Szlifowanie bezkłowe i szlifierka bezkłowa – kompendium (CNC i konwencjonalne, przelotowe i wgłębne)

Szlifowanie bezkłowe to jedna z tych technologii, które z zewnątrz wyglądają prosto („dwie tarcze i detal”), ale w praktyce potrafią dać ogromną przewagę jakościowo‑kosztową. Dobrze ustawiona szlifierka bezkłowa potrafi produkować setki i tysiące części z bardzo stabilną średnicą, okrągłością i chropowatością – bez mocowania w kłach, bez kłopotliwego bazowania, bez strat czasu na przezbrajanie każdej sztuki.

Jeśli masz w produkcji wałki, sworznie, tuleje lub inne detale cylindryczne i chcesz zejść z kosztu na sztukę bez kompromisu na jakości, to szlifowanie bezkłowe jest jedną z najlepszych dróg. W tym wpisie pokazuję, jak działa szlifierka bezkłowa, kiedy wybrać wersję przelotową, a kiedy wgłębną, oraz jak myśleć o ustawieniach i ściernicach, żeby proces był stabilny i powtarzalny. Kompendium przygotowaliśmy wspólnie w Tradensa Sp. z o.o. wraz z partnerami: Micromatic Grinding (szlifierki bezkłowe konwencjonalne i CNC) i CUMI (ściernice bezkłowe szlifujące i regulujące - światowy lider w tym zakresie) – bo dopiero połączenie tych trzech elementów daje realne wyniki na produkcji.

To kompendium o szlifowaniu bezkłowym na bazie naszych doświadczeń i fachowej literatury wyjaśnia:

• jak działa szlifowanie bezkłowe,
• kiedy wybrać szlifierkę bezkłową przelotową (through‑feed), a kiedy szlifierkę bezkłową wgłębną (plunge/infeed),
• czym różni się szlifierka bezkłowa konwencjonalna od szlifierki bezkłowej CNC,
• jak ogarnąć geometrię ustawienia (to „serce” procesu),
• co robić, gdy pojawiają się fale, stożek, przypalenia albo chatter,
• jak podejść do ekonomii (CBN, koszty obciągania, koszt części).

1) Co to jest szlifowanie bezkłowe i dlaczego szlifierka bezkłowa wygrywa w seriach

Szlifierka bezkłowa Micromatic Grinding modele CLG 5020/6015

Szlifowanie bezkłowe to obróbka zewnętrzna, w której detal nie jest mocowany w kłach ani w uchwycie. Zamiast tego:

• detal opiera się na podpórce,
• jest dociskany między ściernicę a koło sterujące (ściernica regulacyjna),
• obrót i (w trybie przelotowym) posuw osiowy są generowane przez koło sterujące.

Po lewej ściernica szlifująca, w środku szlifowany detal na podpórce, po prawej ściernica regulująca

To podejście daje trzy praktyczne korzyści, które tłumaczą popularność technologii i szlifierek bezkłowych:

(1) Wydajność - brak czasochłonnego mocowania i centrowania każdej sztuki. W przelocie można uzyskać ciągły „strumień” detali.

(2) Powtarzalność - jeżeli geometria jest ustawiona poprawnie, proces ma naturalną zdolność do „zaokrąglania” i stabilizacji (o ile nie wejdziemy w obszary niestabilności).

(3) Ekonomia - w produkcji masowej koszt części zależy nie tylko od ściernicy, ale w dużej mierze od czasu cyklu, przestojów, obciągania i stabilności. Centerless potrafi to mocno zoptymalizować (szczególnie przy współudziale automatyzacji).

2) Jak działa szlifierka bezkłowa: trzy elementy, które musisz rozumieć

Szlifierka bezkłowa CLG 6050 TG - szlifowanie bezkłowe z automatyzacją

Żeby zrozumieć szlifierkę bezkłową CNC lub szlifierkę bezkłową konwencjonalną, wystarczy zrozumieć trzy elementy:

Ściernica robocza, tzw. ściernica szlifująca bezkłowa

To ona usuwa materiał. Wpływa na:

• wydajność (MRR, czyli szybkość usuwania),
• temperaturę procesu,
• chropowatość i przypalenia,
• stabilność (zwłaszcza przy agresywnych nastawach).

Koło sterujące (regulating/control wheel), tzw. ściernica regulacyjna do szlifowania bezkłowego

To „dyrygent” procesu. Odpowiada za:

• prędkość obrotową detalu,
• posuw osiowy w przelocie,
• docisk i tarcie (czy detal toczy się stabilnie, czy zaczyna się ślizgać).

W praktyce wiele problemów jakościowych w szlifowaniu bezkłowym zaczyna się właśnie tutaj: tarcie, obciąganie, bicie, ustawienie kąta.

Zapraszamy do zapoznania się z ofertą naszego partnera f. CUMI, lidera światowego w zakresie ściernic bezkłowych - tutaj. 

