Двушпинделни стругове

МашиниСп. Инженеринг ревю - брой 4/2022 • 20.06.2022

  • Производителност, разходи за единица продукция, гъвкавост и качество - всички тези ключови променливи в струговането на метални изделия могат да бъдат положително повлияни посредством инвестицията в двушпинделен струг

  • При двушпинделните системи са възможни различни конструкции в зависимост от разликите в параметрите и мощността между основния и допълнителния шпиндел

  • При струговете с ЦПУ стават все по-популярни конфигурациите с два идентични огледални шпиндела, които реално удвояват капацитета за обработка

 

Производителност, разходи за единица продукция, гъвкавост и качество – всички тези ключови променливи в струговането на метални изделия могат да бъдат положително повлияни посредством инвестицията в двушпинделен струг. Системите от този тип повишават производствената ефективност, като редуцират ръчното зареждане и отнемане на заготовки между различни машини с помощта на автоматизирани технологии за трансфер на детайлите от патронника на първия шпиндел към този на втория за довършителни операции.

Първоначално двушпинделните конструкции са се считали за рентабилно решение само във високообемни производства, като автомобилостроенето например. С развитието на технологиите обаче машините от този тип все по-масово навлизат в специализирани сегменти като космическия сектор, производството на медицински изделия, потребителски продукти и т. н.

 

Възможности при конструкцията

При двушпинделните стругове са възможни различни конфигурации в зависимост от разликите между основния и допълнителния шпиндел. Двата могат да бъдат с еднаква мощност, идентичен патронник и проходен отвор или вторият да е с по-малки параметри в сравнение с работния. При някои типове стругове двата шпиндела са челно разположени един срещу друг, което позволява лесен автоматизиран трансфер и почти непрекъсната обработка на детайли в рамките на една и съща машина. В останалите варианти, при които шпинделите не са с такова взаимно разположение, са необходими портална система или ръчно зареждане на заготовките.

При струговете с ЦПУ стават все по-популярни конфигурациите с два еднакви по своите спецификации шпиндела, които реално удвояват капацитета за обработка.
Струговите операции на основния шпиндел се извършват по осите X и C с възможности за т. нар. “live tooling” обработка, при която задвижван от ЦПУ блока и револверния супорт допълнителен шпиндел извършва вторични операции върху детайла, но той остава ориентиран към основния работен шпиндел. С цел допълнително увеличаване на производителността машините с такава конструкция могат да бъдат оборудвани със системи за роботизирано обслужване, които подават и разтоварват готовите изделия, или със стандартни механзими за подаване на прътов материал – когато обработващите цикли са дълги и не изискват надзор от оператор.

При системите с функции за автоматичен трансфер на заготовките между двата шпиндела е възможно производството на готов продукт, обработен от всички страни, с помощта на довършителни операции в осево в радиално направление като пробиване или нарязване на резби. Така детайлът реално не търпи продължителен престой, очаквайки последващата довършителна обработка на друг, а бива произведен в един единствен цикъл, което значително намалява разходите за изработка на единица изделие.

Извършвана обикновено на две или три отделни машини, тази последователност от операции може да бъде изпълнена наведнъж и с по-малка продължителност, което драстично съкращава периода до пазарната реализация на готовите продукти. Допълнително предимство при двушпинделната обработка на един и същи струг са устойчивото качество и последователност на изделията, благоприятствани от елиминираната необходимост заготовката да се захваща и мести многократно на различни работни станции. Сред съществените ползи от технологията са и по-стриктното управление на процеса и оптимизираният качествен контрол.

С цел постигане на по-продължителни периоди на автоматизирана работа без надзор в съвременните програмни управления все по-често се залагат инструменти за мениджмънт на инструменталната екипировка, които позволяват организиране на различни групи от инструменти, наблюдение на състоянието им и степента на износване и автоматична подмяна на тези, които са в края на жизнения си цикъл. Плавната непрекъснатост на обработката в рамките на продължително време допринася за по-добро качество на крайните повърхности и по-прецизен контрол на толерансите. В допълнение към тези решения често се използват платформи за прогнозен мониторинг на инструмента, “plug-and-play” екрани за визуализация на работните процеси и роботизирани системи за обслужване, свеждащи до минимум загубите на време и ефективност.

