Płynny przesuw osi, wyższa wydajność i dłuższa żywotność narzędzi – tak w skrócie można opisać efekty zastosowania prowadnic hydrostatycznych w ciężkiej obróbce tytanu i stopów typu Inconel. Zamiast walczyć z drganiami, zużyciem i ograniczeniami klasycznych prowadnic, użytkownik otrzymuje stabilną, sztywną i niemal beztarciową bazę dla całego procesu skrawania.
Obróbka tytanu – dlaczego prowadnice hydrostatyczne robią różnicę?
W obróbce tytanu tempo usuwania materiału, stabilność procesu i koszt narzędzi są kluczowe. Maszyny serii STC od lat uchodzą za standard w obróbce części konstrukcyjnych, wielopłaszczyznowych komponentów i obudów stosowanych w przemyśle lotniczym oraz energetycznym.
Dzięki połączeniu jednoczesnej 5-osiowej ciężkiej obróbki, wysokiej sztywności oraz mocnych wrzecion z przekładnią, możliwe jest stabilne skrawanie wymagających materiałów – szczególnie tytanu i Inconelu. Kompaktowa głowica frezarska umożliwia stosowanie krótkich narzędzi, co dodatkowo poprawia sztywność układu i przekłada się na wyższą wydajność.
Aby jeszcze bardziej zwiększyć potencjał maszyn do pracy z tytanem, konstruktorzy postawili na prowadnice hydrostatyczne, które znacząco wpływają na sztywność, tłumienie drgań i możliwość zwiększenia parametrów skrawania.
Hydrostatyka zamiast tarcia – klucz do wydajniejszej obróbki
Testy porównawcze jednoznacznie pokazały, że pod względem tłumienia drgań prowadnice hydrostatyczne wyraźnie przewyższają inne rozwiązania. To właśnie drgania ograniczają możliwą głębokość skrawania, skracają żywotność narzędzi i pogarszają jakość powierzchni – szczególnie w obróbce twardych, trudnoskrawalnych materiałów.
W przeszłości stosowanie hydrostatyki często wiązało się z ograniczoną dynamiką maszyn. Obecne konstrukcje rozwiązują ten problem – nowa generacja centrów obróbczych łączy zalety prowadnic hydrostatycznych z wysoką dynamiką osi, co w bezpośredni sposób wspiera agresywną obróbkę zgrubną tytanu.
Jak działa prowadnica hydrostatyczna w centrum obróbczym?
Serce systemu stanowi cienka, lecz stabilna warstwa oleju pomiędzy elementami prowadnicy a łożem maszyny. Olej pod wysokim ciśnieniem tworzy film, który oddziela od siebie powierzchnie współpracujące. W praktyce oznacza to:
- brak bezpośredniego kontaktu między elementami prowadzącymi,
- ruch wózka bez tarcia,
- brak klasycznego zużycia ściernego,
- znakomite tłumienie drgań generowanych podczas obróbki.
Duża powierzchnia nośna oraz zastosowanie układu z wstępnie naprężonymi prowadnicami jeszcze bardziej zwiększa sztywność konstrukcji. W efekcie cała oś zachowuje się stabilniej przy dużych obciążeniach, co ma bezpośrednie przełożenie na jakość i tempo obróbki.
Dla porównania:
- prowadnice hydrodynamiczne wymagają najpierw ruszenia z miejsca, aby stworzyć warstwę olejową – w fazie startu występuje tarcie statyczne i tzw. efekt stick-slip,
- prowadnice ślizgowe generują wysokie tarcie, mocno się nagrzewają i zużywają,
- prowadnice rolkowe oferują mniejsze tarcie i zużycie niż ślizgowe, ale są mniej sztywne, gorzej tłumią drgania i mogą przenosić mikrodrgania na obrabianą powierzchnię.
Hydrostatyka eliminuje większość tych problemów – oś porusza się płynnie, stabilnie i bez efektu szarpania.
Obróbka zgrubna tytanu – nawet trzykrotnie większa głębokość skrawania
Największy efekt zastosowania prowadnic hydrostatycznych widać podczas obróbki zgrubnej. Dzięki wysokiej sztywności i skutecznemu tłumieniu drgań można zwiększyć głębokość skrawania nawet kilkukrotnie w porównaniu z prowadnicami rolkowymi.
W praktyce oznacza to:
- znaczne skrócenie czasu obróbki zgrubnej,
- stabilny proces skrawania bez gwałtownych wibracji,
- możliwość „pójścia w parametry”, które przy klasycznych prowadnicach byłyby zbyt ryzykowne.
