Фрезерование на станках с ЧПУ против токарной обработки на станках с ЧПУ против многозадачной обработки на токарно-фрезерных станках: выбор правильного процесса.

На контрольном стенде перед современным станком с ЧПУ в Шэньчжэне, Китай, представлены высокоточные фрезерованные, токарные и токарно-фрезерные многофункциональные металлические компоненты для аэрокосмической отрасли.

Какой процесс ЧПУ подходит для вашей детали?

Выбор междуФрезерование на станках с ЧПУ,Токарная обработка на станках с ЧПУ, иМногозадачность на токарно-фрезерном станкеЭто определяется геометрией вашей детали, вращательной симметрией, требованиями к допускам и объемом производства:

1.Фрезерование на станках с ЧПУ (заготовка неподвижна, инструмент вращается):Лучше всего подходит дляпризматические, блочные, несимметричные по оси части(электронные корпуса, гидравлические коллекторы, кронштейны, формовочные плиты). 3-осевое и 5-осевое фрезерование позволяет обрабатывать сложные трехмерные контуры поверхностей, глубокие пазы и плоские поверхности с допусками до ±0,010 мм (±0,0004 дюйма). Однако фрезерование цилиндрических цапф медленнее и обеспечивает худшую округлость по сравнению с токарным делом.

2.Токарная обработка на станках с ЧПУ (заготовка вращается, инструмент неподвижен):Лучше всего подходит дляцилиндрические, вращающиеся, осесимметричные детали(прецизионные валы, штифты, втулки, крепежные элементы, фитинги). Благодаря тому, что одноточечный режущий инструмент непрерывно срезает металл, в то время как заготовка вращается со скоростью до 6000 об/мин, токарная обработка обеспечивает непревзойденную округлость (≤0,003 мм / 0,0001 дюйма), превосходную концентричность и высокое качество поверхности (Ra от 0,4 мкм до 0,8 мкм) при минимальной почасовой стоимости станка.

3.Многозадачность на токарно-фрезерном станке (заготовка и инструмент вращаются на нескольких шпинделях):Лучше всего подходит длясложные гибридные компонентыДля изготовления деталей, требующих как вращательного точения, так и фрезерования под углом (например, катушки для жидкостей в аэрокосмической отрасли, костные винты, эксцентриковые распределительные валы, корпуса роботизированных суставов), используется комбинация высокомоментного токарного шпинделя (ось C), приводных револьверных головок с вращающимся инструментом, шарнирной фрезерной головки по оси B и синхронизированного вспомогательного шпинделя. Токарно-фрезерные станки позволяют изготовить всю деталь за одну установку."Все в одном"Производственная парадигма. Это полностью исключает ручную переустановку деталей, предотвращает ошибки, связанные с наложением базовых элементов (концентричность сохраняется в пределах ±0,005 мм / ±0,0002 дюйма) и сокращает общий производственный цикл на 40–70%.

В компании HONSCN Precision в Шэньчжэне, Китай, наш более чем 20-летний опыт производства показывает, чтоОбработка гибридной детали на отдельных токарных и фрезерных станках увеличивает общую себестоимость единицы продукции на 35–50% и втрое повышает риск брака.по сравнению с обработкой на современном многофункциональном токарно-фрезерном станке.

Основы кинематики: как три парадигмы резки металла

Для выбора наиболее экономически эффективного способа производства инженеры-конструкторы должны понимать фундаментальные физические и кинематические различия между тремя конфигурациями станков:

1. Фрезерование на станках с ЧПУ (прерывистая многозубчатая резка)

При фрезеровании на станках с ЧПУ заготовка надежно зажимается в механических тисках, вакуумном зажиме или зажиме на рабочем столе станка. Заготовка остается неподвижной относительно своей координатной системы, в то время как цилиндрический режущий инструмент (концевая фреза, торцевая фреза, шаровая фреза) вращается с высокой скоростью (от 6000 до 24000 об/мин) вдоль оси шпинделя (ось Z).

