Развитие многошпиндельной ЦНЦ обработки: передовые операции и точность

ЦНЦ технология радикально изменила природу обработки на многошпиндельных станках. Движение инструментоносов и инструментальных слайдов на каждой индексной станции контролируется ЦНЦ сервоприводами по программной команде, а не системой механических кулачков. Возможно выполнять ряд нетокарных операций — фрезерование, сверление, нарезание резьбы, заточку зубьев — на каждой станции, дополнительно ко всем токарным операциям, для которых эти станки известны. Широкое разнообразие деталей может быть завершено в одном проходе на ЦНЦ многошпиндельном. Более того, наладки и переоборудовка сильно упрощены, потому что движения инструментов могут быть перепрограммированы вместо изготовления и установки новой комплектации кулачков.

Инновационные разработки линейки TMZ Mori-Say

Инновационные разработки на линии TMZ многошпиндельных Mori-Say от ZPS America LLC (Индианаполис, Индиана) обещают вывести ЦНЦ на новый уровень на этом типе станков. Одна из этих разработок — новая приводная система, позволяющая запрограммировать независимо скорость вращения C-оси каждого шпинделя. Эта способность позволяет оптимизировать скорости шпинделей для конкретных операций обработки. Это делает ЦНЦ операции более гибкими и эффективными, еще больше упрощая наладку и переоборудовку. Что важнее, разработчики говорят, новые классы деталей теперь могут производиться эффективно и экономично на многошпиндельном. Диапазон включает детали, часто производимые на токарно-фрезерных станках или многостаночных производственных ячейках. Сложные детали, требующие разнообразных высокоточных токарных и нетокарных шагов, могут быть завершены в одном проходе, и крупносерийные запуски не необходимы для достижения этой экономичной операции.

Новое поколение: две модели

Это новое поколение многошпиндельных состоит из двух отдельных моделей. Mori-Say TMZ642, шестишпиндельная версия, представлена на североамериканском рынке на IMTS 2008 в Чикаго прошлого сентября. Mori-Say TMZ867, восьмишпиндельная версия для более крупных деталей и более тяжелых резов, будет представлена на Precision Machining Technology Show (PMTS) в Коламбусе, Огайо в апреле 2009 г.

Новая концепция привода

Новая приводная система, включенная в эти станки, следует необычной концепции дизайна. По словам Олафа Тессаржика, управляющего партнера и президента ZPS America, именно эта приводная система отличает эти станки от других многошпиндельных дизайнов. Приводная система использует один композитный приводной вал для питания всех шпинделей в вращающемся барабане, при этом каждый шпиндель может быть установлен на свою скорость. Доступные скорости 2000–6000 об/мин. Пользователь может выбрать скорость, лучше всего подходящую для операций на каждой станции, избегая компромиссов в производительности режущего инструмента, качестве поверхности или общем времени цикла, résultирующих от применения одной скорости к каждому шпинделю, как диктуют традиционные многошпиндельные дизайны.

Как несколько шпинделей работают на разных скоростях с одним валом?

С только одним приводным валом, идущим от тыла станка к фронту, как могут несколько шпинделей вращаться на разных скоростях, подвиг невозможный на других сопоставимых станках? «Вал», приводящий шпиндели, на самом деле является сборкой телескопических труб — одна труба для каждого шпинделя.

Трубы неравной длины — самая внутренняя самая длинная, самая внешняя самая короткая. С стороны двигателя разница в длине от трубы к трубе достаточна для того, чтобы шкивы, ремни и шестерни каждой комплектации приводных двигателей могли быть присоединены без интерференции со следующей трубой. Таким образом, каждая труба может быть сцеплена со своей собственной приводной системой. Приводные двигатели сервоконтролируемые, чтобы соответствующий шпиндель вращался на скорости, заданной в ЦНЦ программе для выполняемых операций. Трубы также «ступенчаты» по длине на стороне резания, где шестерни на конце каждой трубы передают вращательное движение своему конкретному шпинделю. Подшипники внутри трубчатой сборки позволяют всем трубам вращаться с минимальным трением.

