Хоризонтални обработващи центри

Начало > Машини > Сп. Инженеринг ревю - брой 7/2022 > 25.10.2022

  • През последните години интересът към хоризонталните обработващи центри непрекъснато расте поради усъвършенстваните им възможности за високопроизводително, високоавтоматизирано и високоскоростно рязане

  • Основно предимство на този дизайн е, че позволява обработка в непрекъснат режим, тъй като гравитацията подпомага естественото премахване на стружките от работната зона

  • Хоризонталните конфигурации традиционно разполагат с по-висока степен на автоматизация в сравнение с вертикалните, а това означава, че им е необходима доста по-малка операторска намеса

 

Хоризонталните обработващи центри (ХОЦ) са единият от двата основни типа машини в този клас оборудване. Исторически погледнато те са и първите обработващи центри изобщо. През последните години интересът към тях непрекъснато расте поради усъвършенстваните възможности за високопроизводително, високоавтоматизирано и високоскоростно сухо, квазисухо и твърдо рязане, включително 4- и 5-странна обработка на призматично-корпусни детайли, които предлагат.

 

Специфики на дизайна

Както подсказва наименованието им, това, което ги отличава от другия тип – вертикалните (ВОЦ), е ориентацията на шпиндела. Основно предимство на този дизайн е, че позволява обработка в непрекъснат режим, тъй като гравитацията подпомага естественото премахване на стружките от работната зона, без да е необходимо тяхното нарочно отстраняване.

Друг съществен плюс на хоризонталните конфигурации е възможността да се постигне оптимална пространствена ефективност чрез интегриране на двупалетна станция за автоматизирана смяна на заготовките. Освен място, при хоризонталните обработващи центри може да се пести и време, като един детайл се зарежда на първaта палета, докато друг се обработва на втората. Това свежда до минимум продължителността на периода, в който не се извършва обработка в рамките на един работен цикъл.

Хоризонталните и вертикалните центри за 3-координатна обработка реално се различават помежду си по ъгъла, под който е разположен шпинделът спрямо повърхнината на работната маса. При вертикалните той е позициониран перпендикулярно, докато при хоризонталните е успореден.

Архитектурата на съвременните машини в сегмента, повече от 60 години след въвеждането им в практиката, обаче далеч не може да бъде описана само с това генерално разделение. В резултат от непрекъснато нарастващите приложения на ХОЦ в модерната металообработка на пазара се предлага изключително богато разнообразие от варианти с различни конструктивни и функционални особености. Към класическите Т-образни 4- и 5-осни компановки се добавят обърнати Т-образни конфигурации, модели с неподвижна или с кръстата маса, със странично разположение на шпинделната кутия, както и най-новите дизайни тип “Box-in-Box”, при които колоната и шейната са в специално изпълнение под формата на рамка.

 

Предимства пред вертикалните модели

Ключова полза от инвестицията в ХОЦ безспорно е потенциалът за съществено повишаване на производителността и съответно – печалбата на предприятието. Машините от този сегмент биха могли да вършат над три пъти повече работа за единица време в сравнение с вертикалните архитектури, тъй като позволяват изпълнението на много по-голям брой операции с едно захващане на детайла. Възможностите за 4-координатна обработка спомагат за достигане на много повече ъгли от заготовката в един обработващ цикъл, което пести от времето за настройка. Повърхността на универсалния закрепващ модул на машината опосредства обработката на няколко детайла в един работен цикъл, което е основен фактор за повишаване на ефективността на производство.

Водещо приложение на хоризонталните обработващи центри е изработката на призматично-корпусни детайли, при които се налага обработка на множество стени от различни ъгли. Инвестицията в ХОЦ е рентабилна за едросерийни производства, за по-дребни детайли или за проекти с по-дългосрочно изпълнение. Изработването на плоски заготовки или детайли от листов материал също е във възможностите на хоризонталните центри, но при тях е необходимо да се предвиди специално закрепване предвид действието на земното притегляне.

Като цяло в практиката този тип машини се считат за по-гъвкаво и универсално решение от вертикалните им аналози. Една хоризонтална конфигурация може да замести по производителност три до четири ВОЦ в редица приложения, а един оператор да върши работата на няколко, което води и до икономии от разходи за труд. В допълнение, хоризонталните центри традиционно разполагат с по-висока степен на автоматизация, а това означава, че им е необходима и доста по-малка операторска намеса. Това освобождава на ангажирания с машината служител ценно време за изпълнение на други задачи.

