Стругови и обработващи центри

МашиниСп. Инженеринг ревю - брой 5/2021 • 02.08.2021

  • Наред с непрекъснатата технологична еволюция при оборудването трайно се повишават и стандартите по отношение на допуските, точността и качеството на готовите изделия

  • Моделите стругове от ново поколение на пазара разполагат и с функции за виртуално моделиране на обработката директно на самата машина

  • Сред тенденциите на пазара на вертикални обработващи центри е увеличаването на броя оси, насочено към удовлетворяване на нарастващите изисквания в сферата на механичната обработка

Благодарение на динамичното технологично развитие в сегмента съвременните стругови и обработващи центри с ЦПУ се отличават с висока степен на автоматизация, усъвършенствани възможности за управление, подобрен софтуер и множество интелигентни функции. И двата типа оборудване предлагат избор от вертикални и хоризонтални конфигурации, подходящи за различни приложения в сферата на металообработката. Изборът на решение зависи от множество фактори, сред които вид и материал на обработваните детайли, големина на серията, изисквания по отношение на качеството на повърхностите, необходимост от довършителни операции и т. н.


Съвременни технологии при струговите центри

Струговите машини в металообработващите цехове постепенно биват замествани от вискотехнологични стругови центри с ЦПУ, които осигуряват значително по-висока функционалност, ефективност и производителност. Разликите са значителни и по отношение на устройството и конструкцията. Центрите се отличават с цялостен, затворен машинен корпус. Задното седло и супортът са отделно свързани с леглото, което позволява на седлото и неподвижните люнети да бъдат позиционирани както е необходимо, без да се налага да взаимодействат със супорта. В допълнение при струговите центри револверната глава се движи по цялата дължина на леглото. В голяма част от случаите позицията на задното седло може да бъде програмирана с помощта на ЦПУ блока на машината.

Има два типа стругови центри – хоризонтални и вертикални, като първите са значително по-популярни в практиката. Вторите пък са известни и с наименованието вертикални револверни стругове и се използват за редица специфични приложения. При хоризонталните стругови центри шпинделът е ориентиран в същото направление, а инструментите са монтирани отстрани на държача и режат през обработвания детайл. Отвеждането на стружките далеч от заготовката при тази конфигурация се подпомага от гравитацията.

При вертикалните модели конструкцията е обърната, което позволява предното седло да лежи на пода, а трасажната маса да функционира като хоризонтална въртяща се маса. Този тип конфигурации са подходящи за обработката на едрогабаритни, тежки и къси детайли. Тук гравитацията спомага за по-стабилно задържане на заготовката във фиксиращите приспособления. Стружкоотвеждането може да е леко затруднено поради липсата на помощ от гравитационната сила.

На пазара се предлагат и т. нар. инвертни (обърнати) вертикални стругови центри, при които позицията на шпиндела и челюстния патронник е разменена.

Сред приложенията на струговите центри с ЦПУ са автомобилостроенето, общото машиностроене, космическата и медицинската индустрия, нефтено-газовата промишленост и др. Те са отлично решение за обработка на кръгли/обли метални детайли, пръти, тръби, зъбни колела и др.

Машините от този тип позволяват и т. нар. мултитаскинг или изпълнение на множество работни задачи с помощта на иновативни технологии като “Live tooling” или в пряк превод “инструменти на живо”. Оборудваните с тази функция модели могат не само да струговат, но и да извършват фрезови, пробивни, разстъргващи и нарезни операции. В допълнение най-модерните системи на пазара могат да са снабдени още с двойни шпиндели, Y-ос, множество револверни глави и роботизирани системи за обслужване, които извършват зареждане, разтоварване на готовите детайли и т. н.


Пазарни тенденции

За да се адаптират към постоянно нарастващите изисквания по отношение качеството и функционалните аспекти в обработката на метални изделия, струговите центри непрекъснато се развиват и усъвършенстват в технологичен план. В допълнение към множество държачи и оси, моделите от ново поколение на пазара разполагат и с функции за виртуално моделиране на обработката директно на самата машина. Сред иновациите в сегмента са и специализираните операционни системи за стругови центри, които позволяват пълна интерфейсна интеграция на свързаното оборудване в производствените мрежи. Потребителите получават достъп до наличните схеми, техническа документация, ръководства, електрически и хидравлични диаграми и т. н. – отново директно през командния панел на машината без нужда от допълнителен хардуер. С добавянето на индустриален компютър към системата, инсталиран в шкафа за управление, операторите могат да провеждат 3D симулации на процесите в реално време или да генерират комплексни програми с помощта на автономна CAM система. Струговите центри от този клас практически не срещат ограничения по отношение на възможностите за комуникация и обмен на информация с останалите свързани елементи на производствената мрежа.

Глобалният пазар на такива системи е условно подразделен на няколко сегмента: по брой на осите (2-осни, 3-осни и многоосни системи); по капацитет на натоварване (модели за лек, среден и тежък режим на работа); по тип (хоризонтални, вертикални, стругово-фрезови и универсални стругови центри). Най-широко приложение тези системи намират в автомобилния сектор и общото промишлено производство.

