Mașină de strunjit și frezat cu două ax: tipuri, beneficii și ghid de cumpărare

O mașină de strunjit și frezat cu două axuri ia tot ceea ce face util un strung CNC standard și apoi dublează puterea, adaugă capacitate de frezare completă și termină complet piesele într-o singură configurare. În loc să mute o piesă de prelucrat de la un centru de strunjire la un centru de prelucrare și înapoi - acumulând ersaui de configurare, timp de manipulare și întârzieri de programare la fiecare transfer - un centru de frezare-strunjire cu două axuri gestionează întreaga secvență de prelucrare de la stocul brut de bară la piesa finită fără ca operatorul să o atingă între operații. Acest ghid acoperă modul în care sunt construite aceste mașini, diferitele configurații disponibile, ce aplicații justifică investiția și ce trebuie evaluat atunci când alegeți dintre opțiuni.

Cum funcționează de fapt o mașină de strunjit și frezat cu două axuri

A mașină de strunjit și frezat cu două axuri — denumit și centru de frezare-strunjări cu două axuri, strung multifuncțional cu două axe sau centru de prelucrare de frezat și strunjire — integrează două fusuri independente de reținere a lucrării și capacitatea de frezare cu unelte active într-o singură carcasă a mașinii. Cele două fusuri sunt caracteristica definitorie. The axul principal ține și rotește piesa de prelucrat pentru operațiile inițiale de strunjire, exact ca un strung CNC convențional. The subfus (numit și contra-ax sau ax secundar) este poziționat coaxial opus arborelui principal - poate avansa de-a lungul axei Z pentru a prinde fața frontală prelucrată a piesei, accepta un transfer sincronizat de la axul principal și apoi prezintă fața opusă (spate) a piesei la uneltele de tăiere fără nicio reclamă sau repoziționare manuală.

Sistemul de scule sub tensiune este încorporat în turelă - tamburul de susținere a sculei care se indexează pentru a prezenta diferite scule de tăiere piesei de prelucrat. Spre deosebire de o turelă standard de strunjire, care deține doar unelte statice de strunjire, o turelă cu scule active montează unelte rotative, cum ar fi freze, burghie, robinete și alezoare care sunt antrenate de un motor independent încorporat în turelă. Aceste scule active sunt active atunci când arborele principal sau secundar este blocat într-o anumită poziție unghiulară prin controlul axei C, permițând mașinii să freze plate, să foreze găuri decentrate, găuri transversale ale mașinii, fante de tăiat și filete - operațiuni care ar necesita un centru de prelucrare separat pe orice centru de strunjire convențional.

Cele mai capabile mașini de frezat cu ax dublu adaugă o axă Y turelei - mișcare liniară perpendiculară atât pe linia centrală a arborelui, cât și pe direcția de apropiere a sculei. Acesta este ceea ce permite operațiuni reale de frezare cu pereți drepti, buzunare plate și caracteristici decentrate care sunt imposibil de realizat din punct de vedere geometric doar cu mișcarea pe axa X și Z. Combinația dintre două axe, scule active, control pe axa C și mișcare pe axa Y oferă unei mașini de strunjire și frezat cu două axuri capacitatea de a completa piese complexe într-o singură mandrină, de la materia primă până la dimensiunile finite, pe toate cele șase fețe.

Configurații mașini: de la strunguri sub-ax până la centre de frezare-turnizare cu mai multe axe

Mașinile de strunjire și frezat cu două axuri există într-un spectru larg de capabilități. Configurația adecvată depinde de complexitatea piesei, volumul producției și operațiunile care trebuie finalizate într-o singură configurare.

Centre de strunjire cu două axuri cu scule active

La nivelul de intrare al categoriei cu ax dublu sunt centrele de strunjire cu două arbori cu scule sub tensiune, dar fără axa Y. Aceste mașini au axuri principale și secundare opuse, o turelă cu scule active și control pe axa C pe ambele axe. Aceștia gestionează întreaga secvență de strunjire și găurire față-spate pe piesele care necesită găuri și caracteristici pe linia centrală a arborelui, dar nu pot produce caracteristici frezate decentrate sau buzunare cu pereți drepti. Această configurație este comună în producția de automobile și hidraulice, unde piesele necesită strunjire completă OD și ID, plus găurire și filetare pe linia centrală la ambele capete, dar nu o geometrie complexă de frezare.

