outside diameter, oznacza szlifowanie średnic zewnętrznych. Może ono obejmować między innymi wałki, czopy, powierzchnie osadcze, stopnie i zewnętrzne powierzchnie tulei.
ID, czyli inside diameter, odnosi się do szlifowania powierzchni wewnętrznych, przede wszystkim otworów, gniazd, bieżni oraz wewnętrznych powierzchni tulei i pierścieni.
Połączenie szlifowania OD i ID na jednej maszynie jest szczególnie korzystne wtedy, gdy otwór oraz średnica zewnętrzna muszą znajdować się w jednej osi. Zamiast obrabiać je na oddzielnych stanowiskach, można zaplanować proces w taki sposób, aby obie operacje zostały przeprowadzone po jednym bazowaniu przedmiotu.
Uniwersalna szlifierka do metalu może dodatkowo umożliwiać obróbkę barków i powierzchni czołowych. Dzięki temu jeden cykl technologiczny obejmuje wszystkie powierzchnie, które powinny zachować określoną relację geometryczną.
Współosiowość średnicy zewnętrznej i otworu
Współosiowość jest jednym z najważniejszych parametrów w przypadku tulei, pierścieni, wałów z otworem, wrzecion oraz części przekładniowych. Nawet niewielkie przesunięcie osi otworu względem średnicy zewnętrznej może prowadzić do bicia, nierównomiernego obciążenia, przyspieszonego zużycia łożysk albo problemów podczas montażu.
Za przykład może posłużyć tuleja kołnierzowa. Jej otwór współpracuje z wałem, natomiast powierzchnia zewnętrzna może być osadzana w korpusie lub innym elemencie maszyny. Jeżeli obie średnice nie są współosiowe, prawidłowe spasowanie części może okazać się niemożliwe pomimo zachowania nominalnych wymiarów.
Szlifowanie wałków i otworów w jednym zamocowaniu ułatwia zachowanie wymaganej relacji między powierzchnią wewnętrzną i zewnętrzną. Nie eliminuje ono konieczności właściwego przygotowania procesu, ale ogranicza jedno z głównych źródeł błędów, jakim jest ponowne bazowanie detalu.
Prostopadłość powierzchni czołowej
Powierzchnia czołowa często pełni funkcję bazy montażowej lub powierzchni oporowej. Jej położenie wpływa na sposób osadzenia elementu, rozkład obciążeń i dokładność współpracy z innymi częściami.
Jeżeli czoło nie jest odpowiednio prostopadłe do osi detalu, po zamontowaniu może powstać bicie osiowe. Problem ten występuje między innymi w pierścieniach, kołnierzach, oprawach, elementach wrzecionowych, częściach przekładni oraz komponentach obracających się z dużą prędkością.
Szlifowanie powierzchni czołowych w tym samym zamocowaniu, w którym obrabiany jest otwór lub średnica zewnętrzna, pomaga utrzymać właściwą relację pomiędzy osią detalu a jego powierzchnią montażową. Dzięki temu kontrolowany jest nie tylko pojedynczy wymiar, lecz cała geometria funkcjonalna części.
Jakie detale można obrabiać na szlifierce uniwersalnej CNC?
Maszyny łączące szlifowanie zewnętrzne, wewnętrzne i czołowe znajdują zastosowanie przede wszystkim przy częściach o bardziej rozbudowanej geometrii. Mogą to być między innymi:
- wały stopniowane i wały z otworem,
- tuleje oraz tuleje kołnierzowe,
- pierścienie precyzyjne,
- wrzeciona i elementy wrzecionowe,
- części przekładniowe,
- elementy kołnierzowe,
- czopy i powierzchnie osadcze,
- oprawy oraz gniazda,
- części z barkami i powierzchniami oporowymi.
Wspólną cechą tych detali jest konieczność kontrolowania kilku powiązanych powierzchni. W takim przypadku szlifierki do wałków, otworów i powierzchni czołowych mogą zastąpić proces podzielony pomiędzy kilka oddzielnych stanowisk.
Nie chodzi przy tym o zastępowanie każdej szlifierki do wałków lub każdej szlifierki do otworów maszyną uniwersalną. Jej przewaga ujawnia się przede wszystkim wtedy, gdy jeden detal rzeczywiście wymaga wykonania kilku powiązanych operacji.