Podpórka (workrest blade) w szlifowaniu bezkłowym

Najczęściej niedoceniana, a krytyczna. Podpórka:

• ustala geometrycznie detal w strefie szlifowania,
• wpływa na okrągłość i „zaokrąglanie”,
• jest pierwszym miejscem, które „pokazuje” problemy ze zużyciem, zabrudzeniem, źle dobranym materiałem.

Powierzchnia podpórki powinna być twardsza niż obrabiany detal; dla stali często stosuje się wkładki z węglika wolframu.

3) Szlifierka bezkłowa przelotowa (through‑feed): kiedy wybrać i jak działa

Szlifierka bezkłowa przelotowa to najczęstsza konfiguracja do produkcji seryjnej wałków o stałej średnicy (i wielu podobnych detali).

Zobrazowanie - ściernica szlifująca na górze, regulująca na dole i prowadzenia

Zasada działania jest prosta:

• Ściernica i koło sterujące są ustawione w stałej odległości.
• Detal wchodzi między koła (z prowadnic), obraca się i przesuwa osiowo „przelotem”.
• Ruch osiowy wynika z tego, że oś koła sterującego jest pochylona o kąt Φ – dzięki temu prędkość koła ma składową „ciągnącą” detal do przodu.

Co operator reguluje w praktyce - co można regulować w szlifowaniu na szlifierce bezkłowej

W przelocie zwykle pracuje się trzema „pokrętłami” procesu:

• prędkość ściernicy,
• prędkość koła sterującego (czyli prędkość detalu),
• kąt Φ i ustawienie prowadzenia (czyli tempo przelotu i stabilność).

Zależność wynikowa: prędkość można rozłożyć na składową posuwu i składową obrotu, a zależność jest związana z sin i cos kąta Φ. W praktyce oznacza to, że nawet niewielka zmiana kąta może istotnie zmienić charakter przelotu.

Kiedy przelot ma sens - szlifierki bezkłowe przelotowe

Szlifierka bezkłowa przelotowa jest najlepsza, gdy:

• detal ma dość prostą geometrię (stała średnica na długości szlifowania),
• zależy Ci na maksymalnej przepustowości,
• chcesz łatwo automatyzować podawanie i odbiór,
• tolerancje i okrągłość mają być powtarzalne, ale bez „kombinowania” na kształtach stopniowanych.

4) Szlifierka bezkłowa wgłębna (plunge/infeed): kiedy wybrać i jak wygląda cykl

Szlifowanie wgłębne na szlifierce bezkłowej Micromatic Grinding, ściernice CUMI

Szlifierka bezkłowa wgłębna (plunge/infeed) jest wybierana, gdy detal:

• ma stopnie,
• ma różne średnice,
• wymaga szlifowania na określonej długości,
• nie nadaje się do przelotu (bo geometria „zatrzymałaby” detal).

Szlifowanie bezkłowe wgłębne - widok od czoła i od boku

Typowy cykl wgłębny (najbardziej praktyczna część) w szlifowaniu bezkłowym

Cykl wgłębny jest zwykle podzielony na fazy:

• szybkie podejście (zebranie luzu),
• szybki posuw szlifowania – usunięcie ok. 50–80% naddatku,
• wolny posuw – poprawa okrągłości i chropowatości + dojście do rozmiaru,
• iskrzenie / spark‑out – zatrzymanie posuwu i „odprężenie” układu,
• wycofanie i rozładunek.

Dlaczego spark‑out, wyiskrzenie, jest tak ważny przy szlifowaniu bezkłowym?

Bo w trakcie szlifowania występuje elastyczność maszyny i ściernic (ugięcia). W spark‑out siła szlifowania spada, a układ „dochodzi” do stabilnego rozmiaru i lepszej okrągłości. To realnie poprawia rozmiar, okrągłość i chropowatość.

CNC w szlifowaniu wgłębnym: automatyzacja, która daje przewagę

W praktyce szlifierka bezkłowa CNC zyskuje szczególnie przy cyklach wgłębnych, bo można:

• sterować fazami cyklu,
• podpiąć pomiar rozmiaru w procesie (in‑process gauging),
• uruchomić kompensację zużycia ściernicy i obciągania.

To przekłada się na stabilność wymiaru i mniejszą zależność od „czucia operatora”.

5) Geometria ustawienia w szlifowaniu bezkłowym: wysokość, kąt podpórki, kąt styczny

Jeżeli należy wskazać jeden temat, który odróżnia przeciętne szlifowanie od świetnego – to byłaby geometria ustawienia.

Ważne jest, że działanie zaokrąglające zależy od kątów ustawienia, w tym kąta stycznego β, a te są powiązane z wysokością roboczą i kątem podpórki γ.

Wartości „startowe”, które często działają w szlifowaniu bezkłowym.

Często przywoływane wartości dla stabilnego zaokrąglania to:

• kąt podpórki γ ≈ 30°,
• kąt styczny β ≈ 6–8°.

W pewnych warunkach kąt 15° może być również optymalny dla „szybkiego zaokrąglania” – to dobra informacja dla tych, którzy testują różne nastawy pod czas cyklu.

