Максимизация точности станков с ЧПУ: Практическое руководство по точности и надежности

Одна из самых важных задач в обработке — обеспечение того, что ваш новый станок с ЧПУ точен и точен. Но как выбрать правильный инструмент для вашего завода, учитывая сбивчивое количество вариантов, конфигураций и цен?

В этой статье мы проведем вас через пошаговый процесс, необходимый для оптимизации точности, повторяемости и допусков вашего станка с ЧПУ при покупке нового станка.

Время инвестировать в новый станок с ЧПУ

Представьте, что у вас появилась новая производственная возможность или задача. Вы проверяете чертеж инженера, чтобы понять, что нужно сделать, и начинаете планировать последовательность и процесс обработки конкретной детали.

Вы проходитесь по своим существующим станкам и проверяете квалификацию операторов, чтобы увидеть, могут ли они изготовить эту деталь.

К сожалению, ваши текущие станки с ЧПУ не имеют необходимых допусков для изготовления детали. Они могут быть более низкой спецификации или слишком старыми для удовлетворения этой новой потребности.

Когда это происходит, вы можете захотеть начать инвестировать в более новые и современные технологии.

История о поставщиках станков с ЧПУ

В этот момент вам нужно взвесить стоимость изготовления каждой детали против стоимости приобретения новых станков с ЧПУ.

Вы помните, что потратили на текущие станки 10 лет назад, и устанавливаете бюджет максимально низким, чтобы максимизировать прибыль.

10 лет назад вы потратили бы 80 000–100 000 долларов за вертикальный machining-центр. Хорошо, вы решаете установить бюджет для нового станка с ЧПУ в 75 000 долларов. Посмотрим, что есть на рынке.

По мере прохождения недель вы связываетесь с различными продавцами станков. Они охотно обращаются к вам, предлагая ряд станков с ЧПУ, соответствующих вашему бюджету.

Некоторые дешевле. Другие чуть дороже. Еще другие могут быть более дорогими.

Все обещания этих продавцов основаны на том, что их станки новее и лучше ваших текущих. Однако ни один из этих поставщиков не учитывает детали и строгие допуски обрабатываемой детали.

Однако однажды к вам приходит конкретный продавец. После того как вы сообщили ему свои конкретные требования — показав чертеж новой работы — он внимательно изучает его некоторое время.

Комментируя, что такая деталь может быть «трудно удерживать», он предложил, что вам понадобятся станки с хорошими держателями инструментов и режущими инструментами.

Он также подчеркнул, что контроль температуры является ключевым — в частности, температура вашего цеха и станков в целом. Он добавил, что ваш новый станок с ЧПУ будет нуждаться в линейных стеклянных шкалах, лазерных измерительных инструментах и тач-зонде для измерения обработанной детали и выполнения авто-оффсетов.

Продавец объясняет, что его станок с ЧПУ лучше ваших текущих и конкурентов. После того как вы спрашиваете примерную цену, он называет — 150 000–200 000 долларов — в зависимости от итоговых спецификаций.

Это шокирующе выше вашего бюджета! Вы можете даже подумать, что продавец пытается вас обмануть.

Однако вы также начинаете думать о том, что он объяснил, и понимаете, что это имеет смысл. В конце концов, другие поставщики никогда не говорили об этих факторах. Они заботились только о ваших осях XYZ, цене и доступных остатках своих станков, предлагая дополнительные скидки при необходимости.

Вы связываетесь с другим поставщиком известного бренда, хорошо известного на рынке.

Во время визита он упомянул и повторил большинство пунктов второго представителя. Он дополнительно объяснил, что его станок использует систему линейного привода, которая считается лучшей на рынке.
Цена его станка с ЧПУ? Шокирующие 280 000–310 000 долларов — это еще выше, чем у второго поставщика, хотя размер станка, скорость шпинделя и системы ЧПУ похожи.

Кому теперь верить?

Понимание стандартов и точности ЧПУ-обработки

То, что мы только что описали, происходит каждый день по всему миру. Существует множество различных категорий, стандартов качества и уровней станков с ЧПУ — вам нужно знать различия, чтобы сделать правильный выбор.

Хотя поставщики станков могут обещать допуски ±1,5 микрон или меньше, обратите внимание, что поставщики из разных мест или стран могут использовать разные стандарты.

Например, существует большая разница между стандартом JIS (используется в основном японскими станками с ЧПУ) и стандартом VDI (используется репутабельными европейскими производителями, а также Hwacheon Machine Tool в Южной Корее).

Эти стандарты уже более 30 лет используются для измерения и сравнения уровней точности станков, особенно в Азиатско-Тихоокеанском регионе.

Чтобы понять различия — и важность этих различий — необходимо изучить и понять процесс, который производители станков с ЧПУ используют при измерении своих станков после завершения окончательной сборки.

Роль «Материнских станков» в станках с ЧПУ

Все репутабельные производители станков, предлагающие высококачественные станки с ЧПУ, используют «Материнский станок» для изготовления своих критических деталей. Это станки, которые могут достичь наивысших допусков — часто в пределах нескольких микрон. Стоимость таких станков часто очень высока и может составлять миллионы долларов.

