Руководство по выбору токарно-фрезерных станков с осью Y для сложной обработки деталей

Производственные продукты становятся все более «сложными в производстве»: геометрия деталей становится все более сложной, время сокращается, а допуски становятся все жестче. Столкнувшись с этим давлением, многие заводы начали переоценивать свои процессы обработки. Возникает один неизбежный вопрос: стоит ли нам инвестировать в Токарно-фрезерный станок с осью Y ? Основываясь на практических требованиях к механической обработке, в этой статье описываются основные возможности токарно-фрезерных станков с осью Y, логика выбора ключевых параметров и их конкретные применения для типичных деталей, таких как гидравлические фитинги, медицинские компоненты, разъемы для аэрокосмической отрасли и автомобильные втулки, которые служат справочной информацией для инженеров-технологов и лиц, принимающих решения о закупках.

Почему ось Y так важна?

Когда поднимается тема токарно-фрезерной обработки, многие люди реагируют просто: «токарный станок, оснащенный приводным инструментом». Действительно, добавление револьверной головки с приводным инструментом к стандартному токарному центру позволяет выполнять простые операции сверления и нарезания резьбы одновременно с токарной обработкой. Однако проблема заключается в том, что такие машины обладают только осями X и Z; следовательно, приводной инструмент может работать только вдоль центральной оси детали. В тот момент, когда для детали требуются эксцентриковые отверстия, радиальные фрезерные пазы или смещенные поверхности, становится невозможным выполнить работу за одну установку зажима; деталь все равно придется перенести в отдельный обрабатывающий центр для дополнительной операции.

Введение оси Y решает именно эту проблему. Режущий инструмент теперь может перемещаться в направлении, перпендикулярном оси главного шпинделя. Детали, которые раньше требовали второй установки зажима, такие как эксцентриковые отверстия, шпоночные канавки и наклонные поверхности, теперь можно обрабатывать непосредственно на токарном станке. Устранение одного этапа фиксации означает исключение одного процесса перенастройки, тем самым уменьшая возможность возникновения накопительных ошибок. Для деталей со строгими требованиями к допускам эта разница заметно заметна в конечном продукте.

Возможности обработки, предоставляемые осью Y

• Эксцентриковые отверстия и элементы, расположенные вне центральной оси, можно обрабатывать непосредственно на токарном станке, не полагаясь на второе оборудование.
• Фрезерованные лыски, шпоночные канавки, наклонные поверхности и подобные детали на деталях типа вал могут обрабатываться одновременно в рамках одной зажимной установки.
• База позиционирования остается неизменной на протяжении всего процесса, что приводит к значительно лучшей согласованности геометрических и позиционных допусков по сравнению с методами переноса с несколькими установками.
• В сочетании с контршпинделем обработка как передней, так и задней стороны детали может выполняться непрерывно, что приводит к сокращению времени цикла.
• Время ожидания инвентаризации незавершенного производства (НЗП) сокращается, а время, затрачиваемое на межпроцессную обработку и постановку в очередь, соответственно сокращается.

Ключевые вопросы, которые следует учитывать при выборе машины

Достаточный ли диапазон перемещения по оси Y?

Диапазон перемещения оси Y напрямую определяет, насколько далеко режущий инструмент может смещаться от центральной оси. При обработке изделий, содержащих эксцентрические элементы, таких как гидравлические фитинги или медицинские компоненты, диапазона перемещения по оси Y, составляющего ±52 мм, обычно достаточно для удовлетворения требований к деталям средней сложности. Однако если изделие оснащено смещенными элементами большого диаметра, рекомендуется указать диапазон ±80 мм или даже больше, чтобы обеспечить достаточный технологический зазор.