Макар продуктите им отдавна да са се утвърдили като високоефективни решения, повечето водещи световни производители продължават да инвестират в нови технологични разработки, базирани на последните иновации в бранша. Водещ стремеж е да се постигне и задоволително съотношение между качество и достъпност на струговите центри. Разработват се варианти, специализирани в резбоването, пробиването и фрезоването. С помощта на най-новите технологии в цифровото програмно управление струговите центри се отличават и с все по-висока точност на обработка, което ги прави подходящи за производство на прецизни изделия и компоненти, например за медицинската, електронната промишленост и приборостроенето.

Водещите производители на пазара привличат клиентите си с конкурентно ценообразуване в допълнение към генерални подобрения като редуцирани по брой и времетраене цикли на обработка. Всичко това спомага за устойчиво нарастване на продажбите на оборудването в сегмента, като пазарните анализатори очакват тази тенденция да се запази и през следващите няколко години.

Сред ключовите технологични нововъведения в областта са серводвигателите, които постепенно заместват шпинделните мотори при ротационните механизми. Това спомага за съкращаване разходите за производство и експлоатация на струговите центри. Използването на сервооси, оборудвани с т. нар. мултихибридни задвижвания, е друга стратегия за намаляване на размерите при този тип металообработващо оборудване. В допълнение към бюджетна оптимизация модулната концепция създава множество възможности за функционално надграждане и специализация. Така от конвенционално струговане капацитетът на струговите центри от ново поколение се разширява до цялостна обработка.

Сред технологичните тенденции в сегмента е още внедряването на интелигентни обработващи функции в комбинация с улеснен за използване от потребителите софтуер. Наред с непрекъснатата технологична еволюция при оборудването трайно се повишават и стандартите по отношение на допуските, точността и качеството на готовите изделия. За това съдействат и усъвършенстваните възможности за управление на обработката по множество оси и канали, както и инструментите за оптимизация и синхронизация между отделните канали.

Сред тенденциите, които повлияват посоката на развитие на струговите центри, е и т. нар. хибридно производство, което предлага комбинация от адитивни и стандартни методи на отнемане на материал на една и съща машина с цел производство на изделия с максимално близък до крайното изделие вид с една настройка.

На последно място, но реално на челно място по значимост сред технологичните тенденции в сегмента е повишаването на степента на автоматизация, което води до значително подобряване на скоростта, ефективността и производителността. Така все повече предприятия обмислят инвестиция в модерен стругов център, за чието управление не е необходимо да обучават или назначават специално подготвени кадри.


Развитие при вертикалните обработващи центри

Ориентацията на шпиндела е основна характеристика на всеки обработващ център. При вертикалните конфигурации той, разбира се, е ориентиран във вертикално направление. Системите от този тип генерално се използват за прецизни приложения, включително вторични и довършителни операции, за които е необходимо изключително стабилно устройство. Хоризонталните им аналози пък са подходящи за работа в тежък режим, например в грубата първична обработка.

Според анализаторите един от ключовите фактори за по-високата популярност на вертикалните обработващи центри за сметка на хоризонталните е тяхната по-голяма достъпност в ценови аспект. Предимства на първите са още високоскоростните шпиндели и усъвършенстваното централно програмно управление.

Вертикалните обработващи центри са най-често използваните в практиката типове металообработващи машини. Освен с дадена степен на прецизност те се характеризират и с редица други функционални параметри, които определят избора им за съответното приложение. Този пазарен сегмент също не спира да се развива в технологичен план и среща множество иновации. Една високоточна 5-осна вертикална обработваща машина може да се използва за грубо рязане с големи темпове на подаване, полудовършителни операции и финишна обработка на средни по размер компоненти от стомана, леки сплави или композити. Извеждането на производителността като приоритетен фактор води до разработката на цяла нова генерация машини в сегмента с фокус върху ефективната работа. Проектирани за работа в големи серии и обработка на структурни компоненти за автомобилния и космическия сектор, тези системи разчитат още на висока гъвкавост, точност и функционалност.

Сред тенденциите на пазара на вертикални обработващи центри е увеличаването на броя оси, насочено към удовлетворяване на нарастващите изисквания и стандарти в сферата на механичната обработка, включително способностите на един център да извършва стругови и фрезови операции.

Постепенното адаптиране на 5-осните вертикални машини към приложения в сферата на обработката с повишена стабилност на тежки и едрогабаритни детайли също е сред интересните явления на този пазар. Друга тенденция е микрообработката, при която са налице уникални предизвикателства по отношение на прецизността и други работни параметри. Разработката на специализирани решения за микросегмента е важен фактор, генериращ ръст в продажбите на вертикални обработващи центри.

Съществени предимства на вертикалните обработващи центри са възможностите за безконтактна обработка без странични термични или механични ефекти, липсата на износване на катода, както и опциите за работа със закалени и устойчиви на висока температура материали, често срещани например в космическата и автомобилната индустрия.

Що се отнася до предизвикателствата, които тези системи срещат в практиката, може би най-сериозното е свързано с поддръжане на управлението върху различните променливи в процеса на обработка. Това често трябва да бъде постигнато в паралел с ултрависока скорост и точност на рязане. Всички тези изисквания на практика водят до голямо натоварване върху лагерите на основния шпиндел.

Ако вземем предвид типа шпиндел, основните подвидове вертикални обработващи центри са моделите с редово, ремъчно задвижване или със зъбни предавки. В зависимост от броя оси, глобалният пазар на такива системи се подразделя на варианти с 3, 4, 5, 6 или повече оси. Що се отнася до базовата конструкция, различаваме колонен и портален тип, вертикални центри с подвижна или фиксирана маса. Всички тези вариации намират своите специфични приложения, като най-типични са тези в космическата, автомобилната индустрия и електронното производство.


Интелигентни решения за прецизна обработка

За да избере оптимално решение за производствените си приложения и в частност стругов или обработващ център, едно предприятие е необходимо добре да познава алтернативите, предимствата и достиженията на технологиите в съответния сегмент. Пазарът на 5-осни обработващи центри с ЦПУ например притежава потенциал да нарасне с над 627 млн. щатски долара в периода от настоящата 2021 до 2025 г. Маркетолозите прогнозират, че това увеличение ще се случи с комбиниран годишен темп на растеж в размер на 5,75%. Според тях водещ фактор за развитието на пазара на машини с такава спецификация е значително повишеното търсене на мултидисциплинарни машини през последните години.

Цеховете, специализирани в прецизно струговане, все по-често избират да инвестират в машинен център с идеята да реализират ефективен баланс между основните и необходимите вторични операции при едно струговано изделие. Ако производствената програма обхваща предимно малки серии и регулярно фрезоване, подходящ избор са т. нар. мултифункционални стругови машини. Ако са налице обаче изисквания за по-комплексни и прецизни операции, по-рентабилен вариант би била инвестицията в обработващ център. Сложните и високоточни операции в сферата на вторичната обработка се явяват достатъчна икономическа обосновка за закупуването на прецизен модел с толеранси в диапазона 4-5 микрона вместо стругова машина с инструменти “на живо” (live tooling) в револверната глава.

Приложенията в сферата на прецизното струговане изискват избор на високопрецизен обработващ център вместо на стандартен модел. При малки и единични работни серии е значително по-рентабилно обработката да се извършва на една машина с една настройка вместо на две. При по-големи производствени обеми и по-комплексни изделия струговите и фрезови операции обаче е по-добре да бъдат организирани на отделни работни станции, за да се търси по-високо крайно качество на готовия продукт, с което не се допуска компромис за сметка на високата производителност. Такива приложения доказват, че отделните специализирани системи могат да осигурят по-бърза възвръщаемост на инвестицията в сравнение с универсализираните мултифункционални конфигурации в дадени сценарии и детайлният предварителен анализ при избирането на система е от критично значение.

Важен критерий за правилен избор на решение в стругарските цехове е възможността металообработващата машина да бъде настройвана и адаптирана към моментите потребности в реално време. Това е особено важно за вторичните операции, които включват груба, полуфинишна и финишна обработка на една и съща машина. Функциите за регулиране на поведението и работата на машината по време на обработващата програма могат значително да подобрят прецизността й в комбинация с увеличаване на производителността.

Все по-търсени са интелигентните обработващи центри, при които с помощта на различни типове сензори софтуерът за обработка на системата осъществява непрекъснато мониторинг на различни променливи, свързани с работната и околната среда. На постоянно наблюдение и незабавно коригиране в рамките на милисекунди подлежат скоростта, налягането и температурата в отделните зони на машината, както и други параметри като шум, вибрации, триене, износване на инструменталната екипировка и т. н. Някои системи са снабдени със специални софтуерни функции за измерване на натоварването върху инструмента в реално време (през няколко милисекунди), които гарантират устойчива и безопасна обработка. Предотвратявайки прекомерни натоварвания, които да причинят влошаване на експлоатационните характеристики или пълна повреда на инструментите, тези функции значително подобряват точността и производителността на машината в дългосрочен план.

Съвременните интелигентни обработващи центри разполагат и със системи за управление на контура, които се отличават с лесен за използване интерфейс за програмиране и функции за прецизен контрол на контура на съответното изделие. В резултат се удължава сервизният живот на оборудването и се намалява времето за обработка. Софтуерът от този тип предлага различни варианти по отношение на скоростта и точността на рязане, качеството на готовите повърхности и геометрията на инструментите. Програмата позволява задълбочено персонализиране на работните параметри според моментното приложение, мониторинг на системата в реално време и лесен локален и отдалечен достъп посредством мобилно приложение.

Най-модерните обработващи центри на пазара разполагат и с алгоритми за изкуствен интелект, вградени в програмното управление, които позволяват автоматично адаптиране на темповете на подаване на материал в реално време с цел осигуряване на постоянно натоварване върху инструмента. В комбинация с решения за превантивна диагностика на системата, тези функции допринасят за удължен живот на инструменталната екипировка, по-кратки цикли и значително по-високо качество на обработка.

 





ЕКСКЛУЗИВНО

Top