Оптимизация производства с Y-осевой обработкой: сокращение времени наладки и затрат

Одним из мегатрендов производства последних десятилетий является упрощение и минимизация количества наладок обработки, необходимых для производства конкретного компонента. Рынки требуют более коротких сроков поставки и сниженных запасов, и это создает четкий стимул для OEM и, возможно, еще более для их поставщиков искать способы максимально упростить производство компонентов.

Рентабельность данной детали может даже зависеть от способности объединить несколько наладок в одном станке.

Одним аспектом тренда на единичную наладку является добавление «живого инструмента», или вращающихся инструментов, к токарным центрам. Для достижения этого были введены Y-осевые фрезерно-токарные станки в конце 1990-х. Первые простые типы живых инструментов в токарных центрах имели существенное ограничение. Поскольку вращающиеся резаки в большинстве конструкций станков просто добавлялись к револьверу, они могли приводиться в движение только в тех же двух осях движения, что и токарные инструменты, другими словами на осях X и Z. Для улучшения досягаемости, дополнительный набор направляющих был добавлен для перемещения живого инструмента через лицо шпинделя. Это было достигнуто монтажом живых инструментов на боках револьвера или на его лице, установкой Y-осевых направляющих на наклонном станине, или использованием независимой фрезерной головки. И производители станков, и производители вскоре узнали преимущества этого подхода. Теперь, около двух десятилетий позже, Y-ось стала стандартной функцией почти во всех многофункциональных станках и опциональной во многих новых токарных центрах.

Добавление Y-оси в токарный центр обеспечивает 90-градусную угловатость между тремя линейными осями, так же, как 3-осевой фрезерный центр.

Вызовы в операциях отрезания

Отрезание — критически важная стадия в любом токарном процессе, где оно требуется. Оно занимает лишь небольшой процент от общего времени резания, но обычно является последней операцией перед завершением детали. Ломка инструмента отрезания может легко привести к простоям станка и проблемам качества, и в худшем случае заготовку может придется утилизировать, и вся добавленная стоимость за предыдущие рабочие стадии потеряна. Стоимость материала — еще один главный фактор. Особенно при работе с дорогими материалами, такими как жаропрочные суперсплавы (HRSA), есть сильный стимул использовать наиболее узкие возможные пластины.

Эти факторы приводят к двух диаметрально противоположным требованиям к инструментам отрезания: они должны быть максимально узкими и тонкими, чтобы минимизировать потерю материала и оптимизировать досягаемость инструмента для максимальных рабочих диаметров. Однако тонкие инструменты легко страдают от плохой стабильности и, как следствие, от вибраций и шума. Качество поверхности и размерные допуски, arruинованные дребезгом, обычно неприемлемы в операциях отрезания. Пока Y-ось существенно расширила возможности использования вращающихся инструментов в многофункциональных станках и токарных центрах, теперь эта способность вдохновила крупную инновацию в одной из первоначальных миссий этих типов станков: Y-осевое отрезание.

Этот новый инструмент и метод отрезания предлагают значительные улучшения производительности и безопасности процесса в потенциально любой операции отрезания. Инновация от Sandvik Coromant, Y-осевое отрезание, основана на экстремально простом принципе. В то время как конвенциональные инструменты отрезания выравниваются с осью X станка, Y-осевой инструмент просто повернут на 90° против часовой стрелки для выравнивания с осью Y. В конвенциональной конфигурации инструмента отрезания, относительно длинное и тонкое режущее лезвие и держатель подаются под углом 90° во вращающуюся заготовку, и наибольшая режущая сила генерируется скоростью резания, а остальное — движением подачи.

