Home / Co to jest CNC?

Co to jest CNC?

Co to jest CNC?

Rys historyczny

Analizując historię i znaczenie obróbki CNC, widzimy niesamowitą ścieżkę innowacji i postępu technicznego. Od jej wczesnych etapów w latach 40. XX wieku aż po dzisiejszą rolę jako fundamentu nowoczesnej produkcji, CNC nieustannie się rozwijało, wpływając na sposób pracy i produkcji w przemyśle. Znaczenie CNC sięga daleko poza przemysł produkcyjny; miało ono istotny wpływ na rozwój takich branż jak lotnictwo, motoryzacja i opieka zdrowotna, napędzając innowacje i podnosząc jakość produktów.

Wróć na górę

Kim byli pionierzy obróbki CNC?

Pionierami obróbki CNC byli wizjonerzy, którzy przewidzieli wpływ zautomatyzowanych systemów sterowania na produkcję. Byli nimi:
1.           John T. Parsons: Często nazywany ojcem obróbki CNC, Parsons wymyślił zastosowanie sterowania numerycznego w obrabiarkach. Jego współpraca z Massachusetts Institute of Technology (MIT) doprowadziła do opracowania pierwszych obrabiarek sterowanych numerycznie. Jego praca koncentrowała się przede wszystkim na produkcji łopat śmigłowców i złożonych komponentów lotniczych, a jego wkład został doceniony licznymi nagrodami, w tym od stowarzyszeń inżynierów produkcji.
2.           Frank L. Stulen: Współpracując z Parsonsem, Stulen odegrał kluczową rolę w udoskonaleniu koncepcji sterowania numerycznego. Jego wiedza techniczna i innowacyjne myślenie odegrały zasadniczą rolę w praktycznym zastosowaniu pomysłów Parsonsa, prowadząc do stworzenia pierwszych prototypów maszyn CNC.
Ich połączone wysiłki doprowadziły do powstania pierwszej maszyny CNC – eksperymentalnej frezarki zdolnej do produkcji części z niespotykaną precyzją i złożonością. Ta wczesna maszyna wykorzystywała technologię taśmy perforowanej, prekursora nowoczesnego programowania cyfrowego, do kierowania swoimi operacjami. Sukces tego projektu przyciągnął znaczną uwagę Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych, które sfinansowały dalsze badania i rozwój, przyspieszając postęp technologii CNC.

Historia obróbki CNC sięga pilnych potrzeb II wojny światowej. Zapotrzebowanie na złożone i precyzyjne części maszyn, szczególnie w przemyśle lotniczym i kosmicznym, stało się katalizatorem rozwoju tej technologii. Ponieważ wojna wymagała szybkiej produkcji wysokiej jakości komponentów, tradycyjne metody okazały się niewystarczające, co skłoniło innowatorów do poszukiwania zautomatyzowanych rozwiązań.
Pierwsza maszyna CNC, eksperymentalna frezarka, narodziła się w wyniku współpracy Johna Parsonsa i Franka L. Stulena w Parsons Corporation w Traverse City w stanie Michigan w 1952 roku.
Ich praca koncentrowała się na produkcji łopat helikopterów z dużą precyzją. Ta wczesna maszyna położyła podwaliny pod przyszły rozwój, stanowiąc znaczący kamień milowy w historii obróbki CNC.
Ich maszyna wykorzystywała aparaturę sterowaną silnikiem i systemy sterowania numerycznego, rodząca się forma tego, co obecnie znamy jako technologię CNC. Była wyposażona w obrabiarkę pozycjonującą, która mogła podążać za punktami wprowadzanymi do systemu na taśmie perforowanej, prekursor nowoczesnego programowania cyfrowego.
Genezę obróbki CNC (Computer Numerical Control) można prześledzić wstecz do lat 40. i 50. XX wieku, okresu naznaczonego znaczącym postępem technologicznym i rozwijającym się przemysłem wytwórczym. W tej epoce koncepcja zautomatyzowanej obróbki zaczęła nabierać kształtu, kładąc podwaliny pod to, co stało się monumentalną zmianą w procesach produkcyjnych.
Ewolucja ta była napędzana przede wszystkim potrzebą większej precyzji i wydajności w produkcji złożonych części, zwłaszcza dla przemysłu lotniczego i obronnego podczas II wojny światowej i po jej zakończeniu.
Rozwój komputerowego sterowania numerycznego był odpowiedzią na ograniczenia ręcznej obróbki skrawaniem i rosnące zapotrzebowanie na precyzyjne komponenty. Wprowadzenie aparatury sterowanej silnikiem i systemów sterowania numerycznego było przełomowym momentem w historii produkcji, umożliwiając maszynom wykonywanie operacji w oparciu o zaprogramowane instrukcje.
Ta automatyzacja była milowym krokiem w stosunku do tradycyjnych technik rzemieślniczych, które były powszechne przed pojawieniem się maszyn CNC. Główną motywacją do opracowania obróbki CNC były pilne potrzeby przemysłu wytwórczego w zakresie wyższej wydajności, precyzji i możliwości wytwarzania złożonych kształtów geometrycznych. Podczas drugiej rewolucji przemysłowej procesy produkcyjne przechodziły radykalną transformację, a technologia CNC pojawiła się jako rozwiązanie rosnącego zapotrzebowania na wysokiej jakości części w branżach takich jak lotnictwo, motoryzacja i elektronika użytkowa.
Specyficzne potrzeby, które doprowadziły do wynalezienia maszyn CNC, obejmowały:
– wymóg masowej produkcji złożonych części o wąskich tolerancjach.
– potrzebę stałej jakości i precyzji produkowanych części
– redukcję pracy ręcznej i związanego z nią błędu ludzkiego w procesach obróbki.
– rosnące zapotrzebowanie na szybsze tempo produkcji w celu zaspokojenia potrzeb przemysłu i konsumentów.

