Mașini de strunjit și frezat cu două axuri de rezistență: ce fac, cum funcționează și când aveți nevoie de unul

Ce este o mașină de frezat și strunjit cu două axuri pentru sarcini grele?

O mașină de strunjit și frezat cu două axuri pentru sarcini grele - denumită și centru de frezat cu două axuri sau strung CNC multifuncțional cu două axe - este o platformă avansată de prelucrare care combină funcțiile unui strung CNC și ale unei mașini de frezat într-un singur cadru de mașină rigid. În loc să direcționeze o piesă de prelucrat prin stații separate de strunjire și frezare, această clasă de mașini completează ambele operațiuni - și adesea găurirea, alezarea, filetarea și conturarea - într-o singură configurație sau cu o transferare fără sudură între două axe de pe aceeași mașină.

Denumirea „greută” nu este doar un termen de marketing. Se referă la un nivel specific de construcție a mașinii, caracterizat prin diametre de balansare semnificativ mai mari, putere mai mare a axului și cuplu de torsionare, piese turnate pe pat și capete armate și rigiditatea structurală necesară pentru a manipula piese mari, complexe sau greu de prelucrat. Aceste mașini sunt construite pentru industriile în care dimensiunile componentelor, tenacitatea materialului și cerințele de toleranță depășesc ceea ce poate furniza în mod fiabil un centru de strunjire-frezare standard.

Înțelegerea arhitecturii, capabilităților și logicii operaționale ale mașini de strunjire și frezat cu două axuri pentru sarcini grele este esențial pentru orice inginer de producție, manager de producție sau specialist în achiziții care evaluează dacă această clasă de echipamente este potrivită pentru cerințele lor de prelucrare.

Arhitectura de bază: Cum este așezat sistemul cu ax dublu

Caracteristica structurală definitorie a unei mașini de strunjire și frezat cu două axuri este, după cum spune și numele, prezența a două arbori - de obicei un arbore principal și un arbore secundar (numit și contra-ax sau ax secundar). Înțelegerea modului în care aceste fusuri sunt poziționate și a modului în care interacționează cu celelalte axe ale mașinii este fundamentală pentru înțelegerea capacităților mașinii.

Axul principal

Axul principal este axa principală de sprijin și rotație a mașinii. În configurațiile pentru sarcini grele, axul principal este antrenat de un motor cu cuplu mare - adesea în intervalul de 30 până la 80 kW sau mai mare - capabil să mențină viteze de rotație stabile sub sarcini de tăiere agresive. Diametrul orificiului axului este de obicei suficient de mare pentru a găzdui alimentarea cu bare pentru componente de tip arbore, iar dimensiunea mandrinei la mașinile grele variază de obicei între 315 mm și 630 mm sau mai mare, în funcție de clasa mașinii.

Subfus

Sub-axul se confruntă cu axul principal de-a lungul axei Z și este proiectat să primească o piesă de prelucrat parțial prelucrată direct de la axul principal printr-un transfer automat - fără ca piesa să atingă un dispozitiv de încărcare sau mâini umane. Această capacitate de transfer este ceea ce permite mașinii să prelucreze ambele capete ale unei componente într-un singur ciclu continuu. Subaxul de pe mașinile grele este de obicei un arbore de putere maximă în sine, nu un înlocuitor ușor de repaus constant și poate efectua toate operațiunile de strunjire și frezare pe care le poate face axul principal.

Configurație turelă sau cap de frezare

Centrele de strunjire-frezare cu ax dublu de rezistență folosesc unul dintre cele două sisteme de livrare a sculelor: o turelă cu mai multe stații cu poziții de scule active (acționate) sau un cap de frezat dedicat pe axa B cu capacitate completă de interpolare pe 5 axe. Mașinile bazate pe turelă sunt mai comune și mai eficiente din punct de vedere al costurilor, oferind 12 până la 24 de poziții de scule cu scule active pe unele sau toate stațiile. Mașinile cu axa B adaugă un ax de frezat pivotant care poate orienta sculele în orice unghi, permițând caracteristici complexe de unghi compus și eliminând cea mai mare nevoie de setări secundare.