Wysokość detalu (work height): „trochę powyżej środka” to nie slogan w przypadku szlifierek bezkłowych i szlifowania bezkłowego

Detale często ustawia się nieco powyżej linii środkowej między ściernicą a kołem sterującym (kołem regulacyjnym) – to wspiera pozytywne działanie zaokrąglające.

Praktyczna wskazówka: jeżeli masz problem z utrzymującymi się błędami okrągłości (np. falistość), bardzo często skuteczniejsza jest zmiana wysokości/katów niż „dokręcanie” posuwu.

6) Okrągłość, loby i „wygodna falistość”: dlaczego proces czasem robi gorszą okrągłość zamiast lepszej

W idealnych warunkach szlifowanie bezkłowe jest bardzo dokładne, ale przy złej geometrii i wibracjach może produkować detale z falistością.

Co to są loby (falistość) po szlifowaniu bezkłowym

Loby to regularne „wypukłości” na obwodzie – np. 3‑lobowe lub 5‑lobowe kształty. Materiały wskazują, że 3 i 5 loby potrafią się utrzymywać po szlifowaniu bezkłowym, ale da się je usuwać m.in. przez szlifowanie na prawidłowej wysokości powyżej środka.

Dlaczego pomiar średnicy może Cię oszukać - średnica nie zawsze jest wyznacznikiem zgodności części po szlifowaniu bezkłowym

Opisano zjawisko kształtu o „stałej średnicy”, który może się obracać między równoległymi stycznymi, a odchylenia od okrągłości mogą pozostać niewykryte w pomiarze średnicy. To praktycznie oznacza: możesz mieć „dobrą średnicę” i jednocześnie złą okrągłość.

Jak myśleć o korektach (prosty model decyzyjny)

• Loby nieparzyste (3,5) – często problem przy małym β; pomagają korekty wysokości i geometrii.
• Loby parzyste – częściej przy dużym β.

Pewien bardzo praktyczny trik w szlifowaniu bezkłowym polega na tym, że nie trzyma się jednej, „świętej” geometrii ustawienia przez cały cykl, tylko celowo zmienia kąt styczny β (i wynikającą z niego „siłę zaokrąglania”) pomiędzy fazą zgrubną a wykańczającą. Robi się to po to, żeby „trafić” w różne typy falistości (lobów), bo różne rzędy lobów zachowują się inaczej w zależności od geometrii.

Dlaczego to działa – proste wyjaśnienie

Detal w szlifowaniu bezkłowym „toczy się” w układzie: ściernica – koło sterujące – podpórka. Ta geometria powoduje, że proces ma pewną własność zaokrąglania: jedne błędy okrągłości są szybko tłumione, a inne potrafią się utrzymywać lub nawet wzmacniać.

• Mały kąt β (geometria „łagodniejsza”) potrafi dawać spokojny proces i dobrą powierzchnię, ale czasem gorzej usuwa loby nieparzyste (np. 3‑ lub 5‑lobowe).
• Większy kąt β (geometria „bardziej zaokrąglająca”) często szybciej „łamie” loby nieparzyste, ale może zwiększać ryzyko innych problemów: wrażliwości na ustawienie, podatności na powstawanie lobów parzystych lub niestabilności, jeśli przesadzisz.

W skrócie: jedno ustawienie rzadko jest jednocześnie najlepsze do „prostowania kształtu” i do „robienia powierzchni”.

Jak wygląda to w praktyce: „dwustopniowa geometria” w jednym cyklu na szlifierce bezkłowej

Należy myśleć o tym jak o dwóch osobnych zadaniach:

Faza 1 – „korekta kształtu” (zgrubna / kształtująca)

• Cel: szybko zredukować błędy okrągłości i „rozbić” uparte loby (często nieparzyste).
• Jak: ustawia się geometrię nieco bardziej agresywną zaokrąglająco, czyli zwykle zwiększa się β (najczęściej przez korektę wysokości detalu i/lub ustawienia podpórki/koła sterującego).
• Efekt: detal szybciej traci charakterystyczny „wzór” falistości.

Faza 2 – „stabilizacja i powierzchnia” (wykańczająca + spark‑out)

• Cel: zejść do wymiaru, poprawić Ra, uspokoić proces, dopiąć okrągłość bez ryzyka wzbudzeń.
• Jak: wraca się do geometrii bardziej stabilnej, zwykle z mniejszym / „optymalnym” β, i realizuje się wykańczanie oraz iskrzenie w ustawieniu, które daje najlepszą powtarzalność i powierzchnię.
• Efekt: wymiar i jakość powierzchni są stabilne, a proces mniej „nerwowy”.

Co konkretnie zmieniać, żeby zmienić β

W praktyce operator najczęściej nie „ustawia β z klawiatury”, tylko wpływa na niego poprzez:

• wysokość detalu (work center height) względem linii łączącej środki kół,
• ustawienie podpórki (jej wysokość i kąt),
• ustawienie koła sterującego (pozycja, pochylenie, docisk – zależnie od maszyny).

Najprostsza operacyjnie metoda to:

• w fazie zgrubnej: detal minimalnie wyżej (co podnosi „działanie zaokrąglające”),
• w fazie wykańczającej: powrót do ustawienia „docelowego” pod stabilność i Ra.

