Влияние многозадачности в современных магазинах

Доступность различных конфигураций многозадачных станков позволяет магазинам выбирать наилучшее сочетание компонентов и возможностей для конкретных задач.

Непрерывное совершенствование технологии многозадачных станков выводит цеха на более высокий уровень производительности, чем когда-либо прежде. Возможность производить детали высочайшей сложности за один установ, ограничивая вмешательство человека и экономя значительное время, предоставляет даже небольшим предприятиям экономически эффективное решение для конкуренции в сегодняшних сложных производственных условиях.

Имея множество доступных конфигураций, а производители продолжают предлагать новые конструкции, магазины должны быть в состоянии найти правильное сочетание компонентов и возможностей, соответствующее их потребностям. Джо Уилкер, менеджер группы продуктов в Mazak Corp., поделился с нами некоторыми мыслями о текущем состоянии технологии многозадачности и о том, как магазины могут извлечь из нее наилучшие выгоды.

Новые функции на многозадачных компьютерах

Среди многих функций, которые магазины ищут в многозадачности, есть сдвоенные токарные шпиндели и несколько револьверных револьверных головок с поворотными инструментальными станциями и возможностью смещения по оси Y, а также фрезерные шпиндели с наклоном/вращанием по оси B, поворотные/наклонные столы и вместительные инструментальные магазины. По словам г-на Уилкера, новейшие разработки включают револьверные головки со встроенным двигателем, усовершенствованные нижние револьверные головки, фрезерные шпиндели с прямым приводом и задние бабки для бурения с сервоприводом. Дополнительные расширенные возможности включают одновременное фрезерование с использованием верхней и нижней револьверных головок и длительные операции сверления.

Револьверные головки со встроенным двигателем, в которых используются антилюфтовые, роликовые зубчатые кулачковые приводы, обеспечивают плавную, высокоскоростную и высокоточную цифровую индексацию, а также расширяемость. Такие универсальные револьверные головки обычно вмещают 12 позиций инструментов с возможностью расширения до 24. Увеличенная вместимость инструментов означает более продолжительное время непрерывной работы и возможность использовать более распространенные инструменты, что помогает сократить общий запас инструментов. Эта конструкция револьверной головки устраняет необходимость в изогнутых/индексных соединениях, а возможность расширения возможна, поскольку револьверная головка индексируется в цифровом виде в любое положение без изменения корпуса. А после установки обычно используются встроенные гидравлические зажимные системы для обеспечения максимальной жесткости.

Как и в случае с их верхними аналогами, г-н Уилкер утверждает, что нижние револьверные головки на многозадачных машинах также продолжают развиваться и расширяться с точки зрения возможностей, а также возможностей их инструментов. Нижние револьверные головки стали более прочными и мощными и обычно предлагают до девяти положений инструмента с возможностью установки приводных фрезерных шпинделей.

Некоторые машиностроители настраивают револьверные головки с наклоном в 45 градусов. Эта конструкция максимально увеличивает грузоподъемность револьверной головки и обеспечивает достаточный доступ к шпинделю станка и место для перемещения деталей с основного на вспомогательный токарные шпиндели.

Для повышения производительности и универсальности обработки деталей нижние револьверные головки могут работать одновременно с верхними револьверными головками на одной и той же заготовке. Или нижние револьверные головки могут работать в сочетании с фрезерным шпинделем станка, который можно установить с любой стороны передней бабки станка, чтобы еще больше сократить время цикла обработки.

Револьверные головки современных многозадачных станков оснащены вращающимися инструментальными шпинделями, в которых реализована технология прямого привода, которая делает их более быстрыми и мощными, чем их предшественники. Фрезерные двигатели с прямым приводом обеспечивают скорость вращения шпинделя на 24% выше, а уровень крутящего момента выше на 60%. Эти возможности означают повышение универсальности обработки, производительности и срока службы инструмента, а также улучшение качества обработки поверхности детали. Магазины могут приобрести многозадачные станки с револьверными шпинделями, которые в стандартной комплектации развивают мощность 10 л.с. и 6000 об/мин. Или они могут выбрать те, которые развивают скорость до 10 000 об/мин и крутящий момент до 52 футо-фунтов.

Новейшие задние бабки с ЧПУ с сервоприводом позволяют автоматизировать процессы. Эти задние бабки полностью программируемые и работают от собственных серводвигателей переменного тока и шарико-винтовых пар. С помощью программ обработки деталей задние бабки могут выдвигаться в известные положения и с заданными скоростями приближения и контактировать с заготовками при постоянном удерживающем давлении. Благодаря независимым системам привода эти задние бабки также могут просверливать отверстия по центральным линиям валов, что повышает универсальность операций, которые может выполнять многозадачный станок.

В большинстве случаев настройки тяги задней бабки регулируются с шагом в определенное усилие в футо-фунтах. Эта функция позволяет мастерским устанавливать уровни тяги в соответствии с материалом и формой заготовки, чтобы исключить риск повреждения детали, одновременно обеспечивая безопасное и надежное удержание и поддержку. Или мастерские могут регулировать параметры тяги «на лету», пока задействована задняя бабка, что позволяет выполнять операции сверления, растачивания и хонингования, для которых в противном случае потребовались бы инструменты в револьверной головке станка. Таким образом, задние бабки с такой работоспособностью, в свою очередь, открывают позиции в револьверных головках станков.

Поскольку все большее число мастерских сталкивается с более длинными, крупными и более сложными заготовками в виде вала, многозадачные станки могут предлагать увеличенную длину станины в сочетании с такими инновациями, как длинные накопители сверл/инструментов. Эти машины значительно повышают скорость и эффективность обработки сложных деталей.

Для операций с глубокими отверстиями склады для длинных инструментов позволяют машинам обрабатывать и хранить несколько инструментов — обычно до трех, каждый длиной около 40 дюймов. Стопы расположены над вторым шпинделем станка или, в зависимости от версии станка, над его задней бабкой, чтобы инструменты не мешали, но при этом были быстро и легко доступны.

Многозадачные машины в медицинских приложениях

Компания Lowell Inc. отказалась от ручных операций и увеличила общую производительность благодаря трем многозадачным станкам, которые обеспечивают полную возможность обработки деталей за одну установку.

Один цех использует преимущества многозадачной обработки, исключая ручные операции и увеличивая общую производительность, при производстве самых сложных деталей. Lowell Inc. является контрактным производителем медицинских изделий в Миннеаполисе, штат Миннесота, специализирующимся на имплантируемых устройствах, таких как ортопедические имплантаты для рынков позвоночника, травм и конечностей, а также на сердечно-сосудистых компонентах для механической поддержки кровообращения и ремонта клапанов. Эти обычно очень сложные многокомпонентные сборки, такие как транспедикулярные винты, цервикальные пластины, поперечные соединители и вспомогательные устройства для левого желудочка (LVAD), почти все состоят из нескольких частей, в которых отдельные компоненты должны правильно функционировать в сочетании друг с другом. Дизайн варьируется от заказчика к заказчику, поэтому практически каждая работа в Lowell выполняется индивидуально.

Потребность в индивидуальной настройке и регулируемости, а также в устройствах меньшего размера для малоинвазивной хирургии создает серьезные проблемы с механической обработкой. Как только мастерская поймет, как удерживать эти мелкие детали, она должна затем вырезать из них крошечные, замысловатые, очень сложные элементы, регулярно используя режущие инструменты диаметром менее 1 мм.

Для обработки этих сложных деталей компания Lowell установила три многозадачных станка Mazak Integrex i-150, сгруппированных в ячейки. Станки обеспечивают возможность полной обработки деталей за одну установку, что позволяет исключить ручные операции и повысить общую производительность. Они упрощают крепление только с помощью цанг и патронов; легко обрабатывать детали, которые варьируются от одного клиента к другому; и, во многих случаях, сократить время обработки деталей.

Каждый Integrex i-150 оснащен токарным шпинделем с ЧПУ с осью C, вертикальным фрезерным шпинделем с осью B и тиском для обратной обработки/центром поддержки деталей для токарной обработки, многогранной, многоугольной и полной пятиосевой контурной обработки. Компания Lowell также выбрала для своих станков высокоскоростные фрезерные шпиндели со скоростью вращения 20 000 об/мин и магазины с фронтальной загрузкой на 72 инструмента.

Фрезерные шпиндели наклоняются от -10 градусов до +190 градусов, а патроны оси C имеют достаточно сквозных отверстий, которые подходят для прутков диаметром до 2,56 дюймов. Для операций вне центральной линии станки обеспечивают диапазоны оси Y ± 3,94 дюйма. Ход оси 14,57 дюйма по оси X, 17,13 дюйма по оси Z и максимальный диаметр поворота 15,75 дюйма позволяют станкам обрабатывать детали различных размеров и форм на площади 91,3 дюйма на 99,6 дюйма.

Когда три машины сконфигурированы одинаково и расположены рядом друг с другом, операторы могут легко переходить от машины к машине, не изучая совершенно другую машину или язык программирования.

На станках Mazaks компания Lowell производит практически все детали из прутка диаметром от 0,375 до 1,250 дюйма. Устройство подачи прутков LNS Quick Load Servo 65 автоматически подает прутки длиной 40 дюймов в машины. Мастерская выбрала несколько вариантов машины, которые еще больше повышают ее производительность. К ним относятся охладители охлаждающей жидкости, шкалы по всем осям и расширенные функции управления ЧПУ для высокоскоростной обработки.

Многозадачный станок QTN350-II MSY оснащен функциями фрезерования и оси Y, а также вторым токарным шпинделем, что позволяет LCP Machine Inc. обрабатывать очень маленькие и очень сложные элементы компонентов медицинских имплантатов.

Станки помогли оптимизировать весь процесс обработки деталей, включая программирование и настройку. Универсальность обработки деталей и повышенная производительность позволяют магазину продолжать расширяться за счет новых приложений.

Защита тоже меняется

Другой магазин, LCP Machine Inc. из Баннелла, Флорида, является поставщиком уровня II и III в аэрокосмической и оборонной промышленности, а также поставщиком уровня I в нефтегазовой отрасли. В настоящее время он обрабатывает более 200 различных индивидуальных заказов в месяц с количеством от одной до 10 000 штук. Некоторые задания повторяются, но в основном они уникальны.

Компания имеет 14 станков Mazak, последними из которых являются многозадачный станок Quick Turn Nexus (QTN) 350-II MSY и несколько полноценных пятиосевых вертикальных обрабатывающих центров Vertical Center Universal (VCU) 400 5X и 300 5X. Многозадачный станок оснащен функциями фрезерования и оси Y, а также вторым токарным шпинделем для обработки каждой детали LCP за один установ.

Среди других станков в цехе — многозадачные QTN с возможностью фрезерования, трехосевые вертикальные обрабатывающие центры Vertical Center Nexus (VCN) и вертикальный обрабатывающий центр VCN Compact.

LCP изготавливает большую часть своих деталей из алюминия, нержавеющих и никелевых сплавов, а также из латуни, меди и нескольких распространенных видов пластика. Детали имеют диаметр от 0,030 до 18 дюймов и длину 60 дюймов. Допуски могут варьироваться от ± 0,001 дюйма до 0,0002 дюйма, а время обработки варьируется от 10 секунд до восьми часов.

Используя такие технологии, как многозадачность и полноценная пятиосевая обработка, цех часто изготавливает детали за один установ. Одной из таких деталей является корпус для военного гидролокатора, изготовленный на станке QTN, который был приобретен специально для этой работы и может производить деталь за половину стоимости прежних возможностей цеха. Магазин выпускает около 10 000 таких деталей в год.

Сонарная часть требует токарной обработки по внешнему и внутреннему диаметру, а также некоторого фрезерования. Настоящей проблемой является финишная отделка поверхности внутреннего диаметра, которая, по мнению LCP, потребует передачи детали для хонингования. Операция хонингования добавила бы к работе много времени. Но, зная возможности QTN, LCP объяснила заказчику, что приобретение станка позволит изготавливать деталь за одну операцию, сохраняя требуемую чистоту поверхности только в необходимых областях, таким образом, оставаясь в пределах ценовой категории клиента, оставляя LCP комфортная маржа прибыли. Машина может выполнить одну из этих деталей за считанные минуты.

Являясь прецизионным цехом по производству компонентов для аэрокосмической и оборонной промышленности, а также компонентов для нефтегазовой и других отраслей промышленности, LCP знает, что ее клиенты будут и впредь требовать более высокого качества и более низких цен. Выполнение этих требований зависит от технологии многозадачности.

Делать больше с меньшими затратами

Когда производители станков совершенствуют и совершенствуют конструкции многозадачных станков, универсальность обработки увеличивается, а основные преимущества многозадачности еще больше усиливаются. Объединение операций уменьшает неточности, которые могут возникнуть при перемещении деталей между несколькими рабочими станциями, и устраняет запасы незавершенного производства, которые в противном случае могли бы задерживаться между автономными станками. Как видно из многих случаев, многозадачные машины позволяют магазинам делать больше с меньшими затратами и повышать конкурентоспособность.