Как многофункциональные станки трансформируют современные производственные цехи

Наличие различных конфигураций многофункциональных станков позволяет цехам выбирать лучшую комбинацию компонентов и возможностей для своих конкретных задач.

Постоянные достижения в технологии многофункциональных станков приводят цехи к более высоким уровням производительности, чем когда-либо. Способность производить детали высочайшей сложности в одной установке, ограничивая человеческое вмешательство и экономя значительное время, дает даже малым цехам экономически эффективное решение для конкуренции в современных сложных условиях производства.

С множеством доступных конфигураций и постоянным появлением новых дизайнов от станкостроителей, цехи должны иметь возможность найти правильную комбинацию компонентов и возможностей для своих нужд. Джо Уилкер, менеджер продуктовой группы Mazak Corp., поделился мыслями о современном состоянии многофункциональной технологии и том, как цехи могут лучше использовать её преимущества.

Новые функции многофункциональных станков

Среди многих функций, которые цехи ищут в многофункциональных станках: двойные токарные шпиндели, множественные револьверы с приводными станциями и возможностью смещения по оси Y, а также фрезерные шпиндели с наклонным/поворотным осью B, поворотно-наклонные столы и большие магазины инструментов. По словам Уилкера, новейшие разработки включают револьверы с интегральными двигателями и роликовыми кулачками, улучшенные нижние револьверы, фрезерные шпиндели с прямым приводом и сервоконтролируемые тыловые шпиндели для сверления. Дополнительные продвинутые возможности — одновременная фрезеровка верхним и нижним револьверами и глубокое сверление.

Револьверы с интегральными двигателями, использующие антибэклэшные роликовые кулачковые приводы, обеспечивают плавную, высокоскоростную, высокоточную цифровую индексацию и расширяемость. Такие универсальные револьверы обычно имеют 12 позиций инструмента с возможностью расширения до 24. Увеличенная инструментоемкость означает более длительные бесперебойные циклы и возможность использовать более универсальный инструмент, что снижает общий инструментосредний запас. Эта конструкция исключает необходимость в зубчатых/индексных муфтах, а расширяемость возможна, так как револьвер индексируется цифровым способом в любую позицию без изменений в корпусе. И в установленной позиции интегральные гидравлические зажимы обычно обеспечивают максимальную жесткость.

Как и в случае с верхними аналогами, Уилкер заявляет, что нижние револьверы на многофункциональных станках также продолжают эволюционировать и расширяться по возможностям вместе с инструментоемкостью. Нижние револьверы теперь более мощные и обычно предлагают до 9 позиций инструмента с опциями приводных фрезерных шпинделей.

Некоторые станкостроители конфигурируют револьверы под углом 45 градусов. Этот дизайн максимизирует нагрузочную способность револьвера и обеспечивает широкий доступ к шпинделю станка и пространству для передачи деталей от основного к вспомогательному токарным шпинделям.

Для повышения производительности и универсальности обработки деталей, нижние револьверы могут работать одновременно с верхними на одной заготовке. Или нижние револьверы могут работать в сочетании с фрезерным шпинделем станка, который может применяться к любой стороне головного стана для дальнейшего сокращения циклического времени.

Современные револьверы многофункциональных станков имеют приводные шпиндели с технологией прямого привода, делающими их быстрее и мощнее предшественников. Фрезерные моторы прямого привода дают обороты шпинделя на 24% выше и крутящий момент на 60% выше. Эти возможности означают рост универсальности обработки, производительности, жизни инструмента и качества чистоты поверхности. Цехи могут приобрести многофункциональные станки с приводными шпинделями револьверов, выдающими 10 л.с. и 6000 об/мин как стандарт. Или выбрать варианты до 10 000 об/мин и 70 Н·м (52 фут-фунт) крутящего момента.

Последние сервоприводные тыловые шпиндели позволяют автоматизировать процессы. Эти шпиндели полностью программируемы и работают на собственных сервомоторах и шариковых винтах. Через управляющие программы шпиндели могут выдвигаться в известные позиции с заданными скоростями сближения и контактировать с заготовками при постоянном давлении зажима. Благодаря своим независимым приводам, они также могут сверлять отверстия на осях валов, добавляя универсальности задачам, которые может решать многофункциональный станок.