• Механика резки:Измельчение — этопрерванный процесс резкиКаждый зуб вращающегося резца ударяет по металлу, образует стружку различной толщины и выходит из зоны резания. Это создает циклические силы резания и гармоническую вибрацию инструмента, что требует использования тяжелых литых деталей для поглощения вибраций.
• Кинематические оси:Стандартные вертикальные обрабатывающие центры (ВОМ) работают по 3 линейным осям (X, Y, Z). 4-осевые и 5-осевые фрезерные станки дополнительно оснащены вращающимися осями (A, B или C), что позволяет одновременно выполнять пятистороннюю обработку и сложную 3D-аэродинамическую обработку.
• Основные преимущества:Плоские поверхности, глубокие пазы, трехмерные контуры произвольной формы, сквозные отверстия и прецизионное фрезерование резьбы.

Высокоскоростная твердосплавная торцевая фреза активно обрабатывает прецизионный призматический блок гидравлического клапана из алюминия 6061-T6 на вертикальном обрабатывающем центре с ЧПУ.

2. Токарная обработка на станках с ЧПУ (непрерывная одноточечная резка)

При токарной обработке на станках с ЧПУ кинематическая зависимость инвертируется: цилиндрический пруток или предварительно вырезанная заготовка зажимается в высокоточном пневматическом или гидравлическом патроне (или цанге) и вращается с высокой скоростью вокруг основной оси шпинделя станка (ось Z). Неподвижная одноточечная твердосплавная пластина подается в вращающуюся заготовку вдоль оси X (контрольный диаметр) и оси Z (контрольная длина).

• Механика резки:Поворот — этонепрерывный процесс резкиПосле того, как режущий инструмент зацепится за заготовку, силы резания остаются постоянными и стабильными до тех пор, пока инструмент не отступит. Это непрерывное сдвиговое воздействие обеспечивает превосходное качество поверхности (Ra 0,4 мкм / 16 мкм) и позволяет достигать исключительно высоких скоростей съема материала (MRR) на наружных диаметрах (OD) и внутренних отверстиях (ID).
• Кинематические оси:Стандартный 2-осевой токарный станок с ЧПУ работает по осям X (радиальная) и Z (осевая). В станках швейцарского типа дополнительно используются подвижная передняя бабка и направляющая втулка, обеспечивающие исключительную жесткость для длинных и тонких деталей (отношение длины к диаметру L/D > 20:1).
• Основные преимущества:Внешняя токарная обработка, прецизионная расточка, нарезание канавок, отрезка, одноточечная нарезка резьбы и торцевая обработка цилиндрических профилей.

Ступенчатый вращающийся вал из предварительно закаленной стали 4140, зажатый в трехкулачковом патроне с моторизованным радиальным приводным инструментом, используется для нарезания шпоночного паза и поперечного отверстия.

3. Многозадачная токарно-фрезерная обработка (синхронизированная многоосевая гибридная обработка)

Многофункциональные токарно-фрезерные центры (такие как DMG MORI NTX, Mazak Integrex и Okuma MULTUS) объединяют в одном станке все возможности токарной и 5-осевой фрезеровки.

• Кинематическая механика:Главный токарный шпиндель оснащен системой полного контурного вращения по оси C (с точностью до 0,0001°). В верхней инструментальной револьверной головке или шарнирной фрезерной головке по оси B размещен моторизованный фрезерный шпиндель (от 12 000 до 20 000 об/мин), способный поворачиваться на ±120° (по оси B) и перемещаться по осям X, Y и Z.
• Синхронизация двух шпинделей:Современные многофункциональные обрабатывающие центры оснащены противоположным вспомогательным шпинделем (вторым шпинделем). После завершения обработки лицевой стороны детали вспомогательный шпиндель выдвигается, зажимает обработанный диаметр и синхронизирует скорость вращения с главным шпинделем. Деталь отрезается, и вспомогательный шпиндель отводится, позволяя одновременно фрезеровать и точить элементы обратной стороны, в то время как главный шпиндель начинает обработку следующей детали.
• Основные преимущества:Полная обработка сложных геометрических форм с несимметричными поперечными отверстиями, угловыми портами, фрезерованными плоскими поверхностями, эксцентриковыми выступами и винтовыми шлицами за один цикл зажима.