 

Програмиране и синхронизация

Добавянето на втори шпиндел към работната конфигурация на пръв поглед усложнява програмирането за обработка на детайли, но реално приложенията от този тип се нуждаят основно от повече внимание. Основен принцип е, че при допълнителния шпиндел въртенето и посоката на траекторията на инструмента са огледални спрямо тези на основния, така че операциите по оста Z се задават с позитивни стойности вместо от нулеви до отрицателни. Повечето съвременни платформи за ЦПУ разполагат с възможности за автоматично огледално копиране на програмата за обработка с основния шпиндел в тази на допълнителния, когато двата са с идентични параметри и мощност.

Интегрирането на повече функции, инструменти и обработващи операции в една и съща машина позволява икономично производство на широк асортимент от завършени изделия в по-малки партиди. Предизвикателство в такива приложения е пълната синхронизация между движенията на двата шпиндела, основните и довършителните операции, за да се елиминират по-продължителните периоди на изчакване и загубите на ефективност. С цел гарантиране на устойчиво и последователно качество на повърхностите на готовите изделия се препоръчва използване на постоянна скорост на обработка. Основният и спомагателният шпиндел е необходимо да разполагат със съответстващи помежду си патронници и достатъчно мощност и въртящ момент, за да е възможна рентабилната обработка в комбинирана конфигурация. Подходящи за автоматично синхронизиране на ниво програмно управление са операции като струговане или фрезоване по оста C, при които е възможно намаляване наполовина на времето за ускорение в едновременната двушпинделна обработка на дълъг детайл.

Съвременните стругови машини и центри в двушпинделна конфигурация се оказват изключително лесни за автоматизиране, особено в конструкциите с повече от една револверна глава. Сред популярните и относително прости, но високоефективни средства за автоматизация, са механизмите за подаване на прътов материал, които позволяват синхронизирана и плавна основна и финишна обработка на детайла до получаването на готово изделие. Често се добавя и специализирана система за разтоварване на обработените детайли от спомагателния шпиндел, което елиминира необходимостта от операторски надзор.

 

Предимства на двушпинделните стругове

Редица производители считат за добро решение по посока увеличаване на ефективността и производителността да заложат на по-прецизен и мощен шпиндел. Струговите машини с такъв профил обаче често се оказват по-деликатни и сложни за програмиране, като в допълнение се характеризират с по-тромав процес по зареждане и отнемане на готовите детайли. Вместо да се инвестира в по-мощен основен шпиндел, експертите препоръчват да се търси същото високо ниво на прецизност при обработка посредством двушпинделна конфигурация с ЦПУ. При нея обработката на практика е непрекъсната, като времето за пренастройка на детайла се компенсира от възможностите за довършителна обработка в един-единствен работен цикъл, гарантирайки нулеви загуби на ефективно време.

Сред основните ползи за металообработващите предприятия, взели решение да закупят комбинирана двушпинделна стругова конфигурация, са удълженият сервизен живот и по-ефективното оползотворяване на наличното пространство. Първото се постига благодарение на разпределянето на работното натоварване и износването на инструменталната екипировка между двата шпиндела, а второто – вследствие на възможностите за използване на една машина за обезпечаване на функционалността на две или три отделни системи.

Ценовата разлика между едношпинделните и двушпинделните конфигурации в наши дни вече не е толкова отчетлива, особено когато се вземат предвид периодите на възвръщаемост, икономиите от разходи за труд и престои. Сумирането на стойността на няколко отделни машини и/или вертикален обработващ център пък тотално накланя везните в полза на мултифункционалните системи.