Wróć na górę

Kim jest operator CNC?

Można wyróżnić następujące poziomy zaawansowania (stanowiska) w dziedzinie CNC w kontekście stanowisk i rozwoju kariery zawodowej:

Poziom 1. Operator CNC – podstawowy.  
Zna co najmniej podstawowe zasady rysunku technicznego, metrologii warsztatowej oraz strukturę programu CNC. Jego obowiązki to załadowanie materiału, uchwytów, programów do obrabiarki CNC, reagowanie na zużycie narzędzi oraz alarmy (komunikaty) pochodzące z maszyny. Do jego zadań należy także opróżnianie pojemników z wiórami, kontrolowanie wymiarów i wprowadzanie korekt, aby utrzymać prawidłowe wymiary komponentów, a także monitorowanie zużycia narzędzi. Operator nasłuchuje pracy maszyny, obserwuje przestrzeń roboczą oraz pracę narzędzi. W razie potrzeby wzywa przełożonego. Odpowiada również za uzupełnianie chłodziwa i utrzymanie porządku na stanowisku pracy. Powinien kontrolować ilość wykonanych komponentów oraz stosować się do ogólnych i stanowiskowych przepisów BHP. Operator zaopatruje maszynę w materiał (półfabrykaty) i narzędzia, aby zapewnić ciągłość produkcji, a w razie braku materiałów zgłasza to do działu zaopatrzenia. Dba także o utrzymanie maszyny, przyrządów pomiarowych i narzędzi w należytym porządku. W zależności od specyfiki zakładu, zakres obowiązków może się rozszerzyć. Na przykład, w małych firmach operator często sam przygotowuje materiał, tnąc go wcześniej na pile. Zdarza się również, że operator nie mierzy narzędzi, gdy w firmie istnieje osobna komórka odpowiedzialna za tę czynność. Często operator kontroluje jedynie podstawowe wymiary elementów, które może zmierzyć ręcznie, natomiast trudniejsze wymiary są sprawdzane w dziale kontroli przy pomocy CMM (Coordinate Measuring Machines).

Poziom 2. Operator CNC – ustawiacz.  
Posiada wiedzę operatora CNC z poziomu podstawowego, ale dodatkowo zna bardziej zaawansowane zagadnienia z zakresu rysunku technicznego, karty technologicznej i programu obróbki. Potrafi przygotować maszynę do pracy, a dowodem na to jest wykonywanie stabilnych i poprawnych elementów oraz uzyskanie pozytywnej opinii z działu kontroli jakości. Przygotowanie to polega na uzbrojeniu maszyny w narzędzia, imadła (uchwyty) a także załadowanie programu obróbki NC przygotowanego przez programistę/technologa. Ustawiacz zna bardzo dobrze strukturę programu obróbki i na jego podstawie dokonuje wdrożenia detalu.  Czynności te wykonuje zgodnie z kartą technologiczną.  Jeśli w firmie nie ma działu kontroli, ustawiacz bierze na siebie odpowiedzialność za weryfikację wyników pomiarowych wykonanego komponentu. Warto wtedy sprawdzić swoje pomiary i dać element do weryfikacji innej osobie posiadającej odpowiednie kompetencje, co nazywane jest tzw. double-check.