Сравнение кинематических и технических характеристик

Пригодность геометрии детали: что подходит для какого станка?

Неправильный выбор архитектуры станка приводит к завышенному времени цикла, дорогостоящим нестандартным приспособлениям и снижению точности геометрических допусков.

1. Чисто призматические детали -> Фрезерование на станке с ЧПУ

Если основная геометрия компонента ограничена прямоугольными плоскостями, углублениями и монтажными фланцами, при этом цилиндрические элементы составляют менее 20%, то его следует обрабатывать на станке с ЧПУ.

• Типичные детали:Корпуса с электронными радиаторами, поворотные кулаки автомобильной подвески, корпуса оптических датчиков, пневматические коллекторные блоки, опорные плиты для роботов.
• Почему мукомольное производство выигрывает:Высокопрочные вертикальные и горизонтальные фрезерные центры позволяют обрабатывать крупные заготовки, использовать многокомпонентные зажимные устройства и осуществлять интенсивное удаление материала с помощью торцевых фрез большого диаметра и высокоскоростных резцов.

2. Детали, имеющие чисто вращательную осевую симметрию -> Токарная обработка на станках с ЧПУ

Если поперечное сечение детали круглое и может быть полностью сформировано путем вращения детали относительно неподвижных инструментов, то обработка на фрезерном станке с ЧПУ обойдется в огромную экономическую катастрофу.

• Типичные детали:Валы шаговых двигателей, центрирующие штифты, втулки, резьбовые стойки, штоки гидравлических поршней, фланцевые муфты.
• Почему Turning выигрывает:Цилиндрический вал, на обработку которого методом круговой интерполяции на 3-осевом фрезерном станке уходит 25 минут, может быть подвергнут черновой и чистовой токарной обработке на токарном станке с ЧПУ.90 секундпри этом обеспечивая в 5 раз более высокую концентричность и превосходное качество поверхности.

3. Сложные гибридные детали -> Многозадачность при токарно-фрезерной обработке

В тех случаях, когда цилиндрическая деталь требует выполнения нецилиндрических вторичных операций (таких как поперечное сверление отверстий, фрезеровка шестигранных граней, шпоночные пазы, эксцентриковые кулачки или угловые клапанные каналы), традиционный подход требует использования двух отдельных станков:

• Операция 10:Изготовление цилиндрических профилей и нарезание резьбы на токарном станке с ЧПУ.
• Операция 20:Освободите, переместите и снова закрепите деталь в специально изготовленном цанговом блоке на фрезерном станке с ЧПУ для вырезания плоских поверхностей и поперечных отверстий.

Такой двухстаночный рабочий процесс приводит к множению производственных отходов и дефектов качества.Многозадачность при токарно-фрезерном станке объединяет обе операции в единый непрерывный цикл.

Матрица геометрии детали и характеристик станка

Высокопроизводительный многофункциональный токарно-фрезерный центр с фрезерной головкой по оси B и двумя синхронизированными шпинделями для обработки сложных гидравлических муфт в аэрокосмической отрасли.

Реальная экономика затрат: подготовка, сроки выполнения и "готовое решение за один раз"

При оценке предложений от производителей неопытные покупатели часто сравнивают почасовые ставки на изготовление шпинделей в механических цехах:

• Стандартный 3-осевой фрезерный станок: примерно от 35 до 50 долларов в час.
• Стандартный двухкоординатный токарный станок: примерно от 30 до 45 долларов в час.
• Современный многофункциональный токарно-фрезерный центр: от 75 до 110 долларов в час.

На первый взгляд, покупатель может прийти к выводу: «Токорокофрезерный центр обходится вдвое дороже в час. Должно быть, дешевле обработать деталь на обычном токарном станке, а затем перенести её на 3-осевой фрезерный станок».

В реальных условиях высокоточного производства,Эта логика совершенно неверна.Почасовая ставка оплаты за шпиндель составляет лишь небольшую часть общих производственных затрат. Реальными факторами, определяющими себестоимость, являются:Затраты на наладку оборудования, амортизация оснастки, время ожидания в очереди незавершенного производства и процент брака, вызванный ошибками при повторной фиксации базовых элементов..

Скрытые издержки многократных настроек

1.Затраты на отдельное оборудование (от 300 до 1200 долларов):Для перемещения частично обработанной детали на фрезерный станок требуются изготовленные на заказ мягкие зажимные губки или цанговые индексирующие блоки, которые удерживают цилиндрический корпус, не деформируя и не царапая обработанные поверхности.

2.Сумма допусков переноса базовой точки:Каждый раз, когда оператор разжимает деталь и снова зажимает её на другом станке, соосность и перпендикулярность между точеной осью и фрезерованными отверстиями ухудшаются наот 0,020 мм до 0,050 мм (от 0,0008" до 0,0020").

3.Время ожидания в очереди и время выполнения заказа на заводе:В загруженном механическом цехе перемещение партии деталей из токарного цеха в фрезерный приводит к простоям и задержкам в очереди на 3-5 дней в ожидании свободного фрезерного шпинделя.

4.Множители лома:Если в операции 10 (токарная обработка) процент брака составляет 1,5%, а в операции 20 (фрезерная обработка) — 2,5%, то совокупный брак достигает 4,0%. Хуже того, любая ошибка, допущенная в операции 20, уничтожает уже вложенную в операцию 10 стоимость!

Сравнение себестоимости производства: 250 шт. золотников гидравлических клапанов

Чтобы продемонстрировать реальное финансовое влияние, рассмотрим настоящий золотник гидравлического клапана для аэрокосмической отрасли, изготовленный на нашем заводе в Шэньчжэне (точеный вал с 6 опорными шейками, 4 радиальными масляными каналами с поперечными отверстиями и 2 фрезерованными плоскими поверхностями):

Техническое сравнение по важнейшим инженерным параметрам.

1. Допуски по размерам и геометрии (GD&T)

• Концентричность и соосность:Когда многофункциональный токарно-фрезерный центр передает заготовку с главного шпинделя на вспомогательный, передача происходит при точном выравнивании и синхронизации обоих шпинделей. Это обеспечивает соосность передней и задней опорных поверхностей.в пределах от 0,003 мм до 0,005 мм (от 0,0001" до 0,0002")При использовании двух станков с раздельным управлением редко удается достичь точности лучше 0,025 мм (0,0010 дюйма).
• Перпендикулярность поперечных отверстий:В токарно-фрезерных центрах поворотный энкодер оси C на шпинделе напрямую координирует работу с осями Y и Z фрезерного инструмента. Радиальные поперечные отверстия обеспечивают точное позиционирование внутри±0,008 мм (±0,0003")относительно повернутой осевой линии.

2. Скорость съема материала (MRR) и срок службы инструмента.

• Непрерывная и прерывистая резка:Одноточечные токарные инструменты обеспечивают непрерывное зацепление с заготовкой. Отсутствие ударных нагрузок на твердосплавную пластину приводит к увеличению срока службы инструмента, равномерному образованию стружки и предсказуемому отводу тепла.
• Прерывистый удар при фрезеровании:Фрезы подвергаются термическим и механическим ударам десятки раз в секунду, когда зубья входят в зону резания и выходят из нее. В случае с такими твердыми сплавами, как нержавеющая сталь 17-4PH или инконель 718, токарная обработка удаляет металл.В 3–5 раз быстреечем фрезерование, при этом затраты на оснастку на кубический сантиметр удаляемой стружки значительно ниже.

3. Формирование чистовой обработки поверхности

• Отделка токарных работ:Одноточечная токарная обработка обеспечивает равномерную, непрерывную микроспиральную поверхность. При использовании вставок с припоем стандартная токарная обработка на станках с ЧПУ обычно обеспечивает получение качественной поверхности.Ra 0,4 мкм – 0,8 мкм (16–32 мкм)без вторичной шлифовки.
• Качество обработки поверхности при фрезеровании:Фрезерование на станках с ЧПУ создает плоские выемки (следы от перекрытия) и вихревые узоры режущей кромки. Достижение шероховатости Ra 0,8 мкм на фрезерованной поверхности требует легких чистовых проходов с использованием торцевых фрез с высоким радиальным зацеплением, что увеличивает время цикла.

Три прецизионных металлических компонента на инспекционной пластине из темного гранита: призматический фрезерованный блок, точеный ступенчатый вал и гибридный токарно-фрезерный компонент, измеренные микрометром.

Матрица принятия решений по выбору процесса

Проверьте чертеж вашей детали, сопоставив его с этой исчерпывающей матрицей выбора производителя:

Модуль технических вопросов и ответов

В1: Может ли фрезерный станок с ЧПУ обеспечить такую ​​же округлость и качество поверхности, как токарный станок с ЧПУ?

Прямой ответ:Нет. При токарной обработке на станках с ЧПУ заготовка непрерывно вращается относительно неподвижной жесткой одноточечной пластины, обеспечивая истинную точность округлости до 0,002–0,005 мм (0,0001–0,0002 дюйма) и чистоту поверхности Ra 0,4 мкм (16 мкм). При фрезеровании на станках с ЧПУ цилиндрическое отверстие должно быть создано путем круговой интерполяции (одновременной координации осей X и Y). Из-за микроскопического люфта в точках изменения направления вращения осей и отклонения фрезы, фрезерованные отверстия обычно имеют точность округлости от 0,010 до 0,025 мм (0,0004–0,0010 дюйма). Для подшипниковых валов, требующих точности округлости менее десяти микрон, обязательна токарная обработка или вторичная шлифовка.

В2: В чем основное различие между токарным станком с ЧПУ и приводным инструментом и многофункциональным токарно-фрезерным центром?

Прямой ответ:Токарный станок с ЧПУ и приводным инструментом — это, по сути, токарный станок с приводными моторизованными вращающимися инструментами, установленными в обычной инструментальной револьверной головке. Обычно он предлагает индексацию шпинделя по оси C и ограниченную мощность приводного инструмента (от 3 до 5 кВт), что ограничивает фрезерование легким поперечным сверлением, нарезанием резьбы и нарезанием пазов под шпонку перпендикулярно или параллельно главному шпинделю. В отличие от него, полнофункциональный токарно-фрезерный центр имеет независимый высокомощный (от 12 до 25 кВт) шарнирный фрезерный шпиндель по оси B, поворачивающийся на ±120°, полный ход по оси Y и противоположный вспомогательный шпиндель. Это позволяет выполнять полномасштабную 5-осевую одновременную контурную обработку, фрезерование тяжелых торцов и сложную обработку под сложными углами в дополнение к высокоскоростному токарному обработке.

В3: В каких случаях использование многофункционального токарно-фрезерного обрабатывающего центра экономически выгоднее, чем использование отдельных токарных и фрезерных станков?

Прямой ответ:Многозадачность токарно-фрезерных станков становится более экономичной, когда точеная деталь требует дополнительных фрезерных операций, которые в противном случае потребовали бы изготовления специальных приспособлений, отдельной настройки станка или жестких геометрических допусков (биение или перпендикулярность ≤ 0,020 мм). Хотя токарно-фрезерные центры имеют более высокую почасовую ставку шпинделя (75–110 долларов в час против 35–50 долларов в час для 3-осевых фрезерных станков), они обрабатывают деталь за один зажим («готово за один раз»). Это исключает затраты на дополнительные приспособления (500–1200 долларов), сокращает время ожидания между отделами на 3–5 дней, уменьшает общее время цикла на 30–50% и снижает количество брака, вызванного ошибками повторной установки базовых элементов.

В4: Почему для изготовления небольших и длинных деталей предпочтение отдается токарно-фрезерным станкам с ЧПУ швейцарского типа?

Прямой ответ:Стандартные токарные станки с ЧПУ зажимают заготовку в патроне и поддерживают противоположