Toczenie CNC dzieli się na kilka podstawowych rodzajów: wzdłużne, poprzeczne, kopiowe, czołowe, kształtowe, stożkowe i gwintowe. Każdy z nich służy do wytwarzania innego typu powierzchni i geometrii. Nowoczesne centra tokarskie CNC pozwalają łączyć wiele technik w jednym zamocowaniu, co skraca czas produkcji i zwiększa dokładność. Wybór rodzaju toczenia zależy od kształtu detalu, wymaganych tolerancji i skali produkcji.

Toczenie wzdłużne – podstawa obróbki wałków i osi

Toczenie wzdłużne polega na przesuwaniu narzędzia równolegle do osi obrotu obrabianego przedmiotu. To najczęściej stosowana technika w produkcji wałków, osi, tulejek i śrub. Narzędzie skrawa materiał warstwami, redukując średnicę zewnętrzną na zadanej długości.

W toczeniu wzdłużnym można uzyskać zarówno stałą średnicę na całej długości detalu, jak i różne średnice w poszczególnych strefach – wystarczy zaprogramować odpowiednie kroki posuwu i głębokości skrawania. Jest to fundament toczenia CNC w produkcji części osiowosymetrycznych.

Typowe tolerancje osiągane w toczeniu wzdłużnym to IT7–IT8 (0,025–0,04 mm), a przy obróbce wykańczającej nawet IT6. Chropowatość powierzchni zależy od posuwu na obrót i promienia naroża płytki – mniejszy posuw i większy promień dają gładszą powierzchnię.

Toczenie poprzeczne – planowanie powierzchni czołowych

W toczeniu poprzecznym narzędzie przesuwa się prostopadle do osi obrotu przedmiotu. Technika ta służy do obróbki powierzchni czołowych, tworzenia rowków czołowych, precyzyjnego kształtowania końców wałków oraz odcinania gotowych elementów od pręta.

Planowanie czołowe jest często pierwszym krokiem obróbki – wyrównuje czoło detalu i zapewnia bazę wymiarową dla kolejnych operacji. W połączeniu z toczeniem wzdłużnym pozwala uzyskać gotowy detal bez zmiany zamocowania. To szczególnie ważne przy produkcji części seryjnych, gdzie czas i powtarzalność mają kluczowe znaczenie.

Odcinanie – jedna z operacji poprzecznych – wymaga specjalnych płytek odcinających o wąskiej krawędzi. Synchronizacja posuwu z prędkością skrawania zapobiega drganiom i wyłamaniu narzędzia przy przejściu przez środek detalu.

Toczenie kopiowe – odwzorowywanie złożonych profili

Toczenie kopiowe polega na tym, że narzędzie odwzorowuje zaprogramowany profil, powielając go na obrabianym materiale z wysoką powtarzalnością. W dawnych tokarkach służył do tego mechaniczny wzornik. W obrabiarkach CNC zastąpił go program sterujący jednocześnie osiami X i Z.

Technika ta sprawdza się przy produkcji detali o złożonych konturach osiowosymetrycznych – np. trzonków narzędzi, elementów hydraulicznych czy wałków wielostopniowych z przejściami łukowymi. Dzięki interpolacji dwuosiowej program CNC może odwzorować dowolny profil zaprojektowany w systemie CAD/CAM.

Toczenie kopiowe różni się od toczenia kształtowego tym, że skupia się na odtwarzaniu gotowego profilu zewnętrznego lub wewnętrznego, podczas gdy toczenie kształtowe częściej opisuje krótkie operacje z narzędziem kształtowym o stałym profilu. Przy produkcji części jednostkowych toczenie kopiowe CNC jest szczególnie opłacalne – eliminuje koszt wykonania wzornika.

Toczenie czołowe – obróbka dużych tarcz i pierścieni

Toczenie czołowe stosuje się do elementów, których średnica jest znacznie większa niż długość – takich jak tarcze, koła, pierścienie i podkładki. Detal mocuje się na planszajbie (tarczy czołowej), a narzędzie przesuwa się od obrzeża ku środkowi lub w przeciwnym kierunku.

Ze względu na duże średnice obróbka wymaga zmiennej prędkości obrotowej wrzeciona – przy stałej prędkości skrawania obroty rosną w miarę zbliżania się narzędzia do centrum. Nowoczesne centra CNC realizują tę funkcję automatycznie (stała prędkość skrawania – CSS).

Do toczenia czołowego elementów o bardzo dużej masie lub średnicy lepiej nadają się pionowe centra tokarskie. Detal leży poziomo na stole obrotowym, co ułatwia mocowanie i eliminuje ryzyko ugięcia pod własnym ciężarem. Poziome tokarki CNC sprawdzają się w toczeniu czołowym mniejszych detali w ramach złożonego cyklu obróbki.

Obtaczanie i wytaczanie – toczenie zewnętrzne i wewnętrzne

Obtaczanie to redukcja średnicy zewnętrznej, a wytaczanie – powiększanie otworów i średnic wewnętrznych. Oba procesy korzystają z tych samych zasad kinematycznych, różnią się kierunkiem działania narzędzia i jego geometrią.

Wytaczanie umożliwia uzyskanie precyzyjnych otworów o tolerancjach niedostępnych dla wiercenia. Narzędzie do wytaczania (wytaczak) pracuje wewnątrz otworu, co ogranicza jego sztywność – dlatego przy głębokich otworach stosuje się wytaczaki z tłumieniem drgań. Wytaczanie wewnętrzne to kluczowa operacja przy wytwarzaniu cylindrów, tulei i pierścieni łożyskowych.

Obtaczanie zewnętrzne, połączone z toczeniem wzdłużnym, jest podstawą większości operacji przy produkcji części maszyn i urządzeń – od prostych wałków po złożone trzpienie z wieloma stopniami średnic.

Toczenie kształtowe i stożkowe CNC

Toczenie kształtowe – profile niecylindryczne

Toczenie kształtowe CNC pozwala uzyskiwać profile niecylindryczne: wypukłości, wklęsłości, łuki i przejścia o złożonej geometrii. Realizuje się je przez interpolację dwóch osi sterowanych numerycznie, co umożliwia płynne prowadzenie narzędzia po dowolnej krzywej.

Przykłady zastosowań to: gałki, uchwyty, elementy armatury, wały korbowe. Toczenie kształtowe jest naturalną częścią każdego nowoczesnego cyklu toczenia metali na centrum CNC – programista definiuje profil w kodzie G lub bezpośrednio z pliku CAM.

Toczenie stożków na CNC

Toczenie stożkowe polega na jednoczesnym sterowaniu posuwem wzdłużnym (oś Z) i poprzecznym (oś X), co daje narzędziu ruch ukośny względem osi obrotu. Wynikiem jest powierzchnia stożkowa o zaprogramowanym kącie.

Na starszych tokarkach stożki uzyskiwano przez mechaniczne odchylenie suportu. W centrach CNC wystarczy zdefiniować kąt stożka w programie – maszyna automatycznie skoordynuje ruchy obu osi. Toczenie stożkowe różni się od kopiowego tym, że dotyczy wyłącznie prostoliniowej powierzchni zbieżnej, podczas gdy toczenie kopiowe może odwzorowywać złożone krzywe.

Toczenie gwintów i radełkowanie CNC

Toczenie gwintów CNC

Nacinanie gwintów na tokarce CNC odbywa się przez synchronizację obrotów wrzeciona z posuwem narzędzia – jeden obrót przedmiotu odpowiada dokładnie jednemu skokowi gwintu. Metoda ta pozwala wykonywać gwinty metryczne, calowe, trapezowe i specjalne w klasie dokładności 6g/6H lub wyższej.

Toczenie gwintów CNC jest dokładniejsze i szybsze niż gwintowanie ręczne lub gwintownikami. Możliwe jest nacinanie gwintów wielozwojowych, lewoskrętnych oraz o niestandardowym skoku – wystarczy zmienić parametry w programie. Operacja ta wchodzi w zakres kompleksowej obróbki skrawaniem na centrum tokarskim.

Radełkowanie na tokarce CNC

Radełkowanie to nanoszenie regularnej tekstury (proste lub krzyżowe rowkowanie) na powierzchnię obrotową w celu poprawy chwytu lub uzyskania efektu estetycznego. Realizuje się je za pomocą radełka dociskanego do obracającego się detalu lub – w nowszych rozwiązaniach – przez frezowanie radełkowania na centrum tokarsko-frezarskim.

Łączenie technik toczenia w jednym zamocowaniu

Nowoczesne centra tokarskie CNC pozwalają wykonać wiele różnych operacji toczenia bez zmiany mocowania detalu. W jednym cyklu można kolejno: planować czoło (toczenie poprzeczne), toczyć wzdłużnie różne stopnie średnic, wytoczyć otwór, naciąć gwint i wykonać rowek czołowy.

Eliminuje to błędy wynikające z wielokrotnego przekładania detalu i skraca czas produkcji. Szczególnie centra tokarskie z osią Y i wrzecionem narzędziowym łączą toczenie CNC z frezowaniem i wierceniem mimośrodowym. Dla produkcji złożonych detali to duża przewaga nad toczeniem na maszynach konwencjonalnych.

Warto zauważyć, że dobór odpowiednich technik toczenia wpływa bezpośrednio na chropowatość i tolerancje. Operacje zgrubne wykonuje się z dużym posuwem i głębokością skrawania, wykańczające – z małym posuwem i dużą prędkością. Często po toczeniu wykańczającym stosuje się szlifowanie metali w celu uzyskania najwyższej klasy chropowatości.

Najczęściej zadawane pytania

Czy na jednej tokarce CNC można wykonać kilka rodzajów toczenia w jednym zamocowaniu?

Tak, nowoczesne centra tokarskie CNC łączą toczenie wzdłużne, poprzeczne, kopiowe, gwintowe i inne operacje w jednym programie i bez zmiany mocowania detalu. Dzięki temu eliminuje się błędy wynikające z przekładania przedmiotu i skraca czas cyklu. Centra z osią Y dodatkowo umożliwiają frezowanie i wiercenie mimośrodowe w tym samym zamocowaniu.

Jakie cechy geometryczne detalu decydują o wyborze toczenia kopiowego zamiast kształtowego?

Toczenie kopiowe stosuje się, gdy detal ma rozbudowany profil zewnętrzny lub wewnętrzny, który należy odwzorować w całości – np. złożony kontur wałka wielostopniowego z przejściami łukowymi. Toczenie kształtowe częściej opisuje krótkie operacje wykonywane narzędziem o stałym profilu (np. rowek o specjalnym kształcie). W praktyce na centrach CNC granica między tymi technikami zaciera się – obie realizuje się przez interpolację osi X i Z.

W jakich sytuacjach toczenie czołowe na pionowym centrum tokarskim jest korzystniejsze niż na tokarce poziomej?

Pionowe centrum tokarskie jest korzystniejsze przy elementach o dużej masie i średnicy – takich jak tarcze, koła zębate czy pierścienie łożyskowe. Detal leży poziomo na stole obrotowym, co ułatwia mocowanie i zapobiega ugięciu pod własnym ciężarem. Na poziomej tokarce CNC takie elementy byłyby trudniejsze do stabilnego zamocowania i bardziej narażone na drgania podczas obróbki.

Czym różni się toczenie stożkowe od toczenia kopiowego przy obróbce powierzchni zbieżnych?

Toczenie stożkowe dotyczy wyłącznie prostoliniowej powierzchni zbieżnej – narzędzie porusza się po prostej ukośnej linii przez jednoczesne sterowanie osiami X i Z. Toczenie kopiowe może odwzorowywać dowolny profil, w tym stożki, ale również łuki, wklęsłości i złożone kontury. Jeśli powierzchnia zbieżna jest prosta i ma stały kąt, wystarczy operacja stożkowania. Gdy profil jest bardziej złożony, stosuje się toczenie kopiowe z pełną interpolacją dwuosiową.

Jak rodzaj toczenia wpływa na chropowatość uzyskanej powierzchni?

Chropowatość zależy od posuwu na obrót, promienia naroża płytki i prędkości skrawania – parametrów, które różnią się w zależności od rodzaju operacji. Toczenie wzdłużne wykańczające z małym posuwem i dużym promieniem naroża daje najgładszą powierzchnię (Ra 0,8–1,6 µm). Toczenie poprzeczne przy odcinaniu lub rowkowaniu generuje wyższe wartości Ra ze względu na mniejszą sztywność układu. Wytaczanie otworów przy długich wytaczakach może dawać gorsze wyniki z powodu drgań narzędzia – rozwiązują to wytaczaki z tłumieniem drgań lub redukcja posuwu.

Paweł FilarczykLinkedIn