Poziom 3. Operator CNC – technolog programista.  
Posiada wiedzę z poziomów 1 i 2, a także potrafi, na podstawie rysunku technicznego, przygotować program obróbki technologicznej wraz z kartą technologiczną. Do pisania programu wykorzystuje się bezpośrednio układ sterowania, np. Fanuc lub Sinumerik, na maszynie CNC, albo narzędzia wspomagające programowanie na komputerze PC, takie jak Cimco Edit.

Poziom 4. Inżynier CAM.  
Powinien posiadać wiedzę i doświadczenie z zakresu poziomów 1-3. Za pomocą aplikacji inżynierskich CAM (Computer Aided Manufacturing) wspomagających produkcję, wykonuje program obróbki technologicznej wraz z kartą technologiczną. Inżynier CAM często potrafi zamodelować planowany detal przy użyciu aplikacji inżynierskich typu CAD oraz przygotować rysunek wykonawczy. Posiada on szeroką, dogłębną wiedzę na temat układów, rodzajów oraz parametrów technicznych maszyn CNC w firmie (moc, ilość osi, wydajność). Aplikacje CAM umożliwiają mu, za pomocą odpowiednich postprocesorów, eksportowanie dokumentacji technologicznej wraz z programem na konkretną maszynę. Inżynier CAM często współpracuje z kierownikiem zakładu, uczestnicząc w planowaniu produkcji.

Należy zaznaczyć, że powyżej wymienione zostały podstawowe obowiązki na poszczególnych poziomach, które mogą mieć dłuższą listę w zależności od struktury firmy.

Ponadto, znajomość obsługi frezarek i tokarek konwencjonalnych jest dodatkowym atutem dla operatora CNC, gdyż zapewnia praktyczne doświadczenie w obróbce oraz lepsze zrozumienie narzędzi i procesów. Nie jest to jednak wymagana wiedza do pracy na maszynach CNC, gdzie kluczowe są umiejętności programowania i obsługi nowoczesnych systemów sterowania.

Wróć na górę

Przykładowy dzień pracy Operatora CNC

Celem Operatora – Podstawowy (poziom 1) ostatecznie jest wykonanie jak największą ilość detali na koniec zmiany. Zatem pozornie może praca Operatora może wydawać się podobna do osoby, która pracuje na linii produkcyjnej jednak jest z goła zupełnie inaczej.
Operator ma znacznie szerszy zakres obowiązków, a co za tym idzie odpowiedzialności i w pewnym sensie niezależności. Jest wiele zmiennych, które mogę mu sprzyjać w przyspieszeniu wykonywania komponentów, ale prawdopodobieństwo, że przerwanie zostanie ciągłość pracy maszyny jest równie wysokie, i to jest właśnie w dużej mierze zależne od operatora.
Bazując na własnym doświadczeniu z kilu firm, poniżej na grafice przedstawię typowy dzień pracy Operatora. Należy pamiętać, że przebieg pracy będzie się różnił w zależności od specyfikacji danego zakładu pracy niemniej jednak da to pewien zarys wykonywanej pracy na przestrzeni całej 8h zmiany.
Warto też dodać, że małych firmach może się zdarzyć się, że operator jest w zasadzie „wszystkim na raz” a więc od poziomu 1 do 4.
Innymi słowy, mając dostępne takie narzędzia jak aplikacje CAD/CAM modeluje proces następnie wdraża na maszynie i wykonuje wymaganą ilość sztuk. Nie mając narzędzi typu CAD/CAM program dla określonego detalu, wykonywany jest przy wykorzystaniu układu sterowania maszyny.
Omówię poniżej 8-godzinny dzień pracy dla Operatora podstawowego, czyli tego który obsługuje maszynę w celu zachowania ciągłości i stabilności pracy maszyny. Praca Operatora CNC – Ustawiacza, czy też Technologa Programisty różnic się będzie znacznie, gdyż te stanowiska, te osoby głownie wykonują swoje czynności jeszcze przed wprowadzeniem maszyny w prace ciągłą, działają w procesie przygotowawczym.