W szlifierce bezkłowej CNC taka sekwencja bywa łatwiejsza, bo można zaprogramować przejście faz (i powtarzalnie wracać do pozycji). W szlifierce bezkłowej konwencjonalnej da się to robić, ale częściej stosuje się to jako metodykę ustawienia procesu (zrobienie krótkiej „fazki” geometrii korekcyjnej, a potem praca na geometrii docelowej), bo dynamiczne przełączanie geometrii w cyklu nie zawsze jest wygodne.

Jak rozpoznać, że warto zastosować zmianę β? Najbardziej typowy scenariusz to taki, gdy:

• średnica się zgadza,
• proces jest „w miarę stabilny”,
• ale okrągłość uparcie nie schodzi, a na analizie okrągłości widać dominujące loby (często 3 lub 5).

Wtedy zamiast walczyć samymi parametrami (posuw, dosuw, prędkości), wchodzimy w geometrię:

• krótka faza z większym „zaokrąglaniem” → redukcja lobów,
• potem spokojne wykańczanie na ustawieniu, które daje najlepszą powierzchnię.

Ważne ostrzeżenia (żeby nie pogorszyć)

• Nie przesadzać z β w fazie zgrubnej
• Zbyt agresywna geometria może wprowadzić nowe problemy (inne loby, gorsza stabilność, większa wrażliwość na wibracje).
• Po zmianie geometrii zawsze kontroluj stożkowatość i prostoliniowość
• Zmiana geometrii wpływa nie tylko na okrągłość, ale też na „prowadzenie” detalu.
• Utrzymywać kontrolę tarcia i stanu koła sterującego
• Nawet najlepsza geometria nie zadziała powtarzalnie, jeśli koło sterujące jest zabrudzone, zeszklone lub ma słabe tarcie (zaczyna się poślizg i geometria przestaje „obowiązywać”).

7) Koło sterujące, koło regulujące (ściernica regulacyjna) w szlifierce bezkłowej: tarcie, pochylenie, obciąganie i „hyperboloida”

Koło sterujące jest źródłem zarówno stabilności, jak i większości problemów (jeśli jest zaniedbane).

Obciąganie koła regualcyjnego - pozycja obciągacza A lub B

Kąt pochylenia Φ: mały dla wgłębnego, większy dla przelotowego

Oś koła sterującego jest pochylona o kąt Φ, by zapewnić trakcję osiową; mały kąt jest używany do wgłębnego, większy do przelotowego.

Dlaczego koło sterujące (koło regulacyjne) w szlifierkach bezkłowych po obciąganiu nie jest „idealnym cylindrem”

To kluczowe, a rzadko tłumaczone w prosty sposób:

• Ponieważ koło sterujące jest pochylone, jego geometria robocza nie zachowuje się jak prosty cylinder.
• Jeśli zostanie obciągniete „jak cylinder”, możena uzyskać kontakt punktowy zamiast liniowego – co psuje prowadzenie detalu.
• Żeby zachować kontakt liniowy, koło sterujące obciąga się wzdłuż wymaganej linii kontaktu (lub równolegle do niej w odpowiedniej konfiguracji).

Przy takim ustawieniu koło sterujące „staje się hiperboloidą”.

To nie jest teoria dla teorii. To jest różnica między:

stabilnym ustawieniem osi detalu, a procesem, który raz robi stożek, raz nie, i „żyje własnym życiem”.

Bicie koła regulacyjnego w szlifowaniu bezkłowym (runout): ogromny wpływ na okrągłość i Ra

Bicia koła sterującego wskazano jest głównym źródłem błędów; bardzo precyzyjne obciąganie (w eksperymencie poprzez ściernicę) potrafiło zmniejszyć błąd okrągłości z 1,7 do 0,2 µm i Ra z 0,32 do 0,12 µm.

Wniosek praktyczny: jeśli gonisz okrągłość i Ra, a wszystko inne „wydaje się OK” – sprawdź bicie i sposób obciągania koła sterującego.

Materiał koła sterującego: dlaczego często „guma” działa świetnie - partnerstwo Tradensa z liderem światowym pod kątem produkcji ściernic regulacyjnych do szlifierek bezkłowych CUMI

Gumowe spoiwo spełnia wymagania: zapewnia tarcie, elastyczność tłumiącą błędy/wibracje i daje się obrabiać do precyzyjnego pozycjonowania.

Dla detali wielośrednicowych koło sterujące bywa stopniowane, żeby odpowiadało wysokości stopni detalu.

8) Podpórka (workrest) w szlifierce bezkłowej: mały element, wielka różnica

Podpórka jest krytyczna, bo to na niej detal „ustala się” w strefie skrawania.

Podpórka w szlifowaniu bezkłowym - góra lub całość przeważnie wykonana z węglika spiekanego

Materiał i twardość podpórki - powierzchnia podpórki powinna być twardsza niż detal, aby nie zużywała się i nie traciła geometrii; dla stali często stosuje się wkładki z węglika wolframu.