Operatorzy testujący maszynę zwracali uwagę, że przy obróbce tytanu poziom hałasu i odczuwalnych drgań był zaskakująco niski – dopiero spojrzenie do wnętrza przez okno wziernikowe pokazywało, że narzędzie realnie usuwa duże ilości materiału i generuje grube wióry.
Obróbka wykańczająca – lepsza jakość powierzchni i wyższa dynamika osi
Nowa wersja centrum STC 1250 HD wykorzystuje prowadnice hydrostatyczne nie tylko w obróbce zgrubnej, ale także w wykańczającej. Zwiększona sztywność zmniejsza przechyły kolumny i ogranicza nagłe szarpnięcia podczas szybkich ruchów.
Wzmocniono również układ napędowy osi – zastosowanie śruby kulowej o większej średnicy przekłada się na wyższą sztywność w kierunku osiowym, co pozwala osiągać:
- wyższe prędkości przejazdowe,
- większe przyspieszenia,
- szybsze i bardziej precyzyjne ruchy w pięciu osiach.
To z kolei skraca całkowity czas obróbki wykańczającej i poprawia powtarzalność jakości powierzchni, szczególnie w skomplikowanej 5-osiowej obróbce symultanicznej z częstymi zmianami kierunku.
Prowadnice hydrostatyczne a zużycie narzędzi i energii
W obróbce tytanu jednym z głównych składników kosztowych są narzędzia skrawające. Drgania powodują mikrowykruszenia, przegrzewanie krawędzi i konieczność częstszej wymiany płytek lub frezów.
Dzięki bardzo dobremu tłumieniu drgań w prowadnicach hydrostatycznych:
- narzędzia pracują stabilniej,
- można zwiększyć prędkości i posuwy bez skokowego wzrostu zużycia,
- realnie wydłuża się żywotność narzędzi, co przekłada się na oszczędności.
Dodatkowo krótszy czas obróbki zgrubnej i całego cyklu obróbki pozwala zmniejszyć łączne zużycie energii na detal. Nawet jeśli chwilowa moc pobierana podczas agresywnego skrawania jest wyższa, to sumarycznie maszyna pracuje krócej, mniej obciążając układ napędowy oraz instalacje pomocnicze (chłodziwo, hydraulika, pneumatyka, chłodzenie).
Minimalna konserwacja i wysoka niezawodność układu hydrostatycznego
Kolejną istotną zaletą jest niski poziom wymagań serwisowych. Ponieważ w prowadnicach hydrostatycznych nie ma tarcia bezpośredniego, elementy nie ulegają typowemu zużyciu jak w prowadnicach rolkowych, które zwykle co kilka–kilkanaście lat wymagają wymiany.
Układ hydrostatyczny zasilający prowadnice olejem pod wysokim ciśnieniem został zaprojektowany jako:
- łatwy do serwisowania,
- dobrze zabezpieczony przed brudem, wodą i wiórami (stalowe osłony teleskopowe oraz mieszki),
- wyposażony w filtrację i obieg oleju umożliwiający wychwytywanie zanieczyszczeń.
Stosowanie jednego rodzaju oleju hydrostatycznego również w innych elementach (np. w stołach obrotowych) upraszcza gospodarkę smarowniczą. System przewiduje też scenariusze awaryjne – elementy z materiałów miększych pełnią funkcję „bezpieczników” i przejmują na siebie energię w przypadku nieprzewidzianego kontaktu, a ich wymiana jest stosunkowo prosta.
Wyższy koszt zakupu, niższy koszt detalu
Nie da się ukryć, że prowadnice hydrostatyczne są rozwiązaniem droższym niż prowadnice rolkowe, co przekłada się na wyższą cenę zakupu maszyny. Z punktu widzenia użytkownika kluczowe są jednak koszty jednostkowe w dłuższym okresie.
Dzięki:
- krótszym czasom obróbki,
- możliwości zwiększenia głębokości i prędkości skrawania,
- wydłużonej żywotności narzędzi,
- mniejszemu zużyciu energii na detal,
- ograniczonej konieczności wymiany elementów prowadnic,
wyższa inwestycja w maszynę z prowadnicami hydrostatycznymi może zwrócić się w relatywnie krótkim czasie. W efekcie użytkownik otrzymuje rozwiązanie, które nie tylko podnosi wydajność obróbki tytanu i Inconelu, ale też realnie poprawia opłacalność całego procesu produkcyjnego.