Capacitate pentru axa Y și cu mai multe axe

Un strung standard operează numai pe axele X și Z. Mașinile de strunjire și frezat cu două axuri grele adaugă o axă Y - mișcarea perpendiculară a sculei în raport cu linia centrală a arborelui - care este ceea ce permite frezarea decentrată, găurirea excentrică, tăierea canelurii și lucrările de suprafață conturate pe care un centru de strunjire convențional nu le poate realiza. Multe configurații moderne includ, de asemenea, o axa C (rotația controlată a arborelui) și axa B (înclinarea sculei), creând o capacitate completă de prelucrare simultană pe 5 axe într-o singură mașină.

Operații cheie de prelucrare poate efectua un centru de strunjire-frezare cu două axuri

Unul dintre cele mai convingătoare argumente pentru a investi într-o mașină de strunjit și frezat cu două axuri de mare capacitate este gama largă de operațiuni pe care o consolidează într-o singură platformă. Următoarele operații sunt toate realizabile fără a scoate piesa de prelucrat din mașină:

• strunjire OD și ID: Diametrul exterior și interior rotit pe toată lungimea piesei, inclusiv profilare, canelare, filetare și confruntare la ambele capete prin transfer cu ax.
• Frezare cu scule active: Frezarea suprafețelor plane, frezarea buzunarului și frezarea conturului folosind unelte antrenate în turelă în timp ce axul este indexat sau se rotește lent sub controlul axei C.
• Găurire axială și radială: Operații de foraj atât de-a lungul axei axului (axial) cât și perpendicular pe acesta (radial), inclusiv găuri transversale și găuri în unghi cu poziționare pe axa B.
• Tasare și filetare: Atât filetarea sincronă cu suporturi de filetare rigide, cât și frezarea filetului cu scule active, înlocuind necesitatea unui centru de filetare separat.
• Tăiere dințată: Selectați centre de frezat de strunjire grele cu axa Y și scule sub tensiune pot efectua operații de frezare sau frezare a angrenajului pentru roți dințate și caneluri.
• Alezarea găurilor adânci: Alezarea interioară a alezajelor de diametru mare cu toleranțe fine, o cerință comună în componentele cilindrilor hidraulici, corpurile supapelor și carcasele pompelor.
• Tăierea și transferul piesei: Despărțirea automată a componentelor alimentate cu bară, urmată de preluare sub-ax și prelucrare a doua operație într-un ciclu neîntrerupt.

Caracteristici structurale care definesc „greutate” în această clasă de mașini

Termenul pentru sarcini grele are implicații specifice de inginerie atunci când este aplicat mașinilor de strunjire și frezat cu două axuri. Aceste mașini diferă de centrele standard de strunjire-frezare în moduri structurale care afectează în mod direct capacitatea lor de a manipula piesele solicitante și de a menține precizia la forțe mari de tăiere.

Construcție de pat armat

Centrele de prelucrare cu două axuri de mare rezistență utilizează paturi de fontă Meehanite cu secțiuni groase sau suduri din oțel fabricate cu nervuri interne concepute pentru a maximiza rigiditatea la torsiune și la încovoiere. Geometria patului este de obicei înclinată pe mașinile cu strunjire dominantă - de obicei 45 sau 60 de grade - ceea ce îmbunătățește evacuarea așchiilor și poziționează zona de tăiere pentru un flux gravitațional mai bun de așchii departe de căile de ghidare. Sistemele de ghidare liniare în formă de cutie sau întărite și șlefuite pe cărucior asigură capacitatea portantă necesară pentru tăieri grele întrerupte fără deformarea ghidajului în timp.