Технические преимущества

С технической точки зрения, эта приводная система считается имеющей несколько преимуществ. Главное — удержание тепла, создаваемого банком приводных двигателей, вдали от шпиндельного барабана. Это обеспечивает тепловую стабильность без сложной системы охлаждения. Кроме того, этот дизайн гарантирует, что шпиндели всегда остаются подключенными к своим приводным двигателям без необходимости сложных контактов питания, которые должны отключаться или переподключаться в конце каждого цикла индексирования. Это означает, что барабан не должен «разматываться» в домашнюю позицию, чтобы избежать наматывания кабелей питания вокруг приводного вала внутри барабана. Фактически, барабаны на этих новых моделях могут вращаться в любом направлении.

Не известное имя

Большинство пользователей станков в США не хорошо знакомы с Mori-Say как брендом станков. ZPS-America и его родительская TAJMAC Group также, вероятно, незнакомы. TAJMAC (произносится TIE-mack) — мультинациональная группа компаний по строительству, дистрибуции и снабжению станков,quartered near Милан, Италия. TAJMAC была сформирована после ВОВ Амедео Таджариол. Его сын, Андреа, теперь возглавляет команду управления на корпоративном главном офисе. Сын Андреа Таджариол, Микеле, управляет заводом TAJMAC-ZPS в Чешской Республике.

ZPS (чешский акроним, переводящийся как «Заводы прецизионного машиностроения») — основной производственный завод группы TAJMAC. Находится недалеко от Злина, небольшого города в центре Чешской Республики. Годами ZPS производил различные типы станков для частного маркирования рядом известных американских и японских компаний. Так что, хотя ZPS может быть незнаком, вероятно, что многие американские клиенты знакомы с этими станками под другим брендом.

ZPS имеет историю машиностроения с начала 1900-х. Производство ЦНЦ оборудования началось в 1980-х. После падения Железного занавеса ZPS прошел несколько смен собственности. TAJMAC приобрел компанию в 2000 г.

Часть комплекса ZPS включает одну из самых современных литейных в Европе. Эта литейная производит отливки для многошпиндельных станков, а также для многих других моделей ZPS и многочисленных внешних строителей станков. Наличие литейной, особенно искусной в литье станковых отливок, — ключевой актив группы. Новые многошпиндельные — яркий пример.

Конкретно, дизайн центрального блока, который значительно вносит вклад в жесткость и точность всей структуры станка, требует довольно сложной отливки, которую мало какие литейные могли бы производить надежно и экономично, говорит Микеле Таджариол. Эта отливка позволяет собрать барабан, центральный блок и спайку барабана в конфигурации, позволяющей барабану вращаться под питанием и обкатывать шестерни и подшипники. Эти компоненты финишно обрабатываются как интегральная сборка только после этого периода обкатки. Это включает финальные шаги по шпиндельным отверстиям, которые финишятся в большой высокоточной координатно-расточной машине, пока барабан с его спайкой Hirth находится в позиции в отливке. Этот подход, заявляется, достигает почти идеального центрирования шпинделей. Результат — высокая точность позиционирования при индексировании шпинделей, позволяющая станкам выполнять высокоточную обработку сложных заготовок.

ZPS производит многошпиндельные с 1950-х. Фирма планировала войти на американский рынок около 20 лет назад, но эти усилия никогда не стартовали. Однако Tajmac-ZPS недавно возобновила планы по маркетингу в США. ZPS-America, изначально сформированная в середине 2000, построила новый технический центр в Индианаполисе для размещения выставочного зала, учебных объектов, запасных частей и сервисной организации. Этот центр открылся в прошлом году.

Станки, переворачивающие мышление

Мистер Тессаржик считает, что многошпиндельные станки с расширенными ЦНЦ возможностями заставят переосмыслить, как этот класс станков может применяться, но они должны быть стоимостно-конкурентоспособными и надежными. По его оценке, это было бы полезным упражнением для американских компаний, имеющих сильную традицию адаптации к новым идеям. Цехи, быстрые в переосмыслении процессов и практик для использования новых разработок, часто имеют четкое преимущество над более медленными конкурентами. Эта ментальная ловкость и находчивость держат лучшие цехи и заводы в лидерах. Новые станки Mori-Say, вероятно, снова вызовут цехи обернуть свой ум вокруг новых возможностей для эффективного производства деталей.