Centre de frezare-turnire cu ax dublu cu axa Y

Adăugarea unei axe Y la turelă deblochează capacitatea completă de frezare a mașinii. Cu o cursă a axei Y de ±40 până la ±60 mm, mașina poate produce caracteristici la orice decalaj față de linia centrală a arborelui - caneluri, plane, alezaje decentrate, buzunare, fante și suprafețe conturate. Axa Y permite, de asemenea, strunjirea excentrică reală folosind mișcarea interpolată a axelor C și Y pentru profilele came și caracteristicile nerotunde. Mașinile din această categorie acoperă majoritatea pieselor complexe din domeniul aerospațial, medical și de inginerie de precizie, care anterior necesitau atât un centru de strunjire, cât și un centru de prelucrare vertical sau orizontal. Haas DS-30Y, Hurco TMXMYS și YCM B8-SY sunt exemple reprezentative ale acestei clase.

Mașini cu două axuri, cu două turele, cu două axe Y

Mașinile de strunjire și frezat cu două axuri cu cea mai mare capacitate adaugă o a doua turelă - poziționată de obicei sub linia centrală a arborelui - și oferă control independent pe axa Y atât pe turnulele superioare, cât și inferioare. Aceasta înseamnă că două stații de scule separate pot tăia simultan pe o singură piesă de prelucrat: turela superioară poate roti grosierul OD, în timp ce turela inferioară găzduiește ID-ul, reducând timpul total al ciclului aproximativ la jumătate pentru piesele cu găuri grele. Când sub-axul acceptă piesa după finalizarea feței frontale, ambele turele sunt din nou disponibile - una pentru lucru în spate în sub-ax, una pentru tăierea simultană a unei noi piese în axul principal. Seria PUMA TT2100SYY de la Doosan și seria INTEGREX de la Mazak reprezintă această clasă, care este standard în producția de înaltă producție aerospațială, de apărare și de dispozitive medicale, unde timpul ciclului și utilizarea mașinii sunt ambele critice.

Centre de frezat cu ax dublu cu axe multiple cu axa B

Cea mai capabilă categorie adaugă un cap de frezat pivotant pe axa B - un ax în stilul centrului de prelucrare care se poate înclina într-o gamă de obicei de ± 90° - platformei cu două axuri. Axa B permite interpolarea simultană pe 5 axe pe caracteristici complexe conturate, cum ar fi profilele paletelor turbinei, alezajele cu unghi compus și caracteristicile conice la unghiuri arbitrare. Mașinile cu un adevărat cap de frezat pe axa B, cum ar fi cele din seria Mazak INTEGREX e sau seria DMG Mori NTX, sunt, în esență, centre de prelucrare complete cu capacitate de strunjire adăugată, mai degrabă decât invers. Capacitățile sculelor ajung la 80 până la 120 de poziții de scule în schimbătoarele automate de scule (ATC), iar numărul de axe ajunge la 9 sau mai mult în cele mai complexe configurații.

Axele cheie și ceea ce permite fiecare

Înțelegerea configurației axei unei mașini de strunjit și frezat cu două axuri este punctul de plecare pentru a evalua dacă o anumită mașină poate finaliza o anumită piesă. Tabelul de mai jos mapează fiecare axă cu mișcarea sa fizică și cu capacitatea de prelucrare pe care o deblochează.

Avantaje de producție față de abordările cu un singur ax și cu mașină separată

Cazul de afaceri pentru o mașină de strunjit și frezat cu două axuri se bazează pe mai multe avantaje combinate de productivitate care se acumulează pe parcursul fiecărui ciclu de piesă.