Kształt podpórki (bardzo praktyczne) - dla detali kształtowych/stopniowanych podpórka powinna być ukształtowana do podparcia w wielu pozycjach; dla detalu stopniowanego – podpórka stopniowana.

Kąt podpórki – dlaczego 0° „prawie zawsze” przegrywa

Górna powierzchnia podpórki jest prawie zawsze nachylona (zwykle ~30°), bo to daje silne działanie zaokrąglające; kąt 0° jest zwykle unikany, bo nie daje takiego efektu.

9) Kontrola prędkości w szlifowaniu bezkłowym: dwa scenariusze awaryjne, które trzeba rozpoznać natychmiast

To jest temat, który w praktyce odróżnia doświadczonego operatora od osoby, która „gasi pożary”.

A) „Spinning out of control” – detal kręci się za szybko

Zjawisko, w którym detal obraca się dużo szybciej niż koło sterujące, bo zamiast toczyć się, zaczyna się ślizgać (za małe tarcie). Skutki: drastyczny spadek jakości, większe zużycie kół, ryzyko uszkodzeń.

Typowe przyczyny (praktycznie):

• zanieczyszczone lub „zeszklone” koło sterujące (brak tarcia),
• zbyt wysoka prędkość ściernicy względem prędkości koła sterującego,
• niekorzystny kąt podpórki (mniejszy docisk).

Typowe korekty:

• czyszczenie i obciąganie koła sterującego,
• korekta kąta podpórki,
• w razie potrzeby redukcja prędkości ściernicy.

B) „Failure to turn” – detal nie obraca się

To sytuacja jeszcze groźniejsza: detal nie obraca się lub obraca się sporadycznie, co może natychmiast spowodować „spłaszczenie”, uszkodzenie detalu i kół.

Przyczyny i rozwiązania: zabrudzenia, za mały docisk, zbyt ciężki detal, błędy geometrii; rozwiązania: czyszczenie/konserwacja, zwiększenie docisku, optymalizacja geometrii, a przy ciężkich detalach – dodatkowy napęd.

10) Ściernica w szlifowaniu bezkłowym: konwencjonalna vs CBN (i dlaczego to wpływa na koszty bardziej niż myślisz)

Dobór ściernicy do szlifierki bezkłowej to temat, na który ludzie szukają odpowiedzi. W praktyce przemysłowej: to temat, który potrafi „zrobić” lub „zabić” projekt.

Konwencjonalne ściernice (np. Al₂O₃) – kiedy wystarczą

Są często wybierane, gdy:

• wymagania jakościowe są umiarkowane,
• koszty inwestycyjne muszą być niskie,
• materiał jest łatwiejszy w szlifowaniu.

Ściernice bezkłowe CBN – kiedy robi największą różnicę

CBN (azotek boru sześcienny) szczególnie ma sens, gdy:

• chcesz zwiększać wydajność (MRR),
• walczysz o żywotność między obciąganiami,
• obrabiasz materiały trudniejsze lub pracujesz w twardych warunkach.

W materiałach ekonomicznych pokazano warunki porównawcze: m.in. prędkość koła 45 m/s dla Al₂O₃ i CBN oraz wariant wysokoobrotowy CBN 120 m/s; przy wysokiej prędkości skrócono też czas iskrzenia (np. 2 s vs 10 s w innych warunkach) przy tej samej deklarowanej szybkości usuwania materiału w zestawieniu.

Współczynnik G (G‑ratio) – prosta intuicja

G‑ratio to skrótowo: „ile materiału zdejmiesz” w relacji do zużycia ściernicy. W precyzyjnym szlifowaniu łatwych materiałów można osiągnąć G rzędu 5000+, ale w trudnych i niekorzystnych warunkach może spaść do 1; wtedy zwiększenie prędkości koła bywa kluczowe.

11) Obciąganie (dressing) i truing w szlifowaniu bezkłowym: „twarde” źródło stabilności procesu

W szlifowaniu bezkłowym nie wygrywa ten, kto ma „najlepsze parametry”, tylko ten, kto ma:

• stabilne koła (ściernice),
• powtarzalne obciąganie,
• dobrze ustawioną linię kontaktu i geometrię.

Dlaczego obciąganie koła sterującego jest tak specyficzne

Ponieważ koło jest pochylone o Φ, a kontakt ma być liniowy, a nie punktowy; stąd mówimy o geometrii obciągania, która prowadzi do „hiperboloidy” w sensie roboczym.

Zależność wysokości obciągania (hd) od wysokości roboczej (hw) i średnicy koła – to ważne przy ustawianiu.

Minimum praktyczne: jak myśleć o częstotliwości obciągania

• Za rzadko: rosną siły, temperatura, pogarsza się Ra i wymiar „pływa”.
• Za często: rośnie czas przestojów, rośnie koszt pracy i koszt części.

Dlatego w praktyce optymalizuje się „żywotność między obciąganiami” – i to jest jeden z powodów, dla których CBN potrafi w niektórych przypadkach wygrać ekonomicznie, mimo wyższej ceny wejścia.

