Ce este un centru de prelucrare cu ax dublu și este potrivit pentru magazinul dvs.?

Ce este un centru de prelucrare cu ax dublu?

Un centru de prelucrare cu ax dublu este o mașină-uneltă CNC echipată cu două axe independente - fiecare capabil să țină și să rotească o unealtă de tăiere - montată pe o singură platformă a mașinii. Spre deosebire de un centru de prelucrare standard cu un singur ax, în care un ax efectuează toate operațiunile de tăiere secvenţial, un centru de prelucrare cu două axuri permite prelucrarea a două piese simultan sau permite prelucrarea unei singure piese din două părți sau cu două unelte diferite în același timp, în funcție de configurația mașinii.

Conceptul este simplu: dacă un ax produce o piesă pe ciclu, două axuri care funcționează în paralel pot produce două părți în același timp - dublând efectiv debitul fără a dubla proporțional spațiul de podea, operatorii sau amprenta mașinii. În practică, creșterea efectivă a productivității depinde de geometria piesei, de gradul în care ambele axe pot rula simultan și de cât de bine este integrată mașina în celula de producție. Dar în aplicațiile de volum mare cu familii de piese adecvate, centrele de prelucrare CNC cu ax dublu sunt unul dintre cele mai puternice instrumente disponibile pentru reducerea timpului de ciclu și a costului pe piesă.

Mașinile cu ax dublu sunt disponibile în mai multe configurații - orientări verticale și orizontale, aranjamente fixe și mobile ale arborelui independent și cu diferite niveluri de sincronizare a axelor între cele două axe. Fiecare configurație este potrivită pentru diferite tipuri de piese și scenarii de producție, motiv pentru care înțelegerea în profunzime a opțiunilor este esențială înainte de a lua o decizie de cumpărare.

Cum funcționează un centru de prelucrare cu două axe

La nivelul mașinii, a centru de prelucrare cu ax dublu funcționează pe aceleași principii fundamentale CNC ca orice centru de prelucrare standard - axe liniare servo-acționate, un schimbător de scule, un sistem de răcire și un controler CNC - dar cu complexitatea suplimentară de a gestiona simultan două arbori și prinderea, sculele și traseele de mișcare asociate acestora. Controlerul CNC trebuie să coordoneze mișcările ambelor capete de arbore în raport cu piesele lor respective și să se asigure că cele două operațiuni de prelucrare nu interferează una cu cealaltă fizic sau dinamic.

Funcționare sincronizată vs. independentă a axului

În modul sincronizat, ambele axe execută trasee identice pentru scule pe piese identice în același timp - un program NC controlează ambele axe ca imagine în oglindă sau copie directă. Acesta este cel mai comun mod de operare pentru producția de volum mare de piese identice, cum ar fi componentele auto, corpurile de supape hidraulice sau carcasele pompelor. Durata ciclului pe piesă este în esență aceeași cu o mașină cu un singur ax, dar producția se dublează deoarece două părți sunt finalizate pe ciclu.

În modul independent, fiecare ax are propriul drum al sculei și poate efectua operații complet diferite simultan. Acest lucru este util atunci când se prelucrează o piesă care necesită setări diferite - de exemplu, axul 1 efectuează frezarea degroșată, în timp ce axul 2 efectuează alezarea de finisare a piesei de prelucrat degroșate anterior - permițând efectiv mașinii să funcționeze ca două mașini într-o singură carcasă. Funcționarea independentă necesită un controler capabil să ruleze simultan două programe NC complet separate, o caracteristică disponibilă pe sistemele CNC moderne de ultimă generație, cum ar fi controlerele multicanal Fanuc, Siemens și Mitsubishi.

Aranjamentele capului fusului

Dispunerea fizică a celor două arbori variază semnificativ între modelele de mașină. În configurațiile cu ax dublu cu pas fix, ambele arbore sunt montate la o distanță fixă ​​unul de celălalt pe aceeași turnare a capului de arbore, împărțind toate mișcările axei. Acesta este cel mai simplu și mai rigid design, ideal pentru familiile de piese cu o distanță constantă a caracteristicilor. Design-urile cu pas variabil permit reglarea distanței dintre cele două arbori - fie manual, fie sub control CNC - pentru a se adapta la diferite distanțe ale pieselor și dispoziții de fixare. Unele centre de prelucrare CNC cu două axuri avansate montează fiecare ax pe axe complet independente, oferind fiecărui ax propria sa cursă X, Y și Z și permițând operații complet diferite pe piesele poziționate oriunde în interiorul lor de lucru.