Преимущества Y-осевого отрезания

Поворот посадочного места на 90 градусов и использование Y-оси позволяет инструменту резать свой путь в заготовку по сути своим передним концом, что почти выравнивает результирующий вектор режущей силы с продольной осью лезвия. Более благоприятное распределение сил устраняет критические напряжения, типичные для конвенциональных лезвий, и увеличивает изгибную жесткость на максимальной глубине отрезания (CDX) 60 мм (2,36 дюйма) более чем в шесть раз. Или, наоборот, восприимчивость к пластическим деформациям и нестабильности настолько низка, как одна шестая в Y-осевой конструкции по сравнению с деформациями, типичными для конвенциональных лезвий отрезания. Более чем 500% увеличение жесткости лезвия позволяет существенно более высокие подачи и более длинные вылеты без потери стабильности, что следовательно улучшает производительность инструмента в равной мере. Общая рекомендация для отрезания прутков — минимизировать вылет (OH) или, при большом OH, использовать легкую режущую геометрию или снизить подачу. Общий пороговое значение для сниженной подачи — OH превышающее 1,5 высоты лезвия. С Y-осевым инструментом более длинные вылеты могут быть достигнуты без компромисса на менее оптимальных подачах, режущих геометриях или размерах инструмента.

Благодаря увеличенной жесткости и, как следствие, сниженному изгибу, Y-осевое инструменто может устранить необходимость в надцентровых настройках и предотвратить связанные недостатки, такие как преждевременные ломки пластин при прохождении через центр и быстрый износ задней поверхности. Другие преимущества включают более низкие уровни шума, лучшее качество поверхности и более надежный процесс, а также способность отрезать большие диаметры, чем сейчас возможно.

Машинно-специфические аспекты Y-осевого отрезания

Токарные центры: Обычно используются для серийного производства из прутка, типично 65 мм (2,56 дюйма) в диаметре. В этом типе обработки крупнейшие преимущества Y-осевого отрезания — улучшенная производительность и качество поверхности. Возможности для оптимизации качества также могут быть интересны, поскольку отрезание обычно последняя стадия для компонента. Дополнительная возможность — улучшить экономику обработки за счет сокращения ширины отрезания.

Многофункциональные станки: Y-осевые лезвия отрезания в основном предлагают увеличенную доступность и способность для больших диаметров. Предварительный тест подтвердил 50% увеличение вылета при резании конвенционального прутка 120 мм диаметром на максимальной емкости подачи пластины. 300% увеличение производительности достигнуто без сложностей безопасности процесса. В клиентском тестовом случае Y-осевое отрезание успешно заменило ленточную пилу для прутка Inconel диаметром 180 мм, что привело к значительному улучшению производительности благодаря драматически более коротким временам обработки.

Наклонно- станинные станки: Типично, ось X создает «вверх» наклон к передней части станка, со шпинделями на одном или обоих концах наклонной станины, и ход по оси X обычно существенно длиннее, чем ход по оси Y. Полученные ограничения рабочего пространства должны учитываться при рассмотрении применимости Y-осевого отрезания для конкретного компонента. В многофункциональном станке, который по сути можно охарактеризовать как фрезерный центр с токарной опцией, типичные сборки инструментов, такие как Coromant Capto® C6 или HSK63T адаптер лезвия, часто относительно длинны для обеспечения достаточной досягаемости между основным и подпатроником. Из-за этого общая настройка слаба в направлении X по сравнению с Y-осевой нагрузкой, где режущая сила направлена в сборку инструмента и в шпиндель станка. Типичные Y-осевые сборки инструментов, обычно основанные на VDI-адаптере или болтовом адаптере лезвия для машино-адаптированного зажимного блока (MACU), длинны и тонки для достижения между основным и подпатроником и отрезания близко к патронику.

Начало работы

Инвестиция в Y-осевое отрезание прежде всего — изменение подхода к операциям отрезания и связанных способов работы. Оно предлагает способ полнее использовать возможности станков, уже оснащенных Y-осью. Альтернативно, это опция, которая может существенно увеличить производительность операций отрезания в новом станке или модифицированной наладке процесса. Y-осевое отрезание может даже предложить шанс сократить инструментальный инвентарь, потому что меньше нужды в выделенных лезвиях, так как новые Y-осевые лезвия подходят в стандартные адаптеры и используют стандартные CoroCut® QD пластины.

Как практическое соображение, следует отметить, что режущее ребро находится на 7 мм (0,276 дюйма) выше позиции Y = 0 при монтаже на стандартном адаптере лезвия. Оператор должен убедиться, что этот выступ компенсирован в ЧПУ-программе.

Смотрите за кулисами Y-оси и Демо Y-оси.