12) Budowa szlifierki bezkłowej: dlaczego „maszyna” to nie tylko CNC, ale też sztywność i pętla siły - kluczowe partnerstwo TRADENSA z producentem szlifierek Micromatic Grinding

W szlifowaniu bezkłowym najłatwiej popełnić błąd myślenia: „kupimy szlifierkę bezkłową CNC, to jakość sama się zrobi”. CNC jest ważne, ale w praktyce CNC to „mózg”, a o jakości i stabilności procesu w dużym stopniu decyduje „ciało” maszyny: sztywność, tłumienie drgań, geometria prowadnic, łożyskowanie wrzecion i sposób przenoszenia sił. W centerless grinding to właśnie mechanika rozstrzyga, czy proces jest powtarzalny, czy „żyje” własnym życiem.

Pętla siły – najprostszy model, który wszystko porządkuje

W szlifowaniu bezkłowym siła szlifowania nie „znika” w powietrzu. Zawsze zamyka się w układzie elementów, przez które przechodzi obciążenie. Ten zamknięty tor nazywa się pętlą siły. W uproszczeniu wygląda to tak:

ściernica → detal → podpórka + koło sterujące → głowice/prowadnice → łoże (baza) → z powrotem do ściernicy

Jeżeli jakikolwiek element tej pętli jest miękki, podatny lub ma luzy, to pod obciążeniem „ustępuje” – a to natychmiast przekłada się na:

• pływanie wymiaru (średnica „ucieka” w trakcie cyklu),
• gorszą okrągłość (detal nie toczy się stabilnie w geometrii ustawienia),
• większe ryzyko drgań (chatter),
• dłuższy czas „dochodzenia” do rozmiaru (musisz nadrabiać elastyczność spark-outem albo wolniejszym wykańczaniem).

Dlatego w szlifierce bezkłowej liczy się nie tylko to, co sterownik potrafi zaprogramować, ale to, czy mechanika utrzyma to pod siłą.

1) Łoże i układ konstrukcyjny: fundament sztywności i tłumienia

Łoże (baza maszyny) jest jak fundament domu. Jeżeli jest zbyt lekkie lub ma słabe tłumienie, to:

• łatwiej wzbudzić drgania,
• szybciej „płynie” geometria w czasie (temperatura, obciążenia),
• trudniej utrzymać stabilność przy wysokiej wydajności.

Dobre łoże to nie tylko masa. Liczy się:

• sztywność (żeby nie pracowało jak sprężyna),
• tłumienie (żeby nie „oddawało” drgań z powrotem do procesu),
• stabilność termiczna (żeby nie zmieniało geometrii w trakcie dnia produkcyjnego).

2) Głowica ściernicy: wrzeciono, łożyska i „prawdziwy obrót”

W centerless grinding ściernica jest źródłem sił i ciepła. Głowica ściernicy musi zapewniać:

stabilny obrót (małe bicie i dobra równowaga),
wysoką sztywność promieniową i osiową,
odporność na obciążenia dynamiczne.
Kluczowy wpływ na jakość ma łożyskowanie wrzeciona. W praktyce:

im wyższa klasa obróbki (okrągłość, Ra, stabilność wymiaru), tym bardziej rośnie znaczenie jakości łożysk i całej konstrukcji wrzeciona,
dobre łożyskowanie to mniejsze mikroruchy, mniejsze „falowanie” siły i mniejsze ryzyko chatter.

3) Głowica koła sterującego: kontrola toczenia, tarcia i stabilności

Koło sterujące w szlifierce bezkłowej nie jest „dodatkiem”. To element, który decyduje, czy detal:

• toczy się stabilnie,
• obraca się ze stałą prędkością,
• przesuwa się równomiernie (przelot),
• nie wchodzi w poślizg (co natychmiast niszczy jakość).

Dlatego dobra konstrukcja głowicy koła sterującego to:

• stabilne mocowanie i prowadzenie,
• możliwość precyzyjnej regulacji kątów,
• powtarzalność nastaw (ważne przy częstych przezbrojeniach),
• odporność na zużycie i utrzymanie geometrii po obciąganiu.

4) Prowadnice i układ posuwów: bo „dokładność” rodzi się w ruchu

W szlifierce bezkłowej (zarówno CNC, jak i konwencjonalnej) dokładność zależy od tego, jak poruszają się osie:

• czy mają luzy,
• czy pracują płynnie pod obciążeniem,
• czy nie „skaczą” (stick-slip),
• czy utrzymują pozycję w czasie (ciepło, siła, zużycie).

W praktyce to prowadnice i napędy posuwu decydują, czy maszyna:

• trzyma wymiar,
• daje powtarzalne cykle wgłębne,
• pozwala stabilnie podnieść wydajność (większe naddatki, krótsze czasy).

5) Podpórka i zespół prowadzenia detalu: mały element, duża odpowiedzialność

Podpórka i jej mocowanie są częścią pętli siły. Jeżeli podpórka:

• jest zużyta,
• ma złą geometrię,
• albo jej mocowanie ma mikro-luzy,

to detal nie jest stabilny w strefie szlifowania. Skutki są typowe: gorsza okrągłość, wrażliwość na wibracje, trudniejsze utrzymanie wymiaru.