Wróć na górę

Stanowisko pracy Operatora CNC

Stanowisko pracy operatora CNC powinno być przede wszystkim zgodne z przepisami BHP. Może ono obejmować wiele elementów, ale ja skupię się głównie na tych podstawowych, tj. na wyposażeniu podstawowego stanowiska operatora CNC oraz na niezbędnych narzędziach, poradnikach i innych elementach, które powinny być łatwo dostępne dla operatora.
Na początek, warto zauważyć, że na podłodze stanowiska pracy często znajduje się specjalna mata wykonana z gumy lub drewna, która amortyzuje powierzchnię, poprawiając komfort pracy i zmniejszając obciążenie stawów operatora maszyny CNC w dłuższej perspektywie czasowej. Obrabiarki CNC często pracują pod dużym obciążeniem, co generuje wibracje w podłożu, a maty pomagają zminimalizować ich wpływ na operatora.
Na stanowisku pracy znajduje się również stół roboczy często wyłożony gumową matą, służący do układania detali oraz do pomiarów. Cięższe prace, takie jak użycie pilnika, uderzenia młotkiem czy dokręcanie/odkręcanie elementów, najczęściej wykonuje się na specjalnym stole do tego przystosowanym.
Każde stanowisko posiada skrzynkę narzędziową przypisaną do maszyny, a operator często ma również swoją osobistą przenośną skrzynkę narzędziową.
Warto aby przy projektowaniu stanowiska dla operatora zadbać o:
– Wygodne krzesło ergonomiczne zapewniające odpowiednie wsparcie dla kręgosłupa.
– Oświetlenie dostosowane do precyzyjnej pracy, zapewniające dobrą widoczność detali i otoczenia maszyny.
– Dostęp do instrukcji obsługi maszyny oraz materiałów szkoleniowych w formie drukowanej lub elektronicznej.
– Strefę przeznaczoną na przechowywanie materiałów roboczych oraz gotowych produktów.
– Bezpieczny i wygodny dostęp do narzędzi pomiarowych, takich jak suwmiarki, mikrometry, czujniki itp.
– Możliwość regulacji wysokości stołu roboczego, aby dostosować go do indywidualnych potrzeb operatora.
– Bezpieczne miejsce na przechowywanie osobistych przedmiotów operatora, takich jak telefon, klucze, dokumenty, itp.
Dla lepszej organizacji i zrozumienia, opis wyposażenia podzieliłem na kilka głównych działów:
1. Wyposażenie bezpośrednie maszyny
  • Paleta na narzędzia: Element umożliwiający uporządkowanie i łatwy dostęp do narzędzi.
  • Chwytak do montażu narzędzi (tool-boy): Ułatwia montaż i demontaż narzędzi z maszyny.
  • Pistolet z chłodziwem i sprężonym powietrzem: Do chłodzenia oraz czyszczenia maszyny i obrabianych detali.
  • Zestaw podręcznych narzędzi: Klucze, śrubokręty, i inne narzędzia niezbędne przy maszynie.
  • Gumowa mata antypoślizgowa: Zwiększa bezpieczeństwo pracy przy maszynie.
2. Skrzynki narzędziowe i meble
  • Szafa stalowa i szafka mobilna: Do przechowywania narzędzi skrawających, podstawowych narzędzi warsztatowych, oraz oprawek do obrabiarki.
  • Pojemniki na drobne akcesoria: Na śrubki, podkładki itd.
  • Imadło warsztatowe, wiertarka bezprzewodowa, i stoły do prac operatorskich: Elementy umożliwiające wykonywanie dodatkowych prac przygotowawczych.
3. Pojemniki i kontenery
  • Pojemniki na materiał, wykonane detale, i wióry: Ułatwiają segregację i organizację przestrzeni pracy.
4. Wyposażenie „osobiste” operatora
Ochrona osobista
  • Skórzane rękawice: Zapewniają ochronę dłoni podczas podnoszenia ciężkich przedmiotów, chronią przed skaleczeniami i otarciami.
  • Gumowe rękawice: Używane przy pracach związanych z chłodziwem, chronią skórę przed substancjami chemicznymi.
  • Okulary ochronne: Niezbędne do ochrony oczu przed odpryskami metalu czy innymi cząstkami.
  • Zatyczki do uszu: Ochrona słuchu przed szkodliwym wpływem hałasu generowanego przez maszyny.
Narzędzia pomiarowe i pomocnicze
  • Suwmiarka, mikrometr: Narzędzia do dokładnych pomiarów wymiarów obrabianych elementów.
  • Linijka stalowa do 15 cm: Umożliwia szybkie mierzenie mniejszych odległości.
  • Lupa kieszonkowa jubilerska: Do szczegółowego oglądania detali i sprawdzania jakości wykończenia.
  • Ramię pomiarowe magnetyczne z czujnikiem zegarowym: Pozwala na precyzyjne pomiary i ustawienia na maszynie.
Środki do konserwacji i czyszczenia
  • WD40: Służy do ochrony przed korozją, odrdzewiania, zabezpieczenia powierzchni oraz czyszczenia.
  • Smar do gwintowania: Ułatwia proces tworzenia gwintów, chroni narzędzia skrawające.
  • Ścierki i ręczniki papierowe: Do utrzymywania czystości na stanowisku pracy oraz osuszania po użyciu płynów.
Narzędzia warsztatowe i pomocnicze
  • Młotek miękki i stalowy: Do kształtowania, montażu/demontażu elementów.
  • Pilnik warsztatowy do metalu: Do usuwania zadziorów i drobnych korekt kształtu obrabianych detali.
  • Zestaw śrubokrętów, imbusów: Do montażu i regulacji elementów maszyny oraz oprzyrządowania.
  • Okrawacz, ołówek, marker: Narzędzia pomocnicze do oznaczania i przygotowywania materiału.
  • Kalkulator naukowy: Przydatny przy obliczeniach parametrów obróbki.
  • Małe lusterko na teleskopie, szczelinomierz: Do inspekcji trudno dostępnych miejsc i sprawdzania luzów.
Dokumentacja i pomocnicze materiały
  • Rysunek techniczny, karta technologiczna: Niezbędne do prawidłowego wykonania zlecenia według specyfikacji.
  • Poradniki mechanika, zestaw małych poradników: Zawierają informacje o parametrach skrawania, normach, tolerancjach wymiarowych.
Charakterystyka przedmiotów
Przedmioty te są niezbędne do efektywnej i bezpiecznej pracy na stanowisku operatora CNC. Obejmują one szeroki zakres narzędzi od tych używanych bezpośrednio przy maszynie, przez narzędzia pomiarowe, po osobiste środki ochrony. Każdy z przedmiotów został zaprojektowany tak, aby spełniać konkretne funkcje w procesie obróbki skrawaniem, utrzymania czystości i organizacji miejsca pracy, jak również zapewnienia bezpieczeństwa i komfortu pracy operatora.