Motoare cu ax cu cuplu mare

În cazul în care un centru de frezat standard poate avea un motor cu ax de 15-22 kW, configurațiile pentru sarcini grele încep de obicei de la 37 kW și se extind până la 75 kW sau mai mult pe platformele cele mai mari. La fel de importantă este curba cuplului - valorile maxime ale cuplului de 2.000 până la peste 10.000 Nm la viteze mici ale axului sunt obișnuite, permițând tăieri de degroșare agresive pe piese de prelucrat cu diametru mare din materiale dure precum Inconel, titan, oțel inoxidabil duplex și oțel de scule călit. Tehnologia axului încorporat (BIS), în care axul și arborele motorului sunt integrate direct, elimină pierderile de transmisie prin curele sau transmisii și reduce creșterea termică.

Sisteme de compensare termică

La nivelurile de precizie cerute de clienții din sectorul aerospațial, energetic și de inginerie de precizie, creșterea termică a structurii mașinii este un inamic critic al preciziei. Strungurile CNC cu două axuri de rezistență, cu capacitate de frezare, încorporează mai mulți senzori de temperatură în ansamblurile ax, pat și șurub cu bile, alimentând date la algoritmii de compensare termică ai controlului CNC. Acești algoritmi efectuează micro-corecții în timp real la pozițiile axelor pentru a compensa erorile dimensionale cauzate de expansiunea termică - menținând precizia pieselor pe perioade lungi de producție, fără intervenție constantă de măsurare manuală.

Managementul lichidului de răcire și al așchiilor

Piesele mari generează volume mari de așchii, iar operațiunile de frezare de mare viteză în aceeași carcasă ca strunjirea necesită livrare sofisticată a lichidului de răcire. Centrele de strunjire de strunjire grele dispun de obicei de lichid de răcire prin sculă de înaltă presiune (70 bar sau mai mare) pentru unelte de găurit și frezare, sisteme de inundare de lichid de răcire pentru strunjire și fie sisteme de transport de așchii, fie sisteme de melc de așchii pentru a îndepărta continuu deșeurile din zona de tăiere. Gestionarea corectă a așchiilor nu este doar o problemă de curățenie – acumularea de așchii în zona de tăiere duce la tăiere secundară, deteriorarea sculei și degradarea finisajului suprafeței.

Industrii și aplicații care generează cererea pentru aceste mașini

Mașinile de strunjire și frezat cu două axuri pentru sarcini grele nu sunt echipamente de uz general. Sunt investiții justificabile pentru anumite industrii și tipuri de componente în care combinația lor de capacitate, rigiditate și automatizare oferă rezultate pe care nicio abordare alternativă nu le poate egala la costuri și calitate echivalente.

Avantajele productivității față de setările de strunjire și frezare separate

Cazul de afaceri pentru o mașină de strunjit și frezat cu două axuri de mare capacitate se bazează pe o comparație cu alternativa: direcționarea aceleiași componente printr-un strung CNC dedicat și un centru de prelucrare separat în operațiuni secvențiale. Această abordare tradițională implică costuri și riscuri pe care platforma combinată le elimină.

Eliminarea erorilor de refixare

De fiecare dată când o componentă prelucrată este îndepărtată dintr-o mașină și re-mandificată pe alta, există potențialul de schimbare a originii, denaturare a reclamării și eroare de aliniere. Pentru componentele cu concentricitate strânsă, perpendicularitate sau toleranțe de poziție între caracteristicile strunjite și frezate, această eroare de refixare poate consuma o parte semnificativă din bugetul total de toleranță. Prin finalizarea tuturor operațiunilor într-o singură configurare sau cu un transfer de precizie de la ax la ax, centrul de strunjire-frezare cu două axuri elimină în totalitate aceste erori de interoperare.