Centre de prelucrare cu două axuri verticale vs. orizontale

Așa cum centrele de prelucrare cu un singur ax sunt disponibile în configurații verticale (VMC) și orizontale (HMC), mașinile cu două axuri sunt disponibile în ambele orientări - iar alegerea dintre ele are aceleași implicații ca și pentru mașinile cu un singur ax, amplificate de complexitatea adăugată a două axuri.

Centre de prelucrare verticale cu ax dublu

Într-un centru de prelucrare vertical cu două arbori, ambele arbore sunt îndreptate în jos, iar piesele de prelucrat sunt fixate pe o masă orizontală de mai jos. Această configurație este intuitivă pentru operatorii familiarizați cu VMC convenționale și este potrivită pentru piesele plate sau prismatice care au nevoie doar de prelucrare din partea superioară. Cele două fusuri sunt de obicei aranjate unul lângă altul de-a lungul axei X, iar aranjamentul cu pas fix este cel mai frecvent. Evacuarea așchiilor este mai puțin favorabilă decât în ​​configurațiile orizontale, deoarece așchii cad pe piesa de prelucrat și dispozitivul de fixare, necesitând mai multă atenție la direcția lichidului de răcire și la proiectarea dispozitivului de fixare pentru a preveni împachetarea așchiilor în zonele critice.

Centre de prelucrare orizontale cu ax dublu

Un centru de prelucrare orizontal cu două arbori poziționează ambele arbore pe orizontală, îndreptând spre piesele de prelucrat montate pe fețele verticale ale paleților. Orientarea orizontală are un avantaj natural de cădere a așchiilor - gravitația trage așchii departe de zona de tăiere și în jos în transportorul de așchii - ceea ce este deosebit de important în producția de volum mare, unde timpii de ciclu sunt scurti și gestionarea așchiilor afectează direct calitatea suprafeței și durata de viață a sculei. Mașinile orizontale cu ax dublu sunt configurația dominantă în prelucrarea motorului auto, unde blocurile motoare, chiulasele, carcasele transmisiei și componentele similare sunt produse în volume extrem de mari, cu toleranțe strânse.

Câștiguri reale de productivitate: ceea ce obțineți de fapt

Dublarea teoretică a producției de la un centru de prelucrare cu două axe sună convingătoare, dar câștigurile de productivitate din lumea reală depind în mare măsură de modul în care este aplicată, programată și integrată mașina. Iată o defalcare sinceră a de unde provin câștigurile și unde sunt limitările.

Timp de ciclu și debit

Atunci când ambele axe rulează complet sincronizate pe piese identice, timpul de tăiere productiv este identic cu cel al unei mașini cu un singur ax. Câștigul este doar în debit - două părți sunt finalizate pe ciclu, mai degrabă decât una, astfel încât numărul de piese produse pe schimb se dublează, în timp ce timpul de funcționare al mașinii rămâne același. Pentru o piesă cu un timp de ciclu de 4 minute, o mașină cu un singur ax produce 15 piese pe oră. Același ciclu pe o mașină cu două axuri produce 30 de piese pe oră din același spațiu pe podea și cu aceeași atenție a operatorului.

Reducerea timpului neproductiv

Dincolo de timpul ciclului brut, centrele de prelucrare cu două axuri reduc proporția timpului neproductiv - instalare, încărcare, descărcare, sondare - în raport cu numărul de piese produse. Încărcarea a două piese într-un dispozitiv dublu durează doar puțin mai mult decât încărcarea uneia, astfel încât timpul de încărcare per piesă este de aproximativ jumătate. Schimbările de scule, ciclurile de palpare și schimbările de paleți sunt amortizate în mod similar în două părți în loc de una, îmbunătățind semnificativ eficiența generală a echipamentului (OEE) în medii cu amestec mare, volum mediu spre mare.

Acolo unde câștigurile sunt limitate

Nu toate operațiunile beneficiază în mod egal. Dacă un ax își termină funcționarea mult mai repede decât celălalt - din cauza adâncimii de tăiere diferite, a complexității caracteristicilor sau a lungimii traseului sculei - axul mai rapid rămâne inactiv și așteaptă ca celălalt să se termine înainte ca ciclul să se încheie și piesele să poată fi descărcate. Această problemă de „ciclu dezechilibrat” reduce câștigul efectiv al debitului sub 2x teoretic. Obținerea ciclurilor echilibrate necesită o planificare atentă a procesului, uneori redistribuirea caracteristicilor între cele două axe sau ajustarea parametrilor de tăiere pentru a egaliza timpii ciclului. Pentru piesele cu distribuții de caracteristici foarte asimetrice, beneficiul prelucrării cu două axuri poate fi limitat, cu excepția cazului în care mașina acceptă funcționarea complet independentă.

