Smarowanie i jego rola w obróbce CNC

Smarowanie obok chłodzenia ma kluczowe znaczenie dla efektywnego i niezawodnego funkcjonowania urządzeń mechanicznych. Zmniejsza tarcie i zużycie ruchomych elementów, zapewniając doskonałą wydajność. Dzięki temu praca maszyn CNC jest płynna, a ich żywotność znacznie wydłużona. Smarowanie jest więc niezbędne do zwiększenia produktywności. Jednocześnie wymogi ochrony środowiska, jak i ograniczenie kosztów operacyjnych zmuszają producentów do ciągłego szukania sposobów na zmniejszenie zużycia środków smarnych.

Spis treści:

1. Dlaczego smarowanie jest tak ważne w pracy maszyn CNC?
2. Podstawowy podział substancji odpowiedzialnych za smarowanie
3. Ręczne systemy smarowania
4. Automatyczne systemy smarowania
5. Co zapewni najlepsze smarowanie?
6. Jak dobrać odpowiednie smarowanie?

Dlaczego smarowanie jest tak ważne w pracy maszyn CNC?

Stosowanie środków smarnych pomaga w lepszej efektywności energetycznej i chroni obrabianą powierzchnię, narzędzia i elementy obrabiarki przez korozją. Dodatkowo smarowanie schładza i odprowadza wióry z dala od obszaru skrawania, usuwając zanieczyszczenia w postaci ciekłej, a nie jako cząstki unoszące się w powietrzu. Niski współczynnik tarcia środka smarnego ułatwia usuwanie wiórów z obrabianej powierzchni. Może to skutkować narzędziem z mniejszym narostem na krawędzi i lepszym polerowaniem powierzchni.

W sytuacji, gdy części maszyny poruszają się względem siebie, powstaje tarcie. Generuje ono ciepło i powoduje zużycie, co prowadzi do nieefektywności operacyjnej, zwiększonego zużycia energii i skrócenia żywotności części maszyny. Na tym właśnie etapie do akcji wkracza smarowanie. Gwarantuje ono barierę smarną – czy to olejem, smarem plastycznym, czy mieszanką powietrza i oleju – która tworzy barierę między ruchomymi elementami. Ta warstwa smaru znacząco zmniejsza tarcie, reguluje generowanie ciepła i ogranicza zużycie. Pozwala to nie tylko na bardziej płynną i wydajną pracę, ale także zmniejsza potrzebę częstych napraw i wymian, co przekłada się na znaczne oszczędności. Dlatego układ smarowania jest niedocenianym elementem ochronnym, który utrzymuje maszyny w doskonałym stanie, zapewniając ich płynną i długotrwałą pracę.

Podstawowy podział substancji odpowiedzialnych za smarowanie

Środki smarne dzielą się na oleje proste i rozpuszczalne w wodzie. Oleje proste zapewniają lepsze właściwości smarne i odporność na korozję, ale ich brak zdolności chłodzenia może powodować powstawanie niebezpiecznej dla zdrowia pracownika mgły. Tracą skuteczność przy dużych prędkościach i są bardziej skuteczne przy umiarkowanych szybkościach skrawania. Oleje rozpuszczalne w wodzie zmniejszają tarcie między narzędziem, wiórami i przedmiotem obrabianym. Mogą być wykonane z oleju roślinnego, zwierzęcego lub mineralnego (na bazie ropy naftowej). Podczas skrawania z dużą prędkością oleje rozpuszczalne w wodzie sprawdzają się lepiej niż proste. Stężenie wody zwiększa przewodność cieplną i ciepło właściwe, umożliwiając chłodziwu pochłanianie ciepła z procesu obróbki, co skutkuje obniżeniem temperatury. Woda jednak sprzyja rozwojowi bakterii i grzybów, co trzeba mieć na uwadze.

Istotną rolę odgrywają również smary stałe, czyli substancje w stałej matrycy, w tym dwusiarczek molibdenu, dwusiarczek wolframu oraz grafit i jego formy alotropowe. Smarowanie takie jest idealne do prac obróbkowych, które przebiegają prawidłowo przy dużych obciążeniach ze względu na silne rozpraszanie ciepła i przewodność cieplną przez smary. Mają one również wyższy zakres temperatur niż smary na bazie oleju. Są skuteczne w utlenianiu do 350°C, mają niskie tarcie i odporność na zużycie, ze względu na łatwość z jaką ich warstwy mogą się przesuwać względem siebie. Smarowanie tego typu jest stosowane w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym, czyli w branżach, w których może dojść do zanieczyszczeń produktu lub środowiska. Służą do konserwacji lub smarowania niewidocznych lub trudno dostępnych miejsc czy zapewnieniu dłuższego przechowywania. Ponadto mogą być stosowane jako dodatki do olejów smarownych.  

Ręczne systemy smarowania

Smarowanie w obrabiarkach CNC może być ręczne lub automatyczne. To, jaki rodzaj systemu smarowniczego zostanie zastosowany zależy od specyficznych potrzeb maszyny. Smarowanie z wykorzystaniem ręcznych systemów jest proste i w przystępnej cenie i jest preferowane do mniejszych lub mniej skomplikowanych obrabiarek. Systemy ręczne składają się z trzech zasadniczych elementów:

• zbiornika do przechowywania smaru,
• pompy umożliwiającej jego cyrkulację,
• dysz do dostarczenia smaru do wymaganych podzespołów.

Operator ma za zadanie kontrolowanie, dozowanie środka smarnego, uzupełnianie zbiornika oraz częste uruchamianie pompy. Wymaga to ciągłej uwagi i zaangażowania czasowego operatora. Dlatego systemy ręczne idealnie nadają się do maszyn, które nie są eksploatowane w sposób ciągły i intensywny, a zapotrzebowanie na smarowanie jest umiarkowane.