Eliminarea setărilor și manipularea între mașini

Într-un flux de lucru de prelucrare convențional, o piesă simetrică rotațional care necesită strunjire frontală, strunjire față din spate și operații de frezare necesită cel puțin trei configurații separate pe două sau trei mașini diferite. Fiecare transfer între mașini introduce o eroare de repoziționare pe măsură ce piesa este strânsă din nou într-un nou dispozitiv de fixare sau mandrina. Aceste erori acumulate sunt motivul pentru care piesele cu toleranță strânsă, cu caracteristici pe mai multe fețe, sunt dificil de reținut pe traseele convenționale cu mai multe mașini - fiecare remorcare adaugă propria sa eroare de deplasare și de poziție. O mașină de strunjire și frezat cu două axuri elimină orice configurație intermediară: piesa este strânsă o dată în axul principal, prelucrată complet pe fața frontală, transferată automat pe sub-ax cu un ciclu de transfer sincronizat programat și prelucrată complet pe fața din spate - totul într-un singur program continuu. Rezultatul este o repetabilitate parte-la-piesă, pe care toleranțele corespunzătoare ale centrului de prelucrare nu o pot atinge în mod constant.

Tăiere simultană pe ambele axe

Mașinile cu două turelă cu două axuri permit două operații de tăiere să se desfășoare simultan - una pe axul principal și una pe sub-axul - în ceea ce se numește operație de suprapunere or tăierea echilibrului . În timp ce sub-axul finalizează operațiunile cu fața din spate pe partea N, axul principal începe operațiunile cu fața frontală pe partea N 1, care a fost alimentată automat cu bară în timpul ciclului sub-axului. Această suprapunere elimină timpul mort dintre piese care este inevitabil la mașinile cu un singur ax. În cazul pieselor de producție cu volum mare — carcase de rulmenți pentru autovehicule, corpuri de supape hidraulice, rotoare de pompe — operarea suprapusă reduce în mod obișnuit timpul efectiv al ciclului pe piesă cu 30 până la 50 la sută în comparație cu procesarea secvențială cu un singur ax.

Prelucrare realizată într-unul și lucru în proces redus

Când piesele părăsesc mașina de strunjire și frezat cu două axuri completă - toate operațiunile de strunjire, frezare, găurire, filetare și finisare efectuate - inventarul de lucru în proces scade dramatic. Piesele nu sunt puse în coadă între operații, așteptând disponibilitatea mașinii, timpul de configurare sau atenția operatorului. Se recuperează spațiul de podea ocupat de rafturile de montaj în proces, de transportoare inter-mașini și de multiplele mașini care sunt înlocuite. Timpul de livrare de la materia primă până la piesa finită se comprimă de la zile (la mai multe cozi de mașini) la ore (un singur ciclu de mașină). Pentru magazinele cu amestec mare, cu volum mai mic, aceasta înseamnă că o gamă mai largă de numere de piese poate fi rulată economic pe o singură platformă de mașină, cu timpi scurti de schimbare.

Câștiguri de precizie și repetabilitate

Precizie CNC pe o mașină de strunjire și frezat cu două axuri, pentru toate operațiunile, deoarece piesa nu părăsește niciodată mediul controlat al sistemului de coordonate al mașinii între operații. Caracteristicile prelucrate pe fața frontală sunt referite la același datum ca și caracteristicile prelucrate pe fața din spate - nu există nicio schimbare a datelor de la configurare la configurare, așa cum ar fi pe două mașini separate. Pe arbori de precizie cu caracteristici coaxiale din față și din spate, acest lucru se traduce direct în toleranțe mai strânse de curgere totală și concentricitate. Mașinile moderne de frezat și strunjire cu două axuri, cu feedback liniar pe scară de sticlă și compensare termică, realizează repetabilitate de poziționare de ±0,002 mm sau mai bună pe toate axele, permițând prelucrarea pieselor la echivalente cu toleranța la sol fără o operație de șlefuire secundară pentru multe caracteristici.

Industrii și tipuri de piese care beneficiază cel mai mult

Mașinile de strunjit și frezat cu două axuri oferă cea mai puternică productivitate și randament de calitate pentru familiile de piese cu caracteristici specifice: simetrie rotațională, caracteristici la ambele capete, caracteristici frezate sau găurite decentrate și volume de producție mediu spre mare. Aceste caracteristici se concentrează într-o mână de industrii.

• Componente ale sistemului de propulsie auto: Arborele cu came, suporturile arborelui cotit, arborii de intrare a transmisiei, flanșele carcasei diferenţialului, rotoarele de turbocompresor și inelele senzorului ABS, toate combină caracteristicile de strunjire și frezare pe ambele fețe. Volumul auto și presiunea costurilor fac ca reducerea timpului de ciclu al mașinilor cu ax dublu să fie direct bancară. Mașinile din seria MW de la Muratec sunt menționate în mod special drept platforma pe care sunt produse mai multe piese strunjite auto decât orice altă platformă de strung.
• Componente structurale și ale motorului aerospațial: Componentele din titan și Inconel pentru corpuri de avioane și motoare necesită frecvent strunjire cu toleranță strânsă, combinată cu buzunare frezate complexe, alezaje unghiulare compuse și modele găurite pe mai multe fețe. Costul materialului și cerințele de trasabilitate ale pieselor aerospațiale fac ca prelucrarea realizată într-unul să fie atractivă — reducerea la minimum a manipulării reduce riscul de deteriorare, contaminare și lacunele de documentare între operațiuni.
• Dispozitive medicale: Implanturile ortopedice, componentele instrumentelor chirurgicale și hardware-ul de diagnostic necesită atât precizia strunjirii CNC, cât și complexitatea geometrică a frezării cu mai multe fețe, adesea din titan, crom-cobalt sau oțel inoxidabil. Dimensiunile loturilor medicale sunt de obicei mici, iar geometria pieselor este complexă - exact condițiile în care un centru de frezat-strunjări cu două axuri care înlocuiește patru operațiuni separate este cel mai rentabil.
• Scule de fond de petrol și gaze: Corpurile de supape, blocurile de distribuție, componentele gulerului de foraj și fitingurile de conectare din inox 4140, 17-4 PH și Inconel necesită o capacitate de strunjire cu diametru mare combinată cu găuri perforate încrucișat, plăci frezate și caracteristici filetate. Mașinile de strunjire și frezat cu două axuri cu o capacitate mare de alezaj (100–200 mm orificiu traversant) gestionează aceste componente într-o singură configurație în care o frezare convențională ar necesita patru sau cinci operațiuni.
• Componente hidraulice si pneumatice: Bobinele de supapă, corpurile actuatorului, blocurile de distribuție și arborii pompei combină toleranțe ale alezajului de precizie, strunjire OD și caracteristici multiple ale orificiilor găurite în cruce sau frezate - un profil al piesei potrivit ideal pentru prelucrarea frezei-turnării cu ax dublu.
• Arbore de precizie și componente ale axului: Piesele cu caracteristici coaxiale critice din față și din spate - arbori codificatori, cartușe cu ax, arbori șlefuit de precizie - beneficiază în special de precizia cu o singură configurare pe care o oferă mașinile cu ax dublu, eliminând remorcarea între operațiunile față și din spate.

Specificații critice de evaluat atunci când alegeți o mașină

Mașinile de strunjire și freza cu două axuri variază de la strunguri de producție de gamă medie, care pornesc în jur de 150.000 USD până la centre de strunjire cu mai multe axe, care depășesc 1.000.000 USD pentru cele mai capabile configurații. Selectarea mașinii potrivite necesită potrivirea specificațiilor cu cerințele reale ale pieselor care sunt produse - nu cumpărarea unei capacități care nu va fi niciodată utilizată și nu subspecificarea unei mașini care va limita producția din prima zi.

Puterea axului și intervalul de viteză

Puterea axului principal pentru mașinile de strunjire și frezat cu două axuri variază de obicei de la 15 CP (11 kW) la mașinile compacte de lucru cu bară până la 45 CP (33 kW) sau mai mult la mașinile de producție cu diametru mare. Puterea sub-axului este, în general, de 50 până la 70 la sută din puterea axului principal. Gama de turații contează atât pentru operațiunile de strunjire, cât și pentru operațiunile cu scule active - vitezele axului principal de 4.000 până la 6.000 RPM acoperă majoritatea materialelor strunjite; Vitezele motorului sculei active de 3.000 până la 6.000 RPM găzduiesc freze și burghie în intervalul de dimensiuni tipice pentru piesele strunjite. Pentru titan și alte aliaje greu de prelucrat, verificați dacă mașina oferă un cuplu adecvat la viteză redusă pentru tăieri grele de degroșare, nu doar turații mari pentru finisare.

Capacitatea barei și dimensiunea mandrinei

Capacitatea barei - diametrul maxim al barei care trece prin axul principal - limitează direct ce piese pot fi alimentate cu bare pe mașină. Capacitățile comune ale barelor variază de la 42 mm (1,65 inchi) pentru mașinile compacte de precizie până la 100 mm sau mai mare pentru mașinile de producție grele. Diametrul orificiului de trecere al arborelui secundar este de obicei mai mic decât axul principal - verificați dacă se potrivește piesele care sunt transferate dacă este necesară perforarea arborelui secundar. Dimensiunile mandrinei (6 inchi, 8 inchi, 10 inchi) determină diametrul maxim de prindere pentru piesele încărcate cu mandrina care depășesc capacitatea barei.

Deplasare pe axa Y

Deplasarea axei Y determină decalajul maxim față de linia centrală la care pot fi efectuate operațiunile de frezare. Pentru majoritatea caracteristicilor de frezare a piesei turnate — găuri transversale, caneluri, plane — ±40 până la ±50 mm este adecvat. Pentru piesele mai mari cu caracteristici mai departe de linia centrală sau pentru buzunare adânci, verificați dacă intervalul axei Y acoperă locațiile reale ale caracteristicilor de pe piesele luate în considerare. Unele mașini oferă axa Y numai pe turela principală; verificați dacă operațiunile sub-ax au și acces pe axa Y dacă este necesară frezarea pe spate la decalaj.

Numărul de stații de scule și capacitatea sculei active

Capacitatea turelei - numărul de poziții indexate de scule disponibile - determină cât de complexă poate fi prelucrată o piesă fără schimbarea sculei sau intervenție manuală. Turelele standard cu 12 stații se ocupă de piese tipice turnate și găurite; Turelele BMT cu 24 de stații sau mașinile cu turnulele duble găzduiesc piese complexe care necesită multe unelte distincte. Numărul total de scule, inclusiv pozițiile sculelor active, contează pentru producția cu amestec ridicat - o mașină cu 38 de poziții totale de scule (inclusiv o subturlă secundară) poate deține o familie completă de unelte pentru mai multe numere de piese simultan, permițând schimbarea rapidă între lucrări fără reestrul complet.

Controlul axului sincronizat și acuratețea transferului

Calitatea transferului sincronizat al axului - transferul automat al piesei de la axul principal la sub-axul - afectează direct acuratețea relației dintre caracteristicile feței frontale și ale feței din spate. Transferul sincronizat necesită ca ambele axe să funcționeze la exact aceeași viteză și fază simultan, sub-axul avansând pentru a prinde piesa în timp ce aceasta se rotește. Un transfer bine implementat nu adaugă practic nicio eroare de poziționare între fețe; unul prost implementat introduce offset axial și unghiular care degradează calitatea piesei. Solicitați date demonstrate privind acuratețea transferului (denivelare axială și repetabilitate unghiulară după transfer) atunci când evaluați anumite mașini pentru aplicații cu toleranță strânsă.

Sistem de control CNC

Controlul CNC se ocupă de interpolarea tuturor axelor, sincronizarea axului, coordonarea sculelor în timp real și gestionarea programelor piesei. Fanuc, Siemens, Mitsubishi și Mazatrol sunt platformele dominante de control în mașinile de strunjire și frezat cu două axuri. Dincolo de preferințele mărcii, evaluați caracteristicile specifice de control: capacitatea de programare conversațională pentru configurarea rapidă a lucrărilor, editarea în fundal, astfel încât programele să poată fi modificate în timp ce mașina funcționează, arhitectură de control cu ​​două căi (dual-canal) pentru controlul independent simultan al operațiunilor principale și secundare și funcții de oglindire a sub-axului care rotesc și transferă automat programele de la geometria principală la cea secundară. Controlul conversațional de la Hurco și programarea Mazatrol de la Mazak sunt citate în mod constant ca elemente de diferențiere pentru magazinele care au nevoie de crearea rapidă a programelor pentru producția cu amestecuri mari.

Comparație: freza-turnizare cu ax dublu vs. centre de strunjire și frezare separate

Decizia între a investi într-o mașină de strunjire și frezat cu două axuri față de menținerea echipamentelor separate de strunjire și frezare se rezumă la amestecul de părți, volumul, cerințele de precizie și costul total de proprietate pe durata de viață a mașinii.

Pentru majoritatea magazinelor care produc piese cu caracteristici pe mai multe fețe sau care necesită atât strunjire, cât și frezare, comparația costului total de proprietate favorizează de obicei centrul de freza-strunjire cu două axuri la volume de producție medii și superioare - mai ales atunci când forța operatorului, spațiul pe podea și costurile de transport al lucrărilor în proces sunt incluse în analiză alături de prețul de achiziție al mașinii.

Considerații de programare și configurare

Pentru a profita la maximum de o mașină de strunjire și frezat cu două axuri, necesită abordări de programare care sunt mai sofisticate decât strunjirea CNC convențională și practici de configurare care țin cont de capacitatea de operare multiplă a mașinii.

• Programare pe două canale (căi duble): Operațiile principale și secundare ale arborelui sunt scrise ca două programe CNC separate, sincronizate, care rulează în paralel - câte unul pentru fiecare traseu al arborelui. Controlul execută ambele căi simultan și utilizează comenzi de sincronizare (WAIT, SYNC) pentru a coordona transferurile și operațiile de suprapunere. Înțelegerea structurii de programare cu căi duble este esențială pentru realizarea beneficiilor timpului de ciclu ale operațiunilor simultane; o mașină care funcționează secvențial și nu simultan cu axul principal și secundar, lasă jumătate din capacitatea sa productivă nefolosită.
• Selectare software CAM: Nu toate pachetele CAM se ocupă în mod egal de mașini de frezat și strunjire cu două axuri. Verificați dacă software-ul CAM utilizat generează codul corect sincronizat cu dublă cale pentru sistemul de control specific al mașinii. Mastercam, Esprit și Fusion 360 au toate capacitate de turnare-frezare cu ax dublu; calitatea și caracterul complet al suportului post-procesor pentru anumite combinații de mașini/control variază și ar trebui validate înainte de a vă angaja pe o platformă CAM.
• Strategia de scule pentru ambele fusuri: Planificați aspectul sculei pe turelă pentru a servi atât operațiunilor principale, cât și sub-axului, fără a necesita reconfigurarea turelei între operații. Uneltele poziționate pentru accesul axului principal pot fi adesea abordate din partea sub-axului prin inversarea orientării turelei - dar acest lucru trebuie programat corect și confirmat pentru a nu crea interferențe. Luați în considerare cu atenție suporturile de scule statice pentru scule de strunjire și suporturile de scule antrenate pentru sculele sub tensiune, echilibrând numărul fiecărui tip cu operațiunile necesare pentru familia de piese.
• Compensarea lucrărilor și gestionarea originii: Fiecare ax necesită propriul său sistem de decalaj de lucru și de coordonate. După un transfer sincronizat, programul sub-ax face referire la fața din spate a piesei ca data sa Z-zero - de obicei confirmată de o valoare Z-offset programată care se potrivește cu lungimea piesei după prelucrarea feței frontale. Măsurarea și confirmarea cu precizie a acestui decalaj la configurare este esențială pentru menținerea toleranțelor de lungime față-spate.
• Compensare termică și cicluri de încălzire: Mașinile de frezat-turnizare cu mai multe axe se confruntă cu modele de creștere termică mai complexe decât strungurile simple, deoarece atât motorul axului, cât și motorul sculei active contribuie la căldură. Rulați un program standard de încălzire la începutul fiecărei ture înainte de a tăia piesele de producție și verificați dacă funcțiile de compensare termică ale mașinii sunt active și calibrate. În aplicațiile de înaltă precizie, măsurarea în proces cu actualizări automate de compensare este cea mai bună practică pentru menținerea toleranțelor strânse pe parcursul întregii serii de producție.