Мистер Тессаржик говорит, что эти станки привлекут два отдельных класса потенциальных пользователей. Оба будут вызваны этими станками. Один класс, очевидно, — сообщество текущих пользователей многошпиндельных. Вызов для них — понять, как детали, требующие много нетокарных операций, могут быть завершены в одной установке на этих станках. Другой класс — производственные цехи, сейчас производящие этот тип заготовок на многостаночных ячейках, токарно-фрезерных станках или ротационных копировочных машинах. Вызов для этих цехов — рассмотреть многошпиндельный станок в первую очередь. Этот тип станка был в значительной степени упущен, потому что наладки считаются сложными и трудоемкими. Традиционное мышление привязывает многошпиндельные к крупным объемам токарных деталей.

Новые стратегии возможны

Профили нескольких ранних пользователей Mori-Say TMZ642 ЦНЦ показывают, как эти станки могут менять производственные стратегии к лучшему. Один — производитель сварочных аксессуаров, перешедший с механических многошпиндельных и высококлассных токарно-фрезерных. Другой — традиционный винтовой цех, разветвившийся в более сложные заготовки в труднопреобразуемых материалах.

Trafimet — итальянская фирма, делающая факелы, соединители блоков питания, расходные наконечники и другие сварочные расходники, продаваемые по всему миру. Главный завод в Виченце, около часа езды на север от Милане. Завод производит миллионы деталей в год, большинство — соединители, гнезда, адаптеры и наконечники факелов из меди или латуни.

Годами компания опиралась на два контрастирующих типа станков. С одной стороны — многошпиндельные — два механических восьмишпиндельных и четыре механических шестишпиндельных, все посвященные производству сложных деталей в крупных сериях. С другой — несколько однoшпиндельных трехревольверных токарно-фрезерных, использовавшихся для менее сложных деталей в более коротких сериях.

В 2006 спрос на соединители и вилки блоков питания компании значительно вырос. Инженеры изначально рассматривали восьмишпиндельный автомат для производства соединителей, но обеспокоены способностью быстро переоборудуваться от детали к детали, решили рассмотреть ЦНЦ многошпиндельный. Все механические многошпиндельные компании предоставляла ZPS, так что было естественно рассмотреть TMZ642, только что представленный в Европе. Казался подходящим для обработки разнородного продукта в партиях 10 000 – 50 000 штук.

«TAJMAC помогли нам думать иначе о наших процессах, и тем самым достичь лучших результатов», — говорит Уго Симони, промышленный инженер Trafimet. Например, независимость каждого шпинделя делает возможным выполнение многих типов обработки, включая операции, требующие остановку шпинделя или независимую ориентацию C-оси шпинделя. «Это делает станок настоящим и полным токарно-фрезерным центром», — говорит Симони.

«В трудные времена мы обнаруживаем, что можем перенести некоторые продукты на TMZ многошпиндельный и обрабатывать более мелкие партии, сокращая время цикла на деталь», — говорит Симони. «Одна из наших деталей работала на однoшпиндельном токарно-фрезерном с временем цикла около 1 минуты. С небольшим планированием мы нашли, что можем сделать ту же деталь экономично в партиях 5 000 — 12-секундные циклы — с тремя переоборудовками в неделю на новой машине». Инженеры Trafimet уже определили, что 15-секундный цикл позволил бы экономично производить партии 10 000 – 20 000. «Независимые приводы шпинделей и передовая приводная система, использование дополнительных осей и другие улучшения делают станок невероятно универсальным и позволили нам найти новые пути снижения стоимости продукта», — указывает он.

BRB, расположенная gần Бергамо, Италия — хороший пример традиционного винтового цеха, переходящего к сложным высокоточным деталям из труднопреобразуемых материалов. Этот цех приобрел свой первый Mori-Say TMZ642 в сентябре 2008.

Наличие этого станка позволило цеху выиграть заказы на сложную гидравлическую втулку из нержавеющей стали. Деталь требует сверления нескольких мелкодиаметровых поперечных отверстий под разными углами к оси детали. Поскольку допуск на этих угловых поперечных отверстиях жесткий, жесткость станка особенно важна.

Еще одна критическая особенность — способность каждого шпинделя надежно зажимать заготовку для эффективных высококрутящих операций на нержавеющей стали. Например, трехточечный фрезерный инструмент используется для формирования пазов на одном конце детали. Обычно такие элементы производятся круговым пиловым диском. Однако ни один пильный диск не мог справиться с нержавеющей сталью на скоростях резания, нужных для соблюдения циклов. Фактически, циклы на этих деталях настолько коротки, что компания разработала специальную измерительную станцию для адекватной выборки и документирования высоких значений Cpk, указанных для этой детали.

BRB видит свое будущее в производстве таких деталей. Поскольку эти детали обычно не производятся на многошпиндельных, цех считает, что может быть высококонкурентоспособным с компаниями, ищущими производить такие детали на ЦНЦ токарных.

Историческая возможность

Контрактные цехи и производственные предприятия могут стоять перед замечательным сценарием. Растущие производственные затраты и другие факторы делают менее благоприятным закупку многих компонентов с оффшорных заводов. Покупатели будут искать способных производителей дома, которые могут воспользоваться новой технологией, простой логистикой, низкими транспортными затратами и лучшим общением для заполнения этого пробела. Однако им все равно придется приблизиться к «китайской цене», чтобы оставаться конкурентоспособными на глобальных рынках.

Мистер Тессаржик считает, что разворачивающаяся ситуация представляет замечательную возможность для компаний, быстрых в принятии новых разработок в обработке. Конечно, стратегии обработки деталей, которые он имеет в виду, используют гибкость и способность его многошпиндельных, но это только один пример смены технологии, требующей смены выblicка и мышления. Винтовые цехи должны стать поставщиками ЦНЦ производства в мелких партиях с быстрым turnaround. Точно так же ЦНЦ цехи должны перейти от зависимости от простых станков, делающих сложные режущие маневры, к более сложным станкам, извлекающим максимум из простых движений.

Восьмишпиндельная модель для крупных, тяжелых деталей

Хотя Mori-Say TMZ867 делает свой североамериканский дебют на PMTS (28–30 апреля 2009, www.pmts.com), одна модель уже на выставке в шоуруме TAJMAC-ZPS в районе Милан, Италия. Этот станок используется для демонстраций и отработки деталей клиентов. Недавно протестированная деталь иллюстрирует возможности этого станка и подкрепляет точку, что применения для многошпиндельной обработки движутся в новом направлении.

Деталь — компонент рулевой колонки из нержавеющей стали. Высокое содержание никеля и хрома в материале заготовки требует высокого крутящего момента на шпинделе. Деталь ранее производилась на тяжелом швейцарском типе (скользящий головной блок) токарном. На этом «одноточечном» станке время цикла было 60 секунд. На многошпиндельном — 16 секунд. Оба типа станков завершают деталь в одном проходе. По словам Тессаржика, многошпиндельный так же точен, как швейцарский токарный.

Это необычно крупная деталь для производства на многошпиндельном. TMZ867, однако, может размещать пруток до 72 мм в диаметре и работать как лицевой чанковый автомат. Стандартные особенности: восемь независимых горизонтальных АС-приводных ЦНЦ шпинделей; восемь независимых составных слайдов (X и Z); восемь независимых инструментоносов с восемью приводными инструментами 12000 об/мин; пять задних инструментов (три приводных); и ряд стандартных предустановочных VDI инструментов.

Приводная система следует тем же принципам, что и на его шестишпиндельном младшем брате TMZ642. Каждый из восьми шпинделей связан композитным валом со своим двигателем в шпиндельный барабан, использующий точную спайку Hirth. Это делает ненужным обратное индексирование барабана в конце каждого 360-градусного цикла; подключение и отключение двигателей к шпинделям при каждом индексировании; или охлаждение барабана для отвода тепла, генерируемого шпиндельными двигателями.