Добавянето на допълнително шпинделно устройство дава на струговата машина възможност да обработва всички шест страни на многостенните детайли без пренастройка на друга работна станция. Спомагателният шпиндел директно захваща изделието от основния, за да започне довършителната обработка веднага след основната. Ако продуктът изисква кръстосано пробиване или други комплексни операции, които не могат да бъдат изпълнени със стандартна стругова установка, инвестицията в мултифункционално решение става все по-атрактивна за металообработващите цехове.

В допълнение към системите за синхронизирана основна и довършителна обработка, на пазара се предлагат и решения с три или четири напречно монтирани около основния шпиндел модула с независимо програмиране и револверна глава с “live tooling” функции, които обезпечават задачите по пробиване и фрезоване. Така едновременно върху заготовката могат да работят пет независими един от друг инструмента, докато тя е захваната към основния шпиндел, а в последствие да бъде преместена към спомагателния, където един по един инструментите да извършват необходимите финишни операции. По този начин се постига изключително бърза цялостна изработка на готови метални изделия с минимум пренастройка по модела “one-and-done” (в преносен смисъл – “в една стъпка”), която е водеща технологична тенденция в съвременната металообработка. Основна причина за популяризирането й е търсенето на персонализирани продукти в по-малки и дори единични партиди, за чиято изработка са необходими рентабилни и ефективни решения.

 

Алтернативни решения

В миналото мултифункционалните стругове се използваха само за производствени сценарии, в които фрезоването отнема по-малко от една пета от общото време за обработка. Модерните револверни глави са значително по-мощни и с много по-висок въртящ момент в “live tooling” приложения, което прави възможно рентабилното изпълнение на програми с микс от стругови и фрезови операции в еднакво съотношение. На една такава машина могат да бъдат обработвани например призматични детайли, при които отрязването е единствената стругова операция. Това е факт благодарение на наличието на “същински” фрезов шпиндел на шарнирна глава (по оста B) за постигане на пълна петосна функционалност. Зъбните предавки и държачите, необходими за задвижване на множество инструменти в главата, водят до по-ниски скорости и по-малък въртящ момент от сравнително компактните мотор-шпиндели.

Интересен е случаят с изпълнението на стругови операции във високообемни производства, където едношпинделните конфигурации понякога се доказват като по-ефективно решение. Закупуването на няколко сравнително евтини машини с единично шпинделно устройство – всяка, специализирана за специфична задача, може да позволи балансиране на работните цикли, така че да са напълно синхронизирани. Така се елиминират драстичните загуби на време и ефективност. Същевременно фрезовите операции могат да бъдат стандартно изпълнявани на отделни конфигурации с роботизиран трансфер на детайлите между отделните станции, което донякъде компенсира многократната пренастройка. Като резултат може да се постигнат продължителности на работните цикли, идентични с тези при едновременна обработка с три или четири шпиндела. За някои предприятия, чиято производствена програма традиционно е в големи партиди и при които разположението и синхронизацията на отделните машини са внимателно и детайлно планирани, подобна конфигурация би могла да се окаже икономически ефективна.

Важно е да се отчетат обаче разходите за инструментална екипировка, включително честотата на подмяна при износване, които често са значително бюджетно перо. Всяка отделна машина се нуждае и от съответните захващащи системи с въртящи се работни маси за фрезовите операции. Ако се наложи и промяна в дизайна на изработваното изделие, преоборудването на цялата система би отнело прекалено много време и разходи, за да е рентабилно.
Мултифункционалните стругове за двушпинделна обработка, от друга страна, изискват само два комплекта универсални челюстни патронници, които дори не е задължително да подлежат на подмяна при промени в дизайна. В допълнение автоматизацията на такива системи е значително по-лесна и ефективна и изисква доста по-малка инвестиция.

Новият брой 5/2022

брой 5-2022

  ЧЕТЕТЕ БРОЯ ОНЛАЙН

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ





ЕКСКЛУЗИВНО

Top