Мощность и скорость живых инструментов

Фактическая режущая способность приводного инструмента более тесно связана с его выходной мощностью, чем со скоростью вращения. При обработке таких материалов, как нержавеющая сталь или титановые сплавы, сочетание низкой скорости и высокого крутящего момента обычно более практично, чем высокоскоростная обработка. Если ваша линейка продуктов включает компоненты из алюминиевых сплавов аэрокосмического класса, требующие высокоскоростного фрезерования, вам следует отдать приоритет высокоскоростной конфигурации. Если ваши приложения требуют как высокого крутящего момента, так и высокой скорости, вы должны проверить, поддерживает ли станок двухскоростной интерфейс инструмента или же приводные инструменты оснащены независимыми сервоприводами.

Является ли субшпиндель выгодной инвестицией?

Значение контршпинделя зависит от того, требуется ли прецизионная обработка на обоих концах заготовки. Для деталей, имеющих сопрягаемые поверхности на обоих концах, таких как автомобильные втулки или гидравлические фитинги, переворот заготовки вручную для обработки обратной стороны затрудняет обеспечение концентричности; кроме того, каждый переворот вручную создает потенциальную точку риска качества. При использовании контршпинделя заготовка перемещается непосредственно внутри станка; это создает закрытый интегрированный процесс, который значительно снижает потенциальные источники ошибок.

Термическая стабильность станков

После нескольких часов непрерывной работы станина и шпиндель станка неизбежно подвергаются термической деформации, которая по размерам проявляется как «дрейф». Высококачественные станки обычно оснащены системами масляного охлаждения шпинделя и ШВП, а некоторые дополнительно оснащены алгоритмами термической компенсации в реальном времени. Эта конкретная деталь не всегда может быть явно указана в технических характеристиках; поэтому при выборе станка желательно специально уточнить эту особенность у поставщика.

Сценарии обработки для четырех типичных категорий деталей

Следующие четыре категории продукции представляют собой основные области применения токарно-фрезерных центров с осью Y, каждая из которых предъявляет особые требования к возможностям станка:

• Гидравлические фитинги: Эти детали требуют одновременного выполнения внутренней и внешней резьбы, нескольких радиальных отверстий и конических уплотнительных поверхностей. Они предъявляют высокие требования к диапазону перемещения оси Y и точности обработки резьбы, поскольку концентричность уплотнительной поверхности напрямую влияет на эксплуатационную надежность фитинга.
• Медицинские компоненты: Обычно эти детали изготавливаются из титановых сплавов или нержавеющей стали медицинского назначения и часто имеют окна допусков в пределах ±0,005 мм. К ним предъявляются строгие требования к качеству поверхности, а также от станка требуется высокий уровень термической стабильности и точности управления подачей.
• Авиационные разъемы: Эти компоненты, характеризующиеся высокими материальными затратами и значительными потерями лома, имеют сложные внутренние полости и эксцентриковые конструкции, которые необходимо изготавливать за одну операцию; следовательно, стабильность системы приводного инструмента напрямую определяет производительность обработки.
• Автомобильные прецизионные втулки: Эти детали требуют непрерывной обработки внутренних отверстий, наружных диаметров, торцевых поверхностей и масляных канавок. Использование конфигурации подшпинделя обеспечивает соосность между обоими концами, что делает процесс идеально подходящим для крупносерийного производства с устойчивым циклом, типичного для автомобильной промышленности.

Если взять в качестве примера гидравлические соединители, то соединитель высокого давления обычно требует обточки внешнего диаметра, растачивания внутреннего отверстия, обработки нескольких радиальных сквозных отверстий и, наконец, нарезания трубной резьбы и окончательной обработки поверхности уплотнительного конуса. Если эти операции разделены между двумя отдельными станками, процесс вторичной фиксации и выравнивания сам по себе занимает значительное время, и поддержание точности положения отверстия в пределах строгих допусков, указанных в технических чертежах, становится чрезвычайно трудным. Объединив эти операции на одном токарно-фрезерном обрабатывающем центре с осью Y, рабочий процесс упрощается из двух отдельных этапов в один. Такая интеграция обычно приводит к сокращению общего времени обработки на 30–50 %, а также к значительному повышению стабильности позиционирования отверстий.