Kiedy lepsza będzie maszyna uniwersalna, a kiedy dedykowana?
Szlifierka uniwersalna CNC nie zawsze jest najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem. Jeżeli zakład produkuje duże serie prostych wałków, które wymagają wyłącznie obróbki średnic zewnętrznych, wydajniejsza może być dedykowana szlifierka do wałków lub maszyna bezkłowa.
Podobnie wygląda sytuacja w przypadku seryjnego szlifowania powtarzalnych otworów. Jeżeli nie ma potrzeby obróbki średnicy zewnętrznej, barków ani powierzchni czołowych, wystarczająca może być specjalistyczna szlifierka do otworów.
Maszyna uniwersalna jest uzasadniona przede wszystkim wtedy, gdy:
- detal wymaga szlifowania OD i ID,
- ważna jest współosiowość otworu oraz średnicy zewnętrznej,
- powierzchnia czołowa musi być prostopadła do osi detalu,
- część ma kilka średnic, barków lub powierzchni osadczych,
- produkcja obejmuje zróżnicowany asortyment,
- istotne jest ograniczenie liczby mocowań i przezbrojeń,
- zakład realizuje produkcję jednostkową, remontową, narzędziową lub średnioseryjną.
Decyzję należy więc podejmować na podstawie całego procesu technologicznego, a nie tylko maksymalnej długości lub średnicy obrabianego przedmiotu.
Jak dobrać szlifierkę uniwersalną CNC?
Punktem wyjścia powinien być rysunek detalu wraz z wymaganiami dotyczącymi tolerancji, chropowatości i geometrii. Należy określić, które powierzchnie mają być obrabiane, w jakiej kolejności oraz jaka relacja musi zostać pomiędzy nimi zachowana.
Przy doborze maszyny znaczenie mają przede wszystkim:
- długość, średnica i masa detalu,
- zakres średnic zewnętrznych i wewnętrznych,
- materiał oraz jego twardość,
- wymagane tolerancje wymiarowe,
- dopuszczalne bicie, okrągłość i walcowość,
- wymagana współosiowość OD i ID,
- prostopadłość powierzchni czołowych,
- sposób mocowania przedmiotu,
- liczba operacji wykonywanych w jednym cyklu,
- wielkość serii i częstotliwość przezbrojeń,
- potrzeba automatycznego pomiaru lub załadunku.
Nie należy dobierać maszyny wyłącznie do najczęściej wykonywanego elementu. Warto również uwzględnić największe i najbardziej wymagające detale, które mogą pojawić się w przyszłej produkcji.
Mniej operacji transportowych i łatwiejsza organizacja produkcji
Połączenie kilku operacji na jednej maszynie wpływa nie tylko na dokładność geometryczną. Może również uprościć organizację całego procesu.
Detal nie musi być przenoszony pomiędzy kilkoma stanowiskami, oczekiwać w produkcji międzyoperacyjnej ani przechodzić dodatkowych kontroli po każdym ponownym zamocowaniu. Ograniczeniu może ulec także liczba potrzebnych uchwytów, przyrządów i programów technologicznych.
Korzyści są szczególnie widoczne przy zmiennej produkcji, w której zakład regularnie wykonuje krótkie lub średnie serie różnych części. Jedna elastyczna maszyna może wówczas obsługiwać szerszy zakres detali bez konieczności utrzymywania osobnego stanowiska dla każdej operacji.
Kontrola całej geometrii detalu
W precyzyjnym szlifowaniu nie wystarczy rozpatrywać każdej powierzchni oddzielnie. O jakości gotowej części często decyduje to, jak średnica zewnętrzna, otwór, czoło i bark są położone względem siebie.
Szlifowanie w jednym zamocowaniu pozwala oprzeć kilka operacji na wspólnej bazie technologicznej. Pomaga dzięki temu ograniczyć błędy wynikające z przekładania przedmiotu, poprawić współosiowość OD i ID oraz zachować prostopadłość powierzchni czołowej.
Szlifierka uniwersalna CNC jest więc rozwiązaniem przeznaczonym przede wszystkim do detali, w których liczy się nie tylko dokładność pojedynczego wymiaru, ale także wzajemna relacja pomiędzy kilkoma powierzchniami. Właśnie w takich zastosowaniach możliwość połączenia szlifowania wałków, otworów, barków i czół w jednym procesie przynosi największe korzyści technologiczne.