В большинстве случаев настройки тяги тыловых шпинделей регулируются с дискретностью в конкретные фут-фунты силы. Это позволяет цехам устанавливать уровни тяги в зависимости от материала и формы заготовки, исключая риск повреждения детали при одновременном обеспечении безопасного и надежного зажима и поддержки. Или цехи могут регулировать настройки тяги на лету, пока шпиндели задействованы, позволяя сверление, растачивание и хонинг, которые иначе требовали бы инструментов в револьвере станка. Так что тыловые шпиндели с такой операционной способностью в свою очередь освобождают позиции в револьверах станка.

Поскольку все больше цехов сталкиваются с более длинными, крупными и сложными валовидными заготовками, многофункциональные станки могут предлагать удлиненные станины в сочетании с инновациями вроде магазинов длинных свердел/инструментов. Эти станки значительно повышают скорость и эффективность обработки таких сложных деталей.

Для глубоких отверстий магазины длинных инструментов позволяют станкам обрабатывать и хранить множество инструментов — обычно до трех, каждый длиной около 40 дюймов (≈1 м). Магазины расположены над вторым шпинделем станка или, в зависимости от версии, над тыловым шпинделем, чтобы держать инструменты в стороне, но быстро доступными.

Многофункциональные станки в медицинских приложениях

Lowell Inc. исключила ручные операции и увеличила общую пропускную способность тремя многофункциональными станками, обеспечивающими полную обработку детали в одной установке.

Один цех использует преимущества многофункциональной обработки — исключение ручных операций и увеличение пропускной способности — в производстве своих самых сложных деталей. Lowell Inc. — медицинский контрактный производитель в Миннеаполисе (Миннесота), специализирующийся на имплантируемых устройствах: ортопедических имплантах для позвоночника, травматологии и конечностей, и сердечно-сосудистых деталях для механической циркуляторной поддержки и восстановления клапанов. Обычно это очень сложные многокомпонентные сборки, такие как педикулярные винты, шейные пластины, перекрестные соединители и левожелудочковые вспомогательные устройства (LVAD) — почти все это многоштучные системы, где отдельные компоненты должны правильно функционировать в сборке. Дизайны варьируются от клиента к клиенту, поэтому практически каждый заказ в Lowell — уникальный.

Спрос на кастомизацию и регулируемость вместе с миниатюризацией для малоинвазивной хирургии создает серьезные вызовы для обработки. Разобравшись, как зафиксировать эти маленькие детали, цех должен затем обработать в них крошечные, сложные, высокотонкие элементы, регулярно используя режущие инструменты меньше 1 мм в диаметре.

Для решения этих задач Lowell установила три многофункциональных станка Mazak Integrex i-150, сгруппированных в ячейку. Станки обеспечивают полную обработку детали в одной установке, исключая ручные операции и увеличивая общую пропускную способность. Они упрощают зажимы до коллетов и зажимов; легко обрабатывают детали, варьирующиеся от клиента к клиенту; и во многих случаях сокращают циклическое время обработки.

Каждый Integrex i-150 имеет токарный шпиндель с осью C под ЧПУ, вертикальный фрезерный шпиндель с осью B и задний визовой зажим/центр поддержки детали для токарной, многофазной, многоугольной и полной 5-осевой контурной обработки. Lowell выбрала высокоскоростные фрезерные шпиндели 20 000 об/мин и 72-позиционные фронтальные магазины инструментов.

Фрезерные шпиндели наклоняются от -10 до +190 градусов, зажимы оси C имеют достаточно большие сквозные отверстия для стержней до 2,56 дюйма (65 мм). Для внеосевых операций станки обеспечивают диапазон оси Y ±3,94 дюйма (100 мм). Ходы осей: 14,57 дюйма (370 мм) по X, 17,13 дюйма (435 мм) по Z, максимальный размах 15,75 дюйма (400 мм) — всё в габаритах 91,3 × 99,6 дюйма (2320 × 2530 мм).