 

Технически възможности

Видно е, че рентабилността на машините в модерните цехове се свежда до това колко време прекарват в обработващ режим в рамките на една стандартна работна смяна и до каква степен се нуждаят от операторски контрол. Средностатистически хоризонтален център обработва около седем от осемте часа, докато при вертикалните конструкции общото време на работа е едва два до три часа. Дори при едносменен режим общото добавено време на обработка на годишна база може може да надвиши 1200 часа, а това дава пряко отражение върху производителността и печалбите на предприятието. Така фирми с достатъчно поръчки, при които е икономически обоснована по-високата първоначална инвестиция в ХОЦ, изключително бързо възвръщат вложените средства.

При вертикалните обработващи центри отваряне на вратата, и съответно спиране на шпиндела, се налага всеки път, когато е необходимо да се зареди, обърне или извади заготовка, де се премахнат стружките или да се извърши качествена инспекция. Ако детайлът изисква шестстенна обработка например, операторът трябва да го премести общо седем пъти. Когато същата част се обработва на хоризонтална конфигурация, действията са само три, а това значително повишава ефективността и производителността. В резултат от редуцираната операторска намеса съществено се подобрява и качеството, тъй като се свеждат до минимум рисковете от погрешно захващане или други човешки грешки.

Що се отнася до направляващите системи, линейните направляващи са се доказали като по-добро решение при по-високи скорости на 6-координатно движение за материали, като алуминий например, тъй като с тях темповете на ускорение и забавяне могат да бъдат значително по-високи. А това спомага за драстично намаляване на времетраенето на обработващите цикли. Дадени модели линейни системи достигат ускорение 1G, без да се допуска компромис със стабилността на конструкцията или да се генерира прекалено голямо количество излишна топлина.

Все пак голяма част от производителите на метални изделия предпочитат плъзгащите направляващи за специфични работни сценарии, при които са налице големи сили на рязане и не скоростта на движение, а точността и стабилността са приоритет. Плъзгащите направляващи са подходящи за по-дълбоко рязане на твърди материали като титан, суперсплави и инструментална стомана, като гарантират отлично качество на повърхностите.

 

Оборудване

При ХОЦ шпинделната глава генерално е конструирана за оптимална здравина и стабилност. Този дизайн е устойчив на отклонения вследствие на големи сили на рязане, като позволява по-дълбоко отнемане на материал и удължава живота на инструменталната екипировка. Някои компановки с по-големи работни зони са оборудвани със сачмено-винтови механизми с двойна ос Y, за да поддържат пропорционално по-голямото тегло на осите Y и X.
Фокусът върху здравината и устойчивостта при хоризонталните обработващи центри е причина за значително по-голямото им тегло в сравнение с ВОЦ със същите габарити. По-голямата маса на машината налага особено внимание при проектирането на основната конструкция, както и при позиционирането и монтажа/фиксирането към пода.

Всички съвременни ХОЦ, оборудвани с ротационни индексиращи маси, се считат за машини с 4-осни компановки. Използването на универсално закрепващо устройство с възможност за фиксиране на детайли на всяка страна (както се конфигурират почти всички хоризонтални центри в модерната практика) позволява не само челна обработка, но и обработка отляво и отдясно.

Някои ХОЦ могат да бъдат поръчани и със същински 4-осни компановки, които позволяват движения под всякакъв ъгъл чрез програмируеми команди и позволяват гъвкава обработка при едновременна ротация на индексиращата маса.

За да се оползотвори пълният потенциал на един хоризонтален център, е препоръчително да се модернизират и спомагателните етапи от производствения процес. Рентабилни са инвестиции в нови и усъвършенствани системи за инспекция, компютърно управление, смазване и охлаждане, предварителна настройка и смяна на инструментите, закрепване и др. Стандартен компонент на хоризонталните конструкции са магазинните системи за автоматизирана смяна на инструментите с 40 до 60 позиции. Най-простите конфигурации разполагат с отделен магазин за всеки инструмент. При тях обаче смяната трае по-дълго, тъй като след всяко използване инструментът трябва да бъде прибран обратно в същия джоб. Инструменталните магазини с произволен достъп, известни още като матрични, могат да върнат инструмента в който и да е джоб, тъй като контролер следи моментната му позиция.

Устройствата за автоматична смяна на палетите са друг ключов елемент на ХОЦ с възможност за значителни икономии на време, като над 90% от моделите на пазара днес разполагат с такива. Що се отнася до закрепващите системи, при хоризонталните конфигурации се изискват малко по-креативен подход и една идея по-комплексни механизми в сравнение с вертикалните обработващи центри в зависимост от големината на детайла. Макар да изглеждат по-сложни обаче, тези системи осигуряват много по-голяма гъвкавост при фиксиране на детайлите. Подходящи за ХОЦ са хидравличните и пневматичните закрепващи скоби.



Ключови думи: обработващи центри, хоризонтални обработващи центри, вертикални обработващи центри, металообработващи машини







ЕКСКЛУЗИВНО

Top