Если конечный пользователь получает котировку/предложение для базового стандартного вертикального machining-центра за 70 000–100 000 долларов (X = 1000 с шпинделем 10–12 000 об/мин) и обещание от поставщика, что этот станок может достичь той же или даже «на бумаге» лучшей точности, чем дорогой «Материнский станок», он должен быть крайне скептичен!

Такие заявления слишком хороши, чтобы быть правдой.

Как системы привода, направляющие и шариковые винты влияют на точность

Как насчет систем линейного привода? Действительно ли они необходимы?

Такие системы были разработаны давно, чтобы помочь станкам достичь более высоких скоростей. Hwacheon Machine Tools имел свой опыт, когда мы проектировали и строили горизонтально-обрабатывающий центр более 18 лет назад.

Сегодня спрос на системы линейного привода все еще присутствует. Однако стандартные станки с ЧПУ часто опускают такие системы из-за их более высокой стоимости и большей сложности.

Система линейного привода может помочь вам достичь хороших допусков и точности. Однако современные станки с качественными шариковыми винтами и линейными роликовыми направляющими — или твердыми коробчатыми направляющими (закаленными, шлифованными и вручную соскобленными до идеала) — могут обеспечить лучшие результаты в долгосрочной точности и стабильности.

Таким образом, machining-центр с ЧПУ с высококачественными шариковыми винтами во всех осях и твердыми вручную соскобленными направляющими может достичь той же или похожей точности, что и версия с линейным приводом.

Факторы, влияющие на допуски вашего станка с ЧПУ

Достичь допусков на детали в диапазоне менее десяти (10) микрон — действительно сложно. Для этого рассмотрите следующие факторы, влияющие на допуски вашего станка:

• Температура цеха/мастерской
• Колеблющаяся и меняющаяся температура цеха/мастерской
• Воздушные сквозняки, создаваемые дверями, воротами, системами кондиционирования, которые могут нарушить стабильную температуру в вашем цехе
• Обратите внимание, что температура вашего станка изменится с раннего утра (когда оператор впервые запускает) до обеда и перерыва до вечера
• Шпиндель, работающий на более высокой скорости длительное время (обратите внимание на систему охлаждения корпуса шпинделя, носа и подшипников)
• Материал, из которого построен ваш станок (качество литого материала)
• Дизайн вашего станка (равномерно ли распределяется тепло по корпусу и деталям станка?)
• Калибровка вашего станка перед началом работы
• Регулярное обслуживание
• И многие другие пункты

Чтобы обеспечить, что производительность вашего станка не comprometida, Hwacheon использует линейные роликовые направляющие, изготовленные репутабельной компанией в Германии, на всех наших станках с ЧПУ. К ним входит линейка machining-центров Hwacheon VESTA. Размер и количество блоков/подшипников на каждом рельсе варьируются в зависимости от размера и назначения отдельного станка.

Цены на линейные роликовые направляющие могут сильно варьироваться в зависимости от бренда, типа, размера, класса качества и страны происхождения.

Примечание: Эти факторы часто могут быть напрямую обработаны или управляемы пользователями станков

Факторы, влияющие на допуски деталей вашего станка с ЧПУ

Помимо вашего станка, также рассмотрите эти факторы, влияющие на допуски вашей обработанной детали:

• Материал вашей детали
• Закрепление детали (микронная работа по допускам требует микронного закрепления)
• Обработка в 2-3 осях или даже до 5 осей (с использованием большего числа осей ваш станок может допускать больше допусков к совокупности)
• Форма детали — круглая, квадратная, прямоугольная или другие формы
• Тепло при обработке — убедитесь, что вы используете достаточное СОЖ при резании
• Чрезмерное удаление материала за один проход нагрузит вашу деталь. Следовательно, вы должны снять это напряжение перед продолжением тонкой чистовой работы.
• Разрешающая способность измерительной системы вашего станка с ЧПУ
  • а) Энкодер
  • б) Прямая измерительная система (чем тоньше — тем лучше для достижения более высокой точности)
• Ваши инструменты (качественные инструменты обеспечивают качественную работу)
• Качество и стандарт держателя инструмента
• Подход к резанию и метод, а также ЧПУ-программа
• И многие другие пункты

Примечание: Эти факторы часто могут быть напрямую обработаны или управляемы пользователями станков

Строение станка, литье и другие факторы, влияющие на точность станка с ЧПУ

Помимо вышеуказанного, вам также нужно учитывать другие факторы, касающиеся самого станка с ЧПУ. Для компании вроде Hwacheon Machine Tools мы обеспечим, чтобы за следующими факторами следили:

• Изготовлены из лучшего качества литья (литое в собственной литейной)
• Проектированы в мостовой структуре для достижения наивысшей точности с самых основ
• Немецкие роликовые направляющие качества — лучшие шариковые винты по качеству, стандарту и шагу, предлагающие более плотный шаг и больший диаметр (опционально также жидкостно охлаждаемые).
• Линейные стеклянные шкалы с наивысшим разрешением во всех осях
• Весь корпус станка обмотан специальной теплоизоляционной пеной для равномерного распределения температурных вариаций
• Датчики температуры на станине, раме и корпусе шпинделя для быстрой и точной реакции и компенсации любых температурных изменений
• Два конвейера для стружки, работающих в отдельных изолированных съемных чехлах — они смонтированы на вибропоглощающих подкладках для избежания передачи тепла и вибраций на корпус станка
• Кабели и трубки смонтированы и установлены с особой осторожностью внутри механической структуры станка для избежания вибраций
• Бак СОЖ расположен сзади станка, чтобы избежать влияния тепла от СОЖ на станину станка (плюс легко чистить и обслуживать)
• Встроенные моторные шпиндели доступны от 20–32–45 000 об/мин, с BBT 40 / HSK-A63 до HSK-E40 и HSK-E32
• Система охлаждения шпинделя с высококачественной системой охлаждения и фильтрации
• Корпус шпинделя и нос секционированы на малые части для эффективного и равномерного охлаждения. Это предотвращает текучее масло сверху вниз, видимое в большинстве других станков.
• Подшипники напрямую впрыскиваются свежим температурно-контролируемым маслом — это гарантирует, что подшипники не работают непрерывно в горячем масле.
• Стандартное программное обеспечение автоматизации загружено в станок. Для Hwacheon это включает:
  • а) HSDC — Система контроля смещения шпинделя Hwacheon
  • б) HTDC — Система контроля теплового смещения Hwacheon
  • в) HFDC — Система контроля смещения рамы Hwacheon
• Система ЧПУ и пакет двигатель/усилитель, проверенные во всех рынках и отраслях по всему миру

Примечание: Эти факторы должны управляться вашим производителем станков.

Возврат к нашему клиенту по станкам...

Давайте теперь вернемся к нашему клиенту. У него есть новый заказ на обработку, но он понимает, что с текущими доступными станками он не может выполнить требования.

Должен ли он тратить как можно меньше или инвестировать в топовый станок с ЧПУ, доступный на рынке?

Ответ точно где-то посередине.

Правда в том, что достижение более высокой точности обработки и стандартов требует более высоких инвестиций в ваш станок с ЧПУ.

Однако даже лучший и самый сложный станок с ЧПУ не может доставить желаемые результаты, если окружающие обстоятельства не соответствуют его развертыванию — или если такой топовый станок управляется как базовый стандартный станок!

Окружение и среда цеха

Окружение и среда вашего цеха должны соответствовать станку в вопросе.

Убедитесь, что это чисто, без вибраций на полу цеха, и с контролем температуры.

Ваш оператор станка с ЧПУ должен понимать самые базовые требования и уход, необходимые для достижения строгих допусков в изготовлении вашей детали. Несоблюдение этого приведет к тому, что ваши новые инвестиции не доставят то, что требуется. Вы можете использовать чек-лист, который мы предоставили, как руководство.

Качественные держатели инструментов

Вам также нужно понять, что повторное использование старых держателей инструментов, работавших на других станках, может быть экономно в краткосрочной перспективе, но глупо в долгосрочной. Это может испортить ваши новые станки и сократить их долговечность — точно так же, как вы не купите новый автомобиль и будете использовать шины от старого!

Таким образом, ваше зажимное оборудование должно быть выбрано соответствующим образом для обеспечения лучшего и наиболее точного зажима и повторяемости.

Заключение

Массово произведенный станок с ЧПУ всегда будет давать средние результаты. Для этого они сделаны.

Внутренне спроектированный и тщательно изготовленный станок будет соответствовать даже самым высоким требованиям — естественно, это будет стоить определенной цены.

В инженерии нет коротких путей. Хотя все хотели бы инвестировать дешево для достижения максимальной прибыли, делать это без правильных инструментов и оборудования не просто трудно, но часто невозможно.

Если все пункты учтены и рассмотрены, 3-осевой вертикальный machining-центр с ходом X 1 м и ходом Y 600 мм, который хорошо оснащен и специфицирован для достижения таких более строгих допусков, а также хорошей производительности (и ваших потребностей), может стоить в диапазоне от 180 000 до 200 000 долларов.

Такой инструмент определенно доставит качество и допуски, необходимые в пределах десяти (10) микрон и ниже.

Hwacheon Machine Tools — Ваш выбор для высокой точности станков с ЧПУ

Hwacheon в Южной Корее известен более 74 лет как ведущий производитель станков. Наша компания особенно сильна в качественных отраслях Форм и Матриц, а также точного производства деталей.

Для удовлетворения ваших потребностей в производстве новой детали — такой ситуации, как мы описали выше — вы должны рассмотреть SIRIUS UM+ или SIRIUS UL+ от Hwacheon. Эти новые и улучшенные станки с ЧПУ строятся на базе высококачественной линии SIRIUS и считаются лучшими на рынке по очень конкурентоспособным ценам.