Automatyczne systemy smarowania

Wraz z rozwojem technologii CNC wzrosła również złożoność, wielkość i częstotliwość użytkowania maszyn, a tym samym wzrosło zapotrzebowanie na bardziej precyzyjne i regularne smarowanie. W takich przypadkach automatyczne systemy smarowania stają się nieocenione. Systemy te znacznie przewyższają systemy ręczne, gdyż składają się z bardziej rozbudowanej konfiguracji, obejmującej zbiornik smaru, pompę, sterownik i szereg dysz. Sterownik pełni funkcję centrum sterowania, monitorując zapotrzebowanie maszyny na smar i instruując, kiedy i gdzie należy go zastosować. Smarowanie automatyczne oferuje również znaczną przewagę nad ręcznym pod względem precyzji i regularności. Zmniejsza ryzyko błędu ludzkiego lub niedopatrzenia, oszczędzając operatorom czasu i wysiłku, który mogą wykorzystać gdzie indziej. Ponadto ich zdolność do zapewnienia spójnego i optymalnego smarowania pomaga wydłużyć żywotność maszyny, co czyni je opłacalną inwestycją pomimo wyższych kosztów początkowych.

Co zapewni najlepsze smarowanie?

Wybór odpowiedniego środka smarnego jest równie istotny, jak sprawny system smarowania w obrabiarce CNC. Smar, który działa jako mediator między ruchomymi częściami maszyny, bezpośrednio wpływa na jej wydajność, żywotność i efektywność energetyczną. Dlatego wybór środka smarnego dopasowanego do specyficznych potrzeb i środowiska pracy maszyny CNC jest kluczowy. Jakie są główne typy środków smarnych?

• smary olejowe mają doskonałą smarowność oraz skuteczne właściwości rozpraszania ciepła wytwarzanego przez elementy maszyn, zmniejszają tarcie i usuwają wszelkie zanieczyszczenia, zapobiegając dalszemu ich zużyciu. Smarowanie nimi jest skuteczne w zastosowaniach wymagających dużej prędkości i wysokiej temperatury, gdzie szybkie rozpraszanie ciepła jest koniecznością. Z drugiej strony ich ciekły stan skupienia może czasami czynić je mniej odpowiednimi w zastosowaniach wymagających przylegania smaru do elementów lub pozostawania w bezruchu. Dlatego przy wyborze smaru należy wziąć pod uwagę zastosowanie, lepkość, lotność i odporność na utlenianie oleju,
• smary gęste z kolei są odpowiednie w zastosowaniach o niskiej prędkości lub dużym obciążeniu, gdyż ich stała lub półpłynna konsystencja pozwala im pozostać na miejscu, zapewniając długotrwałe smarowanie nawet w trudnych warunkach lub tam, gdzie częste smarowanie nie jest możliwe. Gęsty smar powstaje na bazie oleju i jest zagęszczany specjalną substancją, która uwalnia olej pod wpływem naprężeń mechanicznych. Doskonale sprawdza się w sytuacjach, w których konieczne jest uszczelnianie zanieczyszczeń, redukcja hałasu lub smarowanie elementów pionowych lub górnych. Smar taki nie nadaje się jednak do zastosowań wymagających dużych prędkości ze względu na potencjalne przegrzanie. Wybór odpowiedniego smaru musi uwzględniać lepkość oleju bazowego, rodzaj i ilość zagęszczacza oraz wszelkich dodatków poprawiających parametry. Czynniki te muszą być dostosowane do warunków pracy maszyny, w tym temperatury, prędkości, obciążenia i czynników środowiskowych,
• smarowanie mgłą olejowo-powietrzną jest obiecującym rozwiązaniem w dążeniu do bardziej zrównoważonych i wydajnych metod smarowania, gdyż dostarcza precyzyjną mieszankę powietrza i oleju do podzespołów maszyny. Zmniejsza ogólne zużycie oleju i zapewnia odpowiednie smarowanie, doskonałą penetrację i pokrycie, nawet w skomplikowanych maszynach. Niższa temperatura pracy wydłuża żywotność środka smarnego i części maszyn. Do tego takie smarowanie jest korzystne dla środowiska, gdyż znacznie redukuje straty oleju i koszty jego utylizacji. Jednak wdrożenie tego systemu wymaga specjalistycznego sprzętu i starannej kalibracji w celu uzyskania prawidłowego stosunku powietrza do oleju, co czyni go bardziej złożonym i kosztownym przedsięwzięciem.  

Jak dobrać odpowiednie smarowanie?

Prawidłowe dobranie środka smarnego jest kluczowe dla prawidłowego działania maszyny i zapewnienia jej optymalnej pracy. Przy wyborze należy wziąć pod uwagę kilka czynników:

• rodzaj maszyny i jej elementów np. do łożysk stosuje się zazwyczaj oleje, a do przekładni zębatych pasty smarne,
• warunki pracy maszyny, takie jak temperatura, ciśnienie czy wilgotność, które mają wpływ na właściwości środka smarnego,
• wymagania producenta maszyny, który z reguły zaleca konkretne środki smarne do swojego produktu, dlatego należy zapoznać się z instrukcją obsługi i zaleceniami producenta,
• normy i przepisy, które mogą obowiązywać w niektórych branżach np. spożywczej.

Po uwzględnieniu tych zależności należy wybrać odpowiedni środek smarny o właściwościach dobranych pod powyższe wskazania. Do najważniejszych zalicza się lepkość, odporność na wysokie temperatury czy właściwości antykorozyjne. Należy też pamiętać o regularnych kontrolach i wymianie środków smarnych, aby zapewnić jak najlepszą ochronę maszyn i przeciwdziałać ich zużyciu oraz uszkodzeniom.