С тремя одинаково сконфигурированными станками, расположенными рядом, наладчики легко переходят со станка на станок без необходимости изучать совершенно другой станок или язык программирования.

На станках Mazak Lowell производит практически все детали из стержней диаметром 0,375–1,250 дюйма (9,5–31,7 мм). Барфидеры LNS Quick Load Servo 65 автоматически подают 40-дюймовые (1 м) стержни. Цех выбрал несколько опций, дополнительно повышающих производительность: чиллеры СОЖ, линейные энкодеры на всех осях и продвинутые функции ЧПУ для высокоскоростной обработки.

Многофункциональный станок QTN350-II MSY с фрезеровкой, осью Y и вторым токарным шпинделем позволяет LCP Machine Inc. обрабатывать очень маленькие, высокотонкие элементы медицинских имплантатов.

Станки помогли оптимизировать весь процесс обработки, включая программирование и наладку. Универсальность обработки и улучшенная пропускная способность позволяют цеху продолжать расширение в новые приложения.

Оборонный сектор тоже поворачивается

Другой цех, LCP Machine Inc. из Баннелл (Флорида), является поставщиком уровня II и III в авиации и обороне, а также уровнем I в нефти и газе. Сейчас обрабатывает более 200 различных отдельных заказов в месяц, с объемами от 1 до 10 000 штук. Некоторые заказы повторяются, но большинство — уникальные.

У компании 14 станков Mazak, самые новые — многофункциональный Quick Turn Nexus (QTN) 350-II MSY и некоторые вертикальные фрезерные центры Vertical Center Universal (VCU) 400 5X и 300 5X полной 5-осевой обработки. Многофункциональный станок имеет фрезеровку, ось Y и второй токарный шпиндель для обработки каждой детали LCP в одной установке.

Другие станки на полу включают многофункциональные QTN с фрезеровкой, трехосевые вертикальные центры Vertical Center Nexus (VCN) и компактный VCN.

LCP делает большинство деталей из алюминия, нержавеющих и никелевых сплавов, латуни, меди и нескольких распространенных пластиков. Размеры деталей от 0,030 дюйма (0,76 мм) до 18 дюймов (457 мм) в диаметре, до 60 дюймов (1524 мм) длины. Допуски от ±0,001 дюйма (25 мкм) до 0,0002 дюйма (5 мкм), время обработки от 10 секунд до 8 часов.

Используя технологии многофункциональной и полной 5-осевой обработки, цех часто завершает детали в одной установке. Одна такая деталь — корпус военного сонара, обработанный на QTN, приобретенном специально для этого заказа, который может производить деталь за половину стоимости предыдущих возможностей цеха. Цех делает около 10 000 таких деталей в год.

Деталь сонара требует наружную и внутреннюю токарную обработку и некоторую фрезеровку. Главная сложность — чистота внутренней поверхности, которую LCP сначала думала отдать на хонинг аутсорсингом. Хонинг добавил бы много времени. Но зная возможности QTN, LCP объяснила клиенту, что приобретение станка позволит сделать деталь в одной операции, сохраняя требуемую чистоту только в необходимых зонах, оставаясь в ценовом диапазоне клиента и оставляя LCP комфортную маржу. Станок делает одну такую деталь за минуты.

Как точное производство для авиации, обороны, нефти и газа и других отраслей, LCP знает, что клиенты будут требовать более высокое качество и более низкие цены. Оно полагается на многофункциональную технологию для выполнения этих требований.

Делать больше с меньшим

Когда станкостроители уточняют и улучшают дизайны многофункциональных станков, универсальность обработки растет, и основные преимущества многофункциональности усиливаются. Комбинирование операций снижает неточности, возникающие при перемещении деталей между множеством рабочих станций, и исключает незавершенное производство, которое иначе могло бы задерживаться между отдельными станками. Как видно во многих случаях, многофункциональные станки позволяют цехам делать больше с меньшим и повышать конкурентоспособность.