Dobra szlifierka bezkłowa, jak od naszego partnera f. Micromatic Grinding, daje:

• sztywny, stabilny zespół podpórki,
• możliwość szybkiej i powtarzalnej regulacji wysokości i kąta,
• rozwiązania ułatwiające pracę z detalami stopniowanymi (wgłębne).

6) Tłumienie drgań i stabilność dynamiczna: dlaczego jedna maszyna „idzie ciszej” od drugiej

W szlifowaniu bezkłowym drgania są szczególnie groźne, bo:

• detal nie jest „zamknięty” w kłach,
• proces jest wrażliwy na mikro-ugięcia,
• łatwo powstaje sprzężenie zwrotne (chatter).

Dlatego oprócz sztywności liczy się tłumienie – zdolność maszyny do „gaszenia” drgań. To w praktyce decyduje, czy możesz pracować szybciej i agresywniej bez pogorszenia Ra i okrągłości.

7) Termika i chłodzenie: stabilny wymiar to często stabilna temperatura

W szlifierce bezkłowej wymiar potrafi „płynąć” nie dlatego, że ustawienia są złe, tylko dlatego, że:

• wrzeciono i łoże nagrzewają się w czasie,
• chłodziwo zmienia temperaturę,
• zmieniają się warunki tarcia na kole sterującym.

Dlatego w praktyce liczy się:

stabilne chłodzenie procesu,
filtracja i czystość chłodziwa (wpływ na powierzchnię i zużycie),
rozwiązania ograniczające wahania temperatury w długiej produkcji.

13) High removal rate grinding: jak zwiększać wydajność w szlifowaniu bezkłowym bez utraty jakości

„High removal rate grinding” to podejście, w którym świadomie optymalizujesz cały system, żeby zdjąć więcej materiału na jednostkę czasu, ale bez zbędnego rozstrzału:

• temperatury,
• Ra,
• okrągłości,
• stabilności.

Wysoka szybkość usuwania materiału jest kluczowa dla redukcji kosztów i zwiększenia przepustowości, ale wymaga kompleksowej optymalizacji całego systemu szlifierskiego.

Najczęstsze „dźwignie” wydajności (w praktyce)

Mamy kilka głównych dróg:

• zwiększanie prędkości koła (vs) – co może redukować siły i poprawiać powierzchnię,
• zwiększanie prędkości roboczej (vw),
• zwiększanie głębokości (ae),
• zwiększanie szerokości styku (bw),
• superścierniwa (diament/CBN),
• optymalizacja chłodzenia.

To jest dokładnie ten obszar, gdzie szlifierka bezkłowa CNC może dać największą przewagę: utrzymujesz parametry w „oknie stabilności”, automatyzujesz korekty i unikasz ręcznego „ratowania” procesu.

14) Ekonomia szlifowania bezkłowego: koszt na część, ściernice bezkłowe konwencjonalne i CBN

Z czego składa się koszt części w szlifowaniu bezkłowym

Najprościej: koszt ściernicy + koszt pracy + koszt maszyny + koszty pomocnicze (chłodziwo, filtracja, serwis, odpady).

Przykład: koszt pracy na część (czas cyklu + obciąganie)

Przykładowo: czas cyklu 86 s, obciąganie co 4 części, obciąganie 56 s ⇒ całkowity czas cyklu 100 s; przy koszcie pracy 75 $/h daje to ~2,08 $ na część.

Wniosek praktyczny: jeśli obciągasz często i długo – koszt pracy rośnie szybciej niż koszt ściernicy.

Przykład: koszt ściernicy na część (liczba części na ściernicę)

W materiale policzono liczbę części na ściernicę (3846) i przy koszcie 200 $ wyszedł koszt ściernicy ~5,2 centa na część.

To jest świetny argument biznesowy: często sama ściernica nie jest „głównym kosztem” – głównym kosztem bywa czas i przestoje.

Przykład: Inconel 718 i sens szlifowania bezkłowego przy pomocy ściernic CBN

Dla trudnoobrabialnych materiałów konwencjonalne koła (ściernice) wymagały obciągania po każdej części, a CBN pozwalał na 25–30 części na obciąganie, co dramatycznie poprawia wydajność i koszt.

15) Kontrola jakości w szlifowaniu bezkłowym: średnica to nie wszystko

W praktyce warto rozdzielić trzy poziomy kontroli:

• średnica (mikrometr, średnicówka, system pomiaru w procesie),
• okrągłość (roundness tester),
• chropowatość (profilometr).

I pamiętać o pułapce: możesz mieć poprawną średnicę, a nadal mieć złą okrągłość.

Dla produkcji seryjnej sensowny standard to:

• szybka kontrola średnicy (100% lub próbki),
• kontrola okrągłości w rozruchu i okresowo,
• SPC tam, gdzie tolerancje są ciasne i klient wymaga Cpk.