Industrii și aplicații în care mașinile cu ax dublu excelează

Centrele de prelucrare cu ax dublu nu sunt o soluție universală - oferă cea mai mare valoare în scenarii specifice de producție. Iată industriile și tipurile de piese în care acestea demonstrează în mod constant o rentabilitate puternică a investiției:

• Componente ale sistemului de propulsie auto: Blocurile motor, chiulasele, capacele lagărelor arborelui cotit, bielele, carcasele transmisiei și carcasele diferențialelor sunt toate piese de volum mare, consistente din punct de vedere geometric, care sunt ideale pentru procesarea sincronizată cu dublu ax. Principalii furnizori de nivel 1 și liniile de prelucrare OEM se bazează în mare măsură pe centrele de prelucrare orizontale cu două axuri pentru aceste componente.
• Hidraulica si pneumatica: Corpurile de supape, blocurile colectoare, capacele cilindrului și carcasele pompelor sunt de obicei piese prismatice prelucrate în volume medii spre mari, cu geometrii consistente - o potrivire perfectă pentru VMC cu două axuri cu automatizare pentru paleți.
• Componentele dispozitivului medical: Componentele implantului ortopedic, corpurile instrumentelor chirurgicale și carcasele dispozitivelor implantabile sunt adesea piese mici, de precizie, produse în volume moderate din titan sau oțel inoxidabil. Prelucrarea cu ax dublu reduce semnificativ costul pe piesă în aceste aplicații de mare valoare, sensibile la costuri.
• Componente structurale aerospațiale: Suporturile, fitingurile, nervurile și componentele de fixare produse din aluminiu sau titan beneficiază de prelucrarea cu două axuri atunci când volumele anuale sunt suficiente pentru a justifica fixarea dedicată ambelor axe.
• Carcase pentru electronice de larg consum: Carcasele din aluminiu, radiatoarele și cadrele structurale pentru produse electronice sunt produse în volume foarte mari, cu geometrie consecventă, ceea ce le face potrivite pentru VMC-uri cu două axuri integrate în liniile de producție automate.
• Prelucrare generală prin contract: Atelierele care produc comenzi recurente ale aceleiași familii de piese beneficiază de mașini cu ax dublu atunci când un grup de piese de bază poate fi rulat suficient de consecvent pentru a justifica investiția în dispozitive necesare pentru producția în două.

Specificații cheie de comparat la evaluarea centrelor de prelucrare cu ax dublu

Când se compară centrele de prelucrare CNC cu două axuri de la diferiți producători, un set standard de specificații definește performanța, capacitatea și adecvarea pentru aplicația dvs. Iată ce înseamnă fiecare specificație în termeni practici:

Considerații privind sculele și fixarea pentru prelucrarea cu două axe

Cerințele de scule și fixare pentru un centru de prelucrare cu ax dublu sunt mai implicate decât pentru o mașină cu un singur ax, iar subestimarea acestei investiții este o greșeală comună care întârzie amortizarea mașinii în sine.

Seturi de scule potrivite

Când rulează în modul sincronizat, ambele axe execută aceleași trasee de scule folosind aceleași unelte. Pentru coerența dimensională între cele două părți, sculele de tăiere din fiecare ax trebuie să fie potrivite - aceleași calități de inserție, aceeași geometrie a sculei, aceeași toleranță la deformare și, în mod ideal, aceeași etapă de viață a sculei. O unealtă uzată în axul 1 și o unealtă proaspătă în axul 2 vor produce piese cu finisaje de suprafață și rezultate dimensionale diferite. Gestionarea disciplinată a sculelor, inclusiv înlocuirea sculelor asociate și utilizarea consecventă a presetterului, este esențială pentru menținerea calității pieselor în producția cu două axuri.

Corpuri duble și design de paleți

Executarea simultană a două părți necesită două seturi de suport - fie două dispozitive independente pe un singur palet, fie doi paleți separati încărcați într-un sistem de schimbător de paleți. Designul dispozitivului de fixare trebuie să găsească cu precizie fiecare piesă de prelucrat la distanța corectă pentru a se potrivi cu pasul arborelui, să țină piesele rigid împotriva forțelor de tăiere de la ambele arbore simultan și să permită încărcarea și descărcarea ușoară și repetabilă. Sistemele de fixare modulare de la furnizori precum Schunk, Lang, Vischer & Bolli sau Jergens sunt utilizate în mod obișnuit, deoarece permit adaptarea rapidă la diferite familii de piese, fără a construi corpuri de fixare dedicate de la zero pentru fiecare lucrare.

Reviste de instrumente partajate vs. independente

Unele centre de prelucrare cu ax dublu împart o singură magazie de scule între ambele axe, schimbătorul de scule fiind responsabil pentru direcționarea sculelor către axul corect. Acest lucru simplifică hardware-ul magaziei, dar poate crea blocaje în timpul schimbării sculei dacă ambele axe trebuie să schimbe sculele simultan. Mașinile cu magazii independente – câte unul pentru fiecare ax – elimină această constrângere și permit schimbări complet asincrone a sculei, ceea ce este deosebit de important în modul de funcționare independent, unde cele două axe pot fi în puncte diferite în programele lor respective.

Analiza costurilor: Merită investiția un centru de prelucrare cu ax dublu?

Un centru de prelucrare CNC cu ax dublu costă de obicei cu 30-70% mai mult decât o mașină comparabilă cu un singur ax, în funcție de configurație, independența axului și integrarea automatizării. Justificarea acestei prime trebuie să se bazeze pe o analiză realistă a cerințelor dumneavoastră de producție, nu doar pe multiplicatorul teoretic al debitului.

• Pragul de volum: Investiția în dispozitive de fixare, timpul de programare și ingineria proceselor necesare pentru a rula piesele în două rânduri se plătesc doar peste un anumit volum anual. Ca o orientare generală, piesele care rulează mai puțin de 500-1.000 de bucăți pe an ar putea să nu genereze suficiente economii pentru a justifica complexitatea suplimentară. Piesele de mare volum care rulează zeci de mii de piese pe an sunt candidați puternici.
• Economie de spațiu: O mașină cu un singur ax, care produce 30 de părți pe oră, ocupă mult mai puțin spațiu decât două mașini cu un singur ax care produc aceeași putere. În instalațiile în care spațiul de pardoseală este o constrângere, doar acest lucru poate justifica investiția.
• Reducerea forței de muncă: Un operator poate gestiona o mașină cu două axuri în loc să supravegheze două mașini separate, reducând direct costul forței de muncă pe piesă și eliberând operatorii pentru activități cu valoare adăugată.
• Eficienta energetica: Funcționarea unei mașini cu ax dublu consumă mai puțină energie totală decât două mașini cu un singur ax la o putere echivalentă, deoarece pornirea axului, pompele de răcire, transportoarele de așchii și sistemele de control sunt comune.
• Perioada de rambursare: Pentru aplicațiile bine adaptate, perioadele de amortizare de 18-36 de luni sunt realiste atunci când mașina rulează două sau trei schimburi pe zi. Potrivirea slabă a mașinii parțiale, utilizarea scăzută sau schimbările frecvente de locuri de muncă pot împinge rambursarea cu mult peste cinci ani.

Producători de top de centre de prelucrare cu ax dublu

Mai mulți constructori de mașini-unelte și-au stabilit o reputație puternică pe piața centrelor de prelucrare cu ax dublu, fiecare având puncte forte distincte în ceea ce privește opțiunile de configurare, nivelurile de precizie și industriile țintă. Atunci când evaluați furnizorii, luați în considerare nu numai specificațiile mașinii, ci și disponibilitatea suportului de inginerie a aplicațiilor, a pieselor de schimb și a serviciilor locale.

• Grupul Chiron (Germania): Este specializată în centre de prelucrare verticale cu două axuri de mare viteză, cu configurații cu pas fix și variabil, utilizate pe scară largă în aplicații auto și medicale. Cunoscut pentru timpii foarte rapidi de schimbare a sculelor și precizia ridicată.
• Mazak (Japonia/SUA): Oferă configurații cu ax dublu în seria VARIAXIS și HCN, cu o capacitate puternică CNC multicanal și opțiuni de automatizare a paleților pentru sistemele de producție flexibile.
• Makino (Japonia): Centrele de prelucrare orizontale din seria a cu opțiuni cu ax dublu sunt mașini de referință pentru prelucrarea grupului de propulsie auto, cunoscute pentru rigiditate, stabilitate termică și precizie.
• Grob Systems (Germania/SUA): Produce centre de prelucrare cu două axe cu 4 și 5 axe de înaltă specialitate pentru componente aerospațiale structurale și de tren motoare, cu integrare profundă în sistemele automate de linii de transfer.
• Brother Industries (Japonia): Centrele de filetare cu două axuri din seria Speedio și VMC-urile compacte sunt populare pentru prelucrarea de mare viteză, a pieselor mici în electronică și fabricarea de componente de precizie.
• Doosan (Coreea de Sud): Oferă centre de prelucrare orizontale cu două axuri din seriile DNM și DCM, oferind o opțiune competitivă din punct de vedere al costurilor pentru aplicații de automobile de volum mediu și industriale generale.