Inventar redus de lucrări în curs

Într-o rutare tradițională cu mai multe mașini, componentele stau în coadă între operațiuni - uneori pentru ore sau zile într-un magazin aglomerat. Acest inventar de lucrări în curs de desfășurare (WIP) reprezintă capitalul legat, consumul de suprafață și timpii prelungiți. Un centru de strunjire-frezare cu două axuri procesează componente de la materia primă la starea finită într-un singur ciclu de mașină, reducând radical WIP și permițând un proces mult mai rapid de la stocul brut la componenta finită.

Costuri reduse cu forța de muncă și manipulare

Mișcarea pieselor între mașini necesită timp operator - descărcare, transport, curățare, remăsurare, remontare și configurarea următoarei operațiuni. În mediile de producție cu salarii mari, această muncă de manipulare poate reprezenta o parte substanțială din costul total al piesei. Automatizarea acestei secvențe într-o singură mașină elimină mai multe puncte de contact cu forța de muncă și permite unui operator să supravegheze întregul ciclu, mai degrabă decât să angajeze mai multe mașini pentru operațiuni secvențiale.

Prelucrare simultană pe ambele axe

Mașinile CNC avansate, cu două axuri, permit tăierea simultană atât pe arborele principal, cât și pe cel secundar în același timp - o caracteristică numită „tăiere la echilibru” sau „strunjire simultană pe 4 axe”. În timp ce axul principal efectuează o trecere de degroșare pe o nouă piesă de prelucrat, sub-axul poate finisa-întoarce simultan piesa transferată anterior. Această suprapunere a timpilor de ciclu înseamnă că timpul efectiv de ciclu pe piesă este dramatic mai scurt decât suma ambelor operațiuni individuale, producând îmbunătățiri ale productivității care pur și simplu nu pot fi obținute cu procesarea secvențială cu un singur ax.

Sisteme de control CNC pentru centre de strunjire-frezare cu ax dublu

Sistemul de control CNC este creierul unei mașini de strunjit și frezat cu două axuri, iar capacitățile sale determină direct ce poate face mașina, cât de ușor este de programat și cât de bine se integrează într-un mediu de producție conectat. Nu toate controalele sunt egale în această aplicație solicitantă.

Arhitectură CNC multicanal

Un centru de strunjire-frezare cu ax dublu necesită un control CNC multicanal - unul care poate gestiona două arbori independente, două sau mai multe suporturi de scule și mișcări simultane multiple ale axelor fără conflicte sau interferențe. Comenzile de la Siemens (SINUMERIK 840D sl/ONE), Fanuc (seria 30i/31i/32i), Mitsubishi (seria M800) și MAZATROL, proprietatea lui Mazak, acceptă toate operațiunile pe mai multe canale cu funcții de sincronizare care coordonează transferurile pieselor de la ax la ax, ciclurile de tăiere echilibrate și sincronizate automat.

Programare conversațională și compatibilă CAM

Programarea unui centru de prelucrare cu două axe de rezistență este mult mai complexă decât programarea unui strung CNC standard cu 2 axe. Comenzile moderne abordează acest lucru în două moduri: interfețe de programare conversațională (cum ar fi MAZATROL de la Mazak sau OSP de la Okuma) care ghidează operatorul prin programarea piesei caracteristică cu caracteristică fără a necesita experiență în codul G și post-procesoare software CAM (de la Mastercam, Hypermill, Siemens NX și altele) care generează coduri multi-canale specifice mașinii 3D. Pentru componentele aerospațiale sau energetice complexe, programarea offline CAM cu simularea completă a mașinii este abordarea standard pentru evitarea coliziunilor și optimizarea timpilor de ciclu înainte de tăierea primului cip.