16) Najczęstsze problemy w szlifowaniu bezkłowym i szybkie rozwiązania

Poniżej praktyczna „ściąga”.

Problem: falistość (loby)

• Objawy: okrągłość nie schodzi, pojawiają się 3‑ lub 5‑loby.
• Najczęstsze przyczyny: zła geometria (β, wysokość), wibracje.
• Co robić: korekta wysokości powyżej środka, korekty β, test dwóch wysokości, poprawa stabilności.

Problem: „spinning out of control”

• Objawy: detal kręci się za szybko, hałas, pogorszenie Ra, zużycie.
• Przyczyny: brak tarcia, złe prędkości, kąt podpórki.
• Co robić: czyść/obciągaj koło sterujące, korekta kąta, korekta prędkości.

Problem: „failure to turn”

• Objawy: detal nie obraca się; szybkie uszkodzenia.
• Przyczyny: zabrudzenia, za mały docisk, zbyt ciężki detal, błędy geometrii.
• Co robić: czyszczenie, większy docisk, korekta geometrii, dodatkowy napęd przy ciężkich detalach.

Problem: „wszystko jest ustawione, a Ra i okrągłość słabe”

• Co sprawdzić najpierw: bicie koła sterującego i jakość obciągania (runout!).

17) Jak dobrać szlifierkę bezkłową: przelotowa czy wgłębna, CNC czy konwencjonalna – oferta Tradensa przez strategiczne partnerstwo z Micromatic Grinding

Szlifierka bezkłowa przelotowa – wybierz, jeśli:

• masz duże serie,
• detale są proste i „idą strumieniem”,
• chcesz automatyzować podawanie.

Szlifierka bezkłowa wgłębna – wybierz, jeśli:

• detale są stopniowane,
• wymagasz obróbki lokalnej,
• ważny jest cykl z fazami i spark‑out.

Szlifierka bezkłowa CNC – wybierz, jeśli:

• chcesz automatyzować cykl i kompensacje,
• zależy Ci na powtarzalności niezależnej od operatora,
• chcesz wdrażać high removal rate grinding w stabilny sposób.

Szlifierka bezkłowa konwencjonalna – wybierz, jeśli:

• proces jest prosty i bardzo powtarzalny,
• zależy Ci na niższym CAPEX,
• masz silne kompetencje operatorskie na miejscu,
• nie potrzebujesz złożonych cykli lub częstych zmian asortymentu.

18) FAQ - szlifierki bezkłowe i szlifowanie bezkłowe

Co to jest szlifowanie bezkłowe?

To szlifowanie średnicy zewnętrznej bez mocowania w kłach – detal jest prowadzony między ściernicą a kołem sterującym na podpórce.

Kiedy wybrać szlifierkę bezkłową przelotową?

Gdy masz duże serie wałków o stałej średnicy i chcesz maksymalnej przepustowości.

Kiedy wybrać szlifierkę bezkłową wgłębną?

Gdy detal ma stopnie lub wymaga obróbki na określonej długości, a przelot nie jest możliwy.

Czym różni się szlifierka bezkłowa CNC od konwencjonalnej?

CNC daje programowanie cyklu, automatyzację, pomiar i kompensacje; konwencjonalna jest prostsza i tańsza, ale bardziej zależna od operatora.

Dlaczego pojawiają się loby (falistość) w szlifowaniu bezkłowym?

Najczęściej przez złą geometrię ustawienia i/lub wibracje; często pomaga korekta wysokości i kątów.

Co to jest spark‑out?

To faza „iskrzenia” bez posuwu, w której układ odpręża ugięcia, a siła szlifowania spada – poprawia rozmiar, okrągłość i Ra.

Czy CBN zawsze się opłaca?

Nie zawsze – ale w wielu przypadkach koszt na część spada, bo rośnie żywotność między obciąganiami i skraca się cykl (zwłaszcza przy trudnoobrabialnych materiałach).

Autor: Artur Łukaszewicz Tradensa Sp. z o. o.

Zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertą:

Szlifierki bezkłowe konwencjonalne i CNC od Micromatic Grinding - tutaj

Ściernice do szlifowania bezkłowego regulacyjne i szlifujące od CUMI - tutaj

Dodatkowo zapraszamy również do zapoznania sie z naszą ofertą pozostałych szlifierek i szlifowania:

Szlifierki do wałków, otworów i powierzchni czołowych od Micromatic Grinding - tutaj.

Szlifierki do kół zębatych, gwintów, ślimaków Burri - tutaj.

 Maszyny do obciągania i profilowania ściernic Burri - tutaj.

Dodatkowe źródła:

W. Brian Rowe - Principles of modern grinding Technology, 2009 ISBN: 978-0-8155-2018-4

Ioan D. Marinescu • Mike P. Hitchiner Eckart Uhlmann • W. Brian Rowe • Ichiro Inasaki Handbook of Machining with Grinding Wheels Second Edition, 2016 International Standard Book Number-13: 978-1-4822-0670-8

Przykładowe części po szlifowaniu bezkłowym na szlifierkach Micromatic Grinding, przy użyciu ściernic bezkłowych CUMI: