Державки обеспечивают жизненно важную связь с производительностью обработки

Прецизионные станки и передовые режущие инструменты вместе обеспечивают выдающуюся производительность резки металла. Однако связь между режущим инструментом и шпинделем станка — держатель инструмента — имеет решающее значение для полного достижения этой производительности. Производители инструмента предлагают широкий выбор типов держателей, каждый из которых разработан для оптимальной работы в определенных областях обработки. Следовательно, механообрабатывающий цех должен основывать свой выбор оправок на своих конкретных операциях, а также на деталях, которые он производит. Тем не менее, в то время как магазины стремятся приобрести самые передовые технологии станков и материалы для режущего инструмента, они часто придают минимальное значение выбору, применению и обслуживанию резцедержателей, которые наилучшим образом соответствуют их конкретным производственным потребностям.

Не все владельцы одинаковы

Ни один метод крепления инструмента не подходит для всех возможных применений. Державке, предназначенной для высокоскоростных чистовых операций, обычно не хватает жесткости и прочности, необходимых, например, для глубокой черновой обработки необработанных отливок. И наоборот, державке, предназначенной для черновой обработки, обычно не хватает сбалансированности, которая позволила бы ей плавно работать на высоких скоростях при чистовых операциях. Кроме того, прочная конструкция и большие размеры держателя для черновой обработки могут ограничивать его доступ к мелким или глубоким деталям. Для работы с прочными материалами заготовки требуются державки с повышенной прочностью и жесткостью. Способность державки гасить вибрацию, а также подавать СОЖ также являются важными критериями выбора.

Использование неподходящей оправки может привести к ошибкам в размерах и браку деталей, а также к чрезмерному износу шпинделей станков, сокращению срока службы инструмента и увеличению поломки инструмента. В некритических работах недорогая державка может дать удовлетворительные результаты. Но в операциях, где обязательна воспроизводимая точность — и особенно когда утилизация дорогостоящей детали снижает размер прибыли, инвестиции в высококачественные державки, ориентированные на применение, обеспечивают недорогую страховку от таких непредвиденных потерь.

Для некоторых руководителей цехов длинные версии держателей инструментов, используемые в различных областях, являются действенной стратегией экономии. Тем не менее, всегда применяя максимально короткую оправку, вы максимизируете жесткость, минимизируете вибрацию, ухудшающую качество поверхности, и продлеваете срок службы инструмента.

Державки составляют менее двух процентов от общих производственных затрат. Даже сокращение этой стоимости вдвое дает незначительную экономию, в то время как бракованная заготовка или сломанный инструмент имеют ощутимый финансовый эффект. Инструменты и держатели премиум-класса могут повысить производительность металлообработки для немедленной окупаемости инвестиций в инструмент. В частности, в таких отраслях, как производство аэрокосмических компонентов, где стабильность процесса обработки имеет первостепенное значение, многие производители уделяют внимание прежде всего приобретению инструментов премиум-класса, чтобы избежать производства дефектных деталей и тратить время на устранение неполадок и остановку производства. Производители аэрокосмической отрасли обычно тратят много времени на проверку новых концепций держателей, прежде чем сертифицировать их для производства.

Факторы заготовки влияют на выбор держателя

Факторы, влияющие на выбор державки, включают обрабатываемость материала заготовки в каждом задании, а также конфигурацию конечной детали, которая может определять размеры державки, необходимые для достижения определенных контуров и/или элементов. Тем не менее, держатели инструментов должны быть максимально простыми и удобными в использовании, чтобы свести к минимуму возможность ошибки оператора.

Независимо от того, какая технология крепления инструмента применяется, жесткость станка, мощность шпинделя и способность создавать жесткие допуски будут определять, какие операции будут выполнимы. Например, попытка добиться микронных допусков на изношенном станке — пустая трата времени.

Основные элементы станка играют ключевую роль:быстрый станок с линейными направляющими лучше всего использует преимущества резцедержателей, предназначенных для высокоскоростных операций, а станки с коробчатыми направляющими обеспечивают поддержку тяжелой обработки. Многозадачный станок будет полностью использовать возможности резцедержателей, которые могут выполнять как токарные, так и фрезерно-сверлильные операции.

Используемая стратегия обработки также будет определять выбор державки. Например, мастерские могут выбирать инструменты для максимизации производительности при операциях высокоскоростной резки (HSC), предполагающих меньшую глубину резания, или при высокопроизводительной резке (HPC), когда основное внимание уделяется получению высоких скоростей съема металла на станках с достаточной мощностью, но с ограниченными скоростными возможностями. .

Низкое воспроизводимое биение может помочь обеспечить постоянное зацепление инструмента и, таким образом, снизить вибрацию и увеличить срок службы инструмента. Баланс имеет решающее значение, и высококачественная оправка должна быть точно отбалансирована на скорости G2,5-25000 об/мин (1 г/мм). Механические цеха могут проводить собственные исследования и консультироваться со своими поставщиками инструментов, чтобы определить систему или системы крепления инструмента, которые будут рентабельно удовлетворять их производственные потребности.

У каждого холдера есть своя ниша

Будь то простые Weldon, цанговые, термоусадочные, механические или гидравлические держатели, они также должны соответствовать конкретным эксплуатационным требованиям. Простые держатели концевых фрез для инструментов с хвостовиками Weldon, например, жесткие, простые в использовании, могут передавать высокий крутящий момент и обеспечивают надежный и прочный зажим с сильным противодействием выдергиванию. Они хорошо подходят для тяжелой черновой обработки, но им не хватает точной концентричности. Как правило, они несбалансированы по своей природе и неэффективно применяются для приложений, использующих высокие скорости вращения.

Цанговые патроны и сменные цанги являются наиболее распространенной формой технологии крепления круглого инструмента. Экономичные типы ER доступны в широком диапазоне размеров и обеспечивают достаточный захват для надежного выполнения легких фрезерных и сверлильных работ. Высокоточные цанговые держатели ER отличаются малым биением (<5 мкм на кончике инструмента) и симметричной конструкцией, которую можно сбалансировать для высокоскоростных операций. Доступны усиленные версии для обработки в тяжелых условиях. Державки ER облегчают быструю смену и подходят для инструментов различных диаметров.

Термоусадочные держатели обеспечивают сильное усилие зажима, концентричность 3 мкм при 3xD и превосходные качества балансировки. Их небольшие, простые конфигурации носовой части обеспечивают хороший доступ к узким элементам детали.

Усиленные версии могут выполнять фрезерование от средних до тяжелых, но усилие зажима зависит от допусков на внутренний диаметр хвостовика инструмента и держателя. Инструменты для горячей посадки требуют приобретения специального нагревательного элемента, а процесс нагрева/охлаждения требует больше времени на настройку, чем простая замена цанги.

Механические фрезерные патроны обеспечивают высокое усилие захвата и высокую радиальную жесткость за счет нескольких рядов игольчатых подшипников. Конструкция позволяет тяжелое фрезерование и быструю смену инструмента, но биение может быть больше, чем у цанговых систем. Механические патроны обычно больше по размеру, чем другие типы державок, что может ограничивать доступ инструмента к некоторым элементам детали.

Гидравлические патроны, использующие давление масла для создания усилия зажима, имеют меньше внутренних элементов, чем механические патроны, и в результате имеют сравнительно более тонкий профиль. Гидравлические патроны отличаются малым биением и эффективны при развертывании, сверлении и фрезеровании на высоких скоростях шпинделя, но чувствительны к большим радиальным нагрузкам.

Так же важно, как держатель фиксирует режущий инструмент, так же важно, как он крепится к шпинделю станка. Шпиндель или конический конец державки определяет возможность передачи крутящего момента и устанавливает точность центрирования инструмента. Традиционные конусы инструментов BT, DIN и CAT эффективны на небольших станках, но могут иметь ограниченные возможности для работы на высоких скоростях. Версии, которые обеспечивают контакт как на конусе держателя, так и на торце, обеспечивают повышенную жесткость и точность, особенно в ситуациях с большим вылетом. Для надежной передачи большего крутящего момента требуются конусы большего размера. Держатель HSK-E32, например, не может заменить HSK-A125A в тяжелых условиях обработки.

Выбор типа конуса держателя часто определяется региональными предпочтениями. HSK появилась в Германии в середине 1990-х годов, когда популярность 5-осевых станков возросла. Конусы CAT в основном используются в США, тогда как в Азии популярны хвостовики BT, часто в версиях с контактом конуса и торца.

HSK очень распространен для 5-осевой обработки. Соединения PSC (многоугольная система зажима:Capto) и KM используются в основном на многоцелевых станках и в настоящее время являются стандартами ISO. И KM, и Capto также представляют собой модульные системы, позволяющие собирать специальные инструменты различной длины путем штабелирования удлинителей или переходников. Типы державок, которые позволяют точить, фрезеровать или сверлить детали в одном приспособлении, становятся все более популярными по мере увеличения использования многозадачных станков.

Несмотря на то, что существуют запатентованные системы крепления инструмента, в которых уникальные держатели и цанги используются инновационными способами для достижения впечатляющих результатов, мастерская должна учитывать их преимущества. Эти системы обычно требуют больших затрат и ограниченного выбора инструментов от одного поставщика.

Стоимость и другие аспекты

В то время как базовая стоимость держателя гидравлического или механического типа выше по сравнению со стоимостью цангового держателя или держателя с горячей посадкой, в нее вовлечены и другие факторы, такие как расходы на систему нагрева для горячей посадки и время, необходимое для замены инструментов. Также необходимо иметь термозажимную державку для каждого диаметра инструмента, в отличие от установки различных диаметров путем простого переключения цанг в системе цанговых держателей.

Операторы станков и обслуживающий персонал также играют важную роль в успешном применении резцедержателя. Как и в случае со станками и другим производственным оборудованием, держатели инструментов требуют правильного использования и обслуживания, чтобы максимизировать их преимущества и использовать их в полной мере. Например, оператор должен вставить хвостовик инструмента в держатель на всю его длину, потому что неправильная посадка приведет к нарушению точности вибрации или даже выбросу инструмента. Соблюдение спецификаций сборки инструмента имеет решающее значение. Операторам не следует использовать удлинительную рукоятку для приложения чрезмерного крутящего момента при затягивании патрона, что может привести к скручиванию цангового патрона и смещению инструмента.

Уход за инструментом также важен, но его часто игнорируют. Операторы должны всегда очищать держатели перед использованием, а также проверять шпиндель станка. Держатели должны храниться чистыми и сухими, с крышками для защиты конуса инструмента. Необходимо регулярно проверять давление жидкости в гидравлических патронах.

Заключение

Механические мастерские должны признать важность резцедержателей в системе механической обработки и узнать, как правильное согласование подходящего резцедержателя с их конкретными станками, стратегиями обработки и заготовками может повысить производительность и снизить затраты. В то же время производители державок предлагают более широкий выбор державок (см. врезку) разработаны с учетом индивидуальных эксплуатационных потребностей.

Будущие усовершенствования выходят за рамки самого держателя. Управление инструментами с помощью программного обеспечения и RFID-меток является элементом производства на основе данных и становится все более распространенным. Достижения в технологии державок включают в себя державки с датчиками, которые позволяют контролировать усилия, действующие на державку, в режиме реального времени. Собранные данные позволяют в процессе корректировать параметры обработки либо оператором, либо даже автоматически с помощью искусственного интеллекта (ИИ) в связи с блоком управления станком. Эти и другие новые технологии еще больше усилят производительный вклад, который державки вносят в операции обработки.