Maszyny CNC zrewolucjonizowały przemysł wytwórczy, oferując niespotykaną wcześniej precyzję, efektywność i – co bardzo ważne – powtarzalność obróbki materiałów. Dzięki technologii sterowania numerycznego możliwa stała się automatyzacja wielu procesów technologicznych, a także zwiększenie ich skali. Czym dokładnie są maszyny CNC, jak działają oraz do czego mogą być wykorzystywane?

Maszyna CNC – co to jest?

Aby zrozumieć, czym jest CNC, warto przyjrzeć się ich pełnej nazwie – Computerized Numerical Control, czyli komputerowe sterowanie numeryczne. To technologia, w której maszyny sterowane numerycznie wykonują zaprogramowane operacje na materiałach – obróbka CNC to najczęściej  cięcie, frezowanie, toczenie lub wiercenie.

Maszyny CNC działają automatycznie – interpretują dane cyfrowe i przekształcają je w precyzyjne ruchy mechaniczne. Ich podstawową zaletą jest zdolność do wielokrotnego wykonywania tej samej operacji z niezmienną dokładnością, co jest trudne do osiągnięcia przy tradycyjnej, ręcznej obróbce.

Jak działa maszyna CNC?

Choć jak wspomnieliśmy, maszyny CNC działają samoistnie, konieczne jest wcześniejsze jej zaprogramowanie (czym zajmuje się programista maszyn CNC), a także późniejsza obsługa (związana na przykład z umieszczaniem materiału do obróbki czy bieżącej kontroli parametrów. Tym zajmuje się operator maszyn CNC.

Maszyna CNC działa na podstawie programu komputerowego, najczęściej napisanego w języku G-code. Programista, tworząc tzw. G kody CNC,  określa przede wszystkim:

  • parametry ruchu narzędzi, 
  • głębokość cięcia,
  • prędkości obrabiania (np. cięcia),
  • inne szczegóły procesu technologicznego.

Programista (lub też operator, jeśli posiada odpowiednią wiedzę) wprowadza projekt – zwykle w formie modelu CAD – a następnie konwertuje go na instrukcje, które maszyna może zinterpretować i wykonać.

Więcej na ten temat przeczytasz w naszym artykule: Programowanie CNC – na czym polega? Proces, oprogramowanie i metody.

Obrabiarka CNC – jak zbudowana jest taka maszyna? 

Jak już wspomnieliśmy, obrabiarki CNC to szeroka grupa urządzeń, ale najczęściej budowa maszyn CNC opiera się na kilku zasadniczych komponentach:

  • Układ sterowania (komputer z oprogramowaniem) – niejako mózg całego systemu, odpowiada za interpretację kodu G (czyli wspomnianego języka programowania maszyn CNC).
  • System napędowy (napędy silnikowe) – obejmuje silniki krokowe lub serwomotory, które napędzają ruchy osi maszyny. Mechanizmy takie jak śruby kulowe lub prowadnice liniowe konwertują ruch obrotowy na liniowy, co pozwala na bardzo dokładne pozycjonowanie narzędzi.
  • Prowadnice liniowe – są istotnym elementem, ponieważ bez nich stabilny ruch osi maszyny byłby niemożliwy.  Gwarantują dokładność obróbki, minimalizują wibracje, wstrząsy i inne ruchy ograniczające płynność mechanizmu.
  • Jednostki wykonawcze (narzędzia robocze)  – to między innymi wrzeciona, noże czy głowice tnące. Narzędzia te można uruchamiać lub wstrzymywać w zależności od bieżących potrzeb, przede wszystkim w odniesieniu do obrabianego materiału i kształtu, który chcemy uzyskać.

To najważniejsze elementy każdej maszyny sterowanej numerycznie, ale wchodząc bardziej w szczegóły, możemy wyróżnić kolejne elementy, takie jak: 

  • Urządzenia wejściowe – które pozwalają na wprowadzenie programu CNC do maszyny. W zależności od rodzaju maszyny mogą być to klawiatury, porty USB, specjalne czytniki lub inne urządzenia.
  • Systemy i urządzenia kontrolujące – takie jak czujniki tworzące system sprzężenia zwrotnego, które nieustannie monitorują pracę maszyny i mogą na bieżąco dostosowywać jej działanie. Czujniki mogą też ostrzegać o różnego typu błędach lub nieprawidłowościach.

Maszyny CNC mogą się oczywiście różnić między sobą budową i zastosowanymi rozwiązaniami. Niezależnie od tego, dobrze zaprojektowana konstrukcja umożliwia dokładne pozycjonowanie narzędzia roboczego w przestrzeni roboczej. Ważnym elementem konstrukcji jest też solidna podstawa, która zapewnia stabilność – mimo bardzo silnych drgań wewnątrz maszyny.

Zastosowanie maszyn CNC w przemyśle

Najważniejszy wkład maszyn CNC dla współczesnego przemysłu? Przede wszystkim elastyczność, wydajność, a także możliwość uniwersalnego zastosowania. Używa się ich w niemal każdej branży produkcyjnej: od motoryzacji, przez lotnictwo i elektronikę, aż po medycynę i jubilerstwo. Frezarki CNC, tokarki, elektrodrążarki czy laserowe przecinarki to tylko niektóre z typów urządzeń, które pozwalają relatywnie szybko i łatwo nadać pożądany kształt różnym materiałom – co obejmuje na przykład metal, drewno i różnego typu tworzywa.

Przykładowo, w przemyśle motoryzacyjnym obrabiarki CNC wykonują różnego typu komponenty tworzące silniki i mechanizmy, a w branży elektronicznej – tworzenie zaawansowanych układów scalonych z dokładnością mierzoną w mikronach.

Sterowanie numeryczne maszynami – najważniejsze zalety 

Jedną z największych korzyści płynących z wykorzystania maszyn CNC jest ich zdolność do pracy bez nadzoru przez dłuższy czas, a to:

  • zmniejsza koszty pracy,
  • pozwala zwiększyć wydajność,
  • znacząco ogranicza się ryzyko błędu ludzkiego – a tym samym ryzyko strat finansowych czy wypadków.

Maszyny CNC zapewniają też pełną powtarzalność operacji – każdy element wyprodukowany w ramach serii (na podstawie jednego programu i określonej konfiguracji) będzie identyczny.

Wszystko wskazuje na to, że technologia sterowania numerycznego pozostanie z nami jeszcze bardzo długo – maszyny CNC z każdym rokiem są coraz bardziej zaawansowane, co przekłada się na rosnącą optymalizację pracy zakładów produkcyjnych.