Evitarea coliziunilor și simularea mașinii

Cu două axe, doi suporturi de scule și mai multe axe care se mișcă simultan într-o mașină restrânsă, riscul de coliziune este semnificativ mai mare decât la un strung simplu cu 2 axe. Comenzile CNC premium pentru centrele de strunjire și frezare cu două axuri includ simularea 3D a mașinii în timp real și detectarea coliziunilor care verifică traseele sculei față de toate componentele mașinii - inclusiv fălcile mandrinei, repausul stabil și axul opus - înainte de a executa fiecare mișcare. Această capacitate nu este o caracteristică de lux; este o garanție esențială care previne accidentele catastrofale care pot distruge sculele, piesele de prelucrat și rulmenții axului în milisecunde.

Specificații cheie de evaluat atunci când selectați o mașină

Alegerea mașinii de strunjit și frezat cu două axuri potrivite pentru sarcini grele necesită o evaluare sistematică a specificațiilor tehnice în raport cu cerințele reale ale piesei de prelucrat, material și volum. Următorii parametri sunt cei mai critici de evaluat.

• Diametrul maxim de balansare și dimensiunea mandrinei: Definește piesa de lucru cu diametrul cel mai mare pe care o poate găzdui mașina. Pentru mașinile grele, diametrele de balansare de la 500 mm la peste 1.000 mm sunt comune. Asigurați-vă că cursa fălcilor mandrina și capacitatea alezajului se potrivesc cu dimensiunile reale ale piesei de prelucrat, nu doar cu oscilația nominală.
• Lungimea maximă de strunjire: Cursarea axei Z între suprafața axului și contrapunctul determină cel mai lung arbore sau cilindru pe care îl poate roti mașina. În configurațiile grele, sunt disponibile lungimi de strunjire de la 1.500 mm până la 4.000 mm sau mai mult, în funcție de configurația patului.
• Puterea și cuplul principal și sub-ax: Specificați în kW și respectiv în Nm. Pentru prelucrarea materialelor dure, cuplul la turație scăzută este parametrul critic. Asigurați-vă că puterea nominală a sub-axului este adecvată pentru a doua operațiune pe care o va efectua - un sub-ax cu putere redusă devine un blocaj de producție.
• Puterea axului sculei sub tensiune și RPM maximă: Determină capacitatea de frezare a mașinii. Motoarele de scule active de 10–25 kW la viteze de până la 6.000–12.000 RPM acoperă majoritatea aplicațiilor de frezare; Lucrările de frezare mai solicitante pot necesita un ax de frezat dedicat pe axa B la turații mai mari.
• Cursarea axei Y: Amploarea capacității de frezare decentrată. O cursă a axei Y de ± 50 mm până la ± 100 mm acoperă majoritatea aplicațiilor de găurire și frezare excentrice; sunt necesare valori mai mari pentru frezarea cu suprafețe late sau caracteristici departe de linia centrală.
• Numărul de stații de scule și poziții de scule active: Mai multe stații reduc numărul de schimbări de scule necesare la mijlocul ciclului și permit o varietate mai mare de scule într-un singur program. Turelele de freza de strunjire cu 24 de stații, toate sub tensiune, oferă flexibilitate maximă pentru componente complexe.
• Greutatea maximă a piesei de prelucrat: Capacitatea de încărcare a axului, mandrinei și a sistemului de sprijin stabil determină cea mai grea piesă de lucru pe care mașina o poate ține și roti în siguranță. Acesta este un parametru critic pentru flanșe mari, corpuri de supape sau componente din țagle.

Integrare cu sisteme de automatizare și industria 4.0

O mașină de strunjit și frezat cu două axuri de mare capacitate reprezintă o investiție de capital majoră, iar maximizarea utilizării acesteia - în mod ideal, împingând către stingerea luminii sau o funcționare aproape nesupravegheată - necesită integrarea cu sistemele de automatizare și infrastructura digitală de producție.

Alimentarea automată a barelor și încărcarea pieselor

Alimentatoarele de bare integrate cu axul principal permit prelucrarea continuă a stocului de bare fără intervenția operatorului pentru încărcarea materiei prime. Pentru lucrări de forjare cu țagle sau mari, încărcătoarele cu portal, sistemele cu brațe robotizate sau automatizarea încărcării pe paleți pot fi configurate pentru a prezenta piesele de prelucrat la mandrina axului principal, permițând o funcționare nesupravegheată prelungită. Capacitatea arborelui secundar de a primi și ejecta automat piesele finite închide bucla de automatizare fără descărcare manuală.

Măsurare în proces și control adaptiv

Integrarea sistemelor de măsurare cu palpatură în ciclul mașinii permite CNC să măsoare dimensiunile critice după trecerile de degroșare sau semifinisare și să ajusteze automat decalajele ulterioare a sculei pentru a compensa uzura sculei, creșterea termică sau variația materialului. Această capacitate de control adaptiv este deosebit de valoroasă în producția pe termen lung a componentelor cu toleranță strânsă, unde calibrarea manuală între operații ar consuma mult timp.

Conectivitate de date și monitorizare OEE

Centrele moderne de prelucrare cu două axuri de mare capacitate acceptă MTConnect, OPC-UA sau protocoalele brevetate IoT care permit transmiterea în flux a datelor de performanță a mașinii — sarcinile axului, timpii de ciclu, istoricul alarmelor, consumul de viață al sculei și diagnosticarea axelor — către sistemele de execuție a producției (MES) sau platformele de monitorizare bazate pe cloud. Această conectivitate de date este fundamentul monitorizării eficienței globale a echipamentelor (OEE), al programării predictive de întreținere și al programelor de îmbunătățire continuă care extrag valoare maximă din capitalul investit în mașină.

Producători de frunte în segmentul de freza de strunjire cu două axuri pentru sarcini grele

Mai mulți producători de mașini-unelte și-au stabilit o reputație puternică în special în categoria de strunjire și frezare cu două axuri pentru sarcini grele. Fiecare aduce o filozofie inginerească, o preferință de control și o putere de aplicare diferită.

• Mazak (Japonia): Seria INTEGREX de la Mazak este una dintre cele mai recunoscute familii de centre de strunjire multitasking la nivel global. Modelele INTEGREX rezistente cu axe duble și capete de frezat pe axa B sunt repere pentru prelucrarea în sectorul aerospațial și energetic, susținute de sistemul de control conversațional MAZATROL de la Mazak.
• DMG MORI (Germania/Japonia): Seria CTX și NTX de centre de strunjire cu două axuri de la DMG MORI acoperă o gamă largă de aplicații de frezat de strunjire grele, cu opțiuni de control Siemens sau Fanuc și integrare strânsă cu ecosistemul de producție digitală CELOS de la DMG MORI.
• Okuma (Japonia): Seria MULTUS și LU de la Okuma oferă configurații cu ax dublu cu controlul OSP proprietar și opțiunile de integrare a robotului ARMROID și STANDROID pentru încărcare automată. Okuma este remarcat în special pentru stabilitatea termică prin designul mașinii Thermo-Friendly Concept.
• Nakamura-Tome (Japonia): Specialist în centre complexe de strunjire multi-tasking, seriile AS și NTY de la Nakamura-Tome sunt utilizate pe scară largă în inginerie auto și de precizie pentru componente cu amestec ridicat, de mare complexitate a arborelui și a flanșei care necesită atât operațiuni de strunjire, cât și de frezare.
• Doosan (Coreea de Sud): Seria Puma MX și LYNX de la Doosan oferă configurații competitive de strunjire cu două axuri și freze la prețuri care le fac atractive pentru atelierele de lucru și producătorii contractuali care intră pentru prima dată în segmentul de prelucrare multi-tasking.
• WFL Millturn Technologies (Austria): WFL este specializată exclusiv în mașini de strunjire și frezat combinate de mare capacitate — seria lor MILLTURN se adresează celor mai mari anvelope de piese de prelucrat de pe piață, inclusiv arbori cotiți, arbori de elice și componente structurale mari aerospațiale care măsoară câțiva metri lungime.