Wyposażenie przedstawione powyżej to przykładowy zestaw dla podstawowego stanowiska operatora CNC. Rzeczywiste wyposażenie może różnić się w zależności od zakładu pracy, jego specyfikacji, rodzaju produkcji, wielkości obrabiarek, a także od indywidualnych potrzeb i preferencji operatorów. Każdy zakład może mieć swoje unikalne wymagania dotyczące narzędzi, sprzętu ochronnego czy pomocniczych materiałów, które są dostosowane do specyfiki wykonywanych zadań, wielkości produkcji oraz rodzajów obrabianych materiałów.
Dlatego, choć wymienione narzędzia i akcesoria stanowią solidną bazę do wyposażenia stanowiska operatora maszyn CNC, w praktyce należy dopasować ten zestaw do konkretnych warunków pracy. W niektórych przypadkach konieczne może być dodanie specjalistycznych narzędzi pomiarowych, bardziej zaawansowanego sprzętu ochronnego, czy dodatkowych urządzeń pomocniczych, aby zapewnić optymalną wydajność pracy oraz zachować wysoki poziom bezpieczeństwa.

Wróć na górę

Co to jest Obrabiarka CNC? Definicja oraz rodzaje maszyn CNC

Maszyny CNC (Computer Numerical Control) to zaawansowane urządzenia przemysłowe sterowane komputerowo. Wykorzystują kod numeryczny (G-code, norma RS-274D w USA, ISO 6983 – większość krajów, DIN 66025 – EUROPA) do precyzyjnego kierowania narzędziem skrawającym w procesie obróbki materiałów, takich jak metal czy plastik. CNC zapewniają wysoką dokładność, powtarzalność i efektywność produkcji, umożliwiając tworzenie skomplikowanych kształtów. Są powszechnie używane w obróbce skrawaniem, frezowaniu, toczeniu i innych operacjach. CNC rewolucjonizują produkcję, eliminując potrzebę ręcznego sterowania maszynami, co zwiększa efektywność i redukuje błędy wykonawcze.
Maszyny te obsługiwane są przez Operatorów CNC którzy wdrażają technologię wykonania komponentu na podstawie dokumentacji technologicznej tj. rysunek techniczny czy też karta technologiczna.
Dziedzina CNC  w zakresie wyprodukowania elementu  obróbką skrawaniem obejmuje co najmniej cztery obszary wiedzy którą Operator CNC powinien posiadać lub rozwijać w trakcie nabywania doświadczenia tj. znajomość rysunku technicznego, obsługi maszyn CNC, metrologii warsztatowej ale także materiałoznawstwa.
Mimo iż w tym szkoleniu zajmujemy tylko frezarkami i tokarkami CNC to w istocie maszyn CNC, ich rodzajów jest wiele.

Wróć na górę