Сравнение с традиционной комбинацией «токарный обрабатывающий центр»

При оценке целесообразности внедрения технологии токарно-фрезерной обработки многие предприятия неизбежно сравнивают ее с существующей у них производственной структурой, в частности, с традиционной комбинацией токарного станка в паре с обрабатывающим центром. Ниже описываются различия между двумя решениями по нескольким практическим аспектам:

Рекомендации по выбору: практические соображения

• Определите количественную долю деталей в вашей существующей линейке продукции, в которых используются эксцентриковые отверстия или элементы фрезерования; этот коэффициент определяет фактическую степень использования оборудования.
• Для заводов с небольшими объемами и смешанным производством эффективность переналадки более важна, чем производительность одной машины; Комплексная токарно-фрезерная обработка предлагает в этом отношении естественное преимущество.
• При обработке труднообрабатываемых материалов (например, титановых сплавов, хромомолибденовой стали) мощность шпинделя и жесткость инструментальной системы более важны, чем скорость шпинделя; Не основывайте свой выбор исключительно на высоких оборотах шпинделя.
• Выберите систему управления с ЧПУ, которая соответствует рабочим привычкам вашего персонала; затраты на обучение и период адаптации, связанные с принудительным переходом на незнакомую систему, иногда могут превзойти ожидания.
• Скорость реагирования послепродажного обслуживания — фактор, который часто упускают из виду; Учитывая сложную структуру токарно-фрезерных центров, финансовые потери от одного дня простоя часто значительно превышают потери стандартного токарных станков.
• Если у вас есть планы на будущую модернизацию системы автоматизации, заранее подтвердите, поддерживает ли машина интеграцию устройств подачи прутка, роботизированных интерфейсов и систем измерения в ходе процесса.

Рекомендуемый продукт: Токарный станок с наклонной станиной с ЧПУ Dongfang CNC 100MSY с вспомогательным шпинделем и осью Y

Taizhou Eastern CNC Technology Co., Ltd. — известный отечественный производитель и специалист по исследованиям и разработкам станков с ЧПУ. Портфель ее продукции включает в себя широкий спектр серий, включая токарные станки с ЧПУ с наклонной станиной, токарно-фрезерные центры и вертикальные обрабатывающие центры. Имея штат сотрудников, превышающий 650 человек, компания поставляет свою продукцию на рынки по всему миру. Серия 100MSY представляет собой флагманскую модель токарно-фрезерного станка с осью Y, разработанную компанией специально для обработки сложных компонентов валов и дисков. Он поддерживает настройку OEM и идеально подходит для массового производства прецизионных деталей малого и среднего размера.

100MSY имеет наклонную станину под углом 30°, обеспечивающую высокую жесткость станины и эффективную эвакуацию стружки. Функциональность оси Y достигается за счет синхронизированной интерполяции двух осей — диагонального промежуточного суппорта и горизонтального основного суппорта. Такая конструкция гарантирует, что режущий инструмент сохраняет высокую контактную жесткость во время операций фрезерования, а не полагается на простое моделирование смещения; такой подход оказывает прямое и положительное влияние на качество обработки эксцентриковых отверстий и радиальных пазов. В стандартную комплектацию станка входит 12-позиционная револьверная головка с электроприводом, позволяющая непрерывно выполнять различные процессы, включая точение, фрезерование, растачивание, сверление, нарезание резьбы и развертывание, в рамках одной установки заготовки, тем самым устраняя необходимость в перемещении заготовки.

• Угол наклона кровати: 30°
• Конфигурация башни: 12-позиционная турель с электроприводом
• Реализация оси Y: Двухосная синхронизированная интерполяция
• Суб-шпиндель: Опционально (версия 100MSY)