Kiedy mówimy o niedostatkach obróbki narzędziami, to najczęściej mamy na myśli błędy popełnione przez człowieka. W tym sensie obdarzony sztuczną inteligencją komputer HAL 9000 z filmu „2001: Odyseja kosmiczna” miał rację: to ludzie stanowią największe zagrożenie dla powodzenia misji. W końcu za wywiercony pod złym kątem otwór nie można winić wiertarki, tylko jej użytkownika.

Nie zawsze jednak tak jest – w niektórych typach prac drgania, w jakie wpada samo narzędzie, stają się na tyle istotne, że mają wpływ na końcowy efekt. I nawet jeśli nie spotykamy się z tym problemem podczas robót domowych, to doskonale znane są one operatorom maszyn przemysłowych. Chodzi np. o tokarki, czyli urządzenia wykorzystywane do obróbki skrawaniem.

Z niepożądanymi drganiami operatorzy i producenci urządzeń radzą sobie na różne sposoby. – Podstawowym jest wolniejsza praca urządzenia. Problem polega na tym, że przemysł ciągle dąży do optymalizacji produkcji, z punktu widzenia której taka wolniejsza obróbka to marnotrawstwo mocy wytwórczych – tłumaczy dr inż. Łukasz Nowakowski z Politechniki Świętokrzyskiej.

Skoczek na wiertle

Drgania towarzyszą nam na co dzień. Przykład pierwszy z brzegu: dźwięk. Jego źródłem są drgania różnych przedmiotów, np. strun czy membran w głośnikach. Kiedy projektuje się urządzenia, drgania są jednym z parametrów, jakie bierze się pod uwagę. Przykładem tego są chociażby amortyzatory w samochodach. Nie przed wszystkimi drganiami jednak łatwo jest się obronić. Choćby w pracach tokarskich, w których narzędzie skrawające może być długie i cienkie.

– To wynika z praw fizyki: jeśli coś jest długie i cienkie, to nie jest sztywne. A to przedkłada się na stabilność narzędzia. Można to porównać do sytuacji, w której ktoś skacze do wody z trampoliny. Jeśli wybije się ze środka, to deska wpadnie w mniejsze drgania, niż jeśli wybije się z końca – tłumaczy naukowiec.

Magazyn DGP 20.03.2020

Magazyn DGP 20.03.2020

źródło: Dziennik Gazeta Prawna

Na co dzień zjawisko to tak nam nie doskwiera, bo w zupełnie inny sposób korzystamy z elektronarzędzi. Weźmy chociażby wiertarkę, gdzie przecież zdarza się, że wiertło jest długie i cienkie. Aby wywiercić otwór, przyciskamy je prostopadle do ściany i o ile nie jest wykonane z kiepskiego stopu, wytrzymuje nacisk bez problemu. W tym wypadku działają na nie jednak inne siły, niż gdybyśmy koniuszkiem wiertła, przesuwając w prawo lub w lewo (nie: w głąb ściany), chcieli wyrzeźbić w ścianie rowek.

– Proszę sobie wyobrazić pałeczkę do ryżu. Postawmy ją pionowo, a następnie spróbujmy złamać, naciskając od góry, prostopadle do stołu. Nie niewykonalne, ale trudne. A teraz weźmy ją do rąk, chwyćmy za końce i ponownie spróbujmy złamać. To znacznie łatwiejsze. Taka mniej więcej jest różnica między siłami, jakie działają na narzędzie podczas wiercenia i wytaczania. To fizyka, której nie oszukamy – mówi dr Nowakowski.

Magiczna ciecz

Z problemem drgań podczas skrawania próbowano radzić sobie różnymi metodami. Jedną, jak już wspomniałem, jest zmniejszenie prędkości obróbki tokarskiej. Drugą – sięganie po bardziej odporne materiały, co jednak nie zawsze jest możliwe (chociażby przez wzgląd na cenę). Od dawna też konstruuje się tłumiki, które na różne sposoby wyciszają (tłumią) drgania, w jakie wpada urządzenie lub/i narzędzie. Do tej ostatniej grupy należy również rozwiązanie dr. Nowakowskiego.

Inżynierowi marzy się narzędzie kompletne, zintegrowane ze sterownikiem obrabiarki, dzięki któremu nie będzie potrzebna ingerencja człowieka, ponieważ będzie ono zdolne do automatycznego dostosowywania się, adaptowania się do sytuacji. Elastyczność tę zapewniają dwa elementy, którymi można sterować. Pierwszym jest dodatkowa masa tłumiąca zawieszona na elemencie sprężystym, której położenie wzdłuż narzędzia można zmieniać („klasyczne rozwiązanie”, jak mówi dr Nowakowski). Drugim specjalna ciecz, w której zatopiona jest ta masa, a której parametry można zmieniać za pomocą pola elektromagnetycznego.

– Zdarzają się rozwiązania oparte na tłumieniu za pomocą cieczy, jest nawet szwedzka firma, która specjalizuje się w takich rozwiązaniach, ale nikt jeszcze nie zaoferował tak kompleksowego rozwiązania jak nasze – cieszy się dr Nowakowski. Jak sam mówi, prototyp urządzenia już jest, teraz muszą je testować, testować i jeszcze raz testować, aby przekonać się o jego właściwościach w realnych warunkach. A potem? Partner przemysłowy i konkurencja dla Szwedów.

Eureka! DGP

Trwa siódma edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do końca maja w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej. Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi na początku czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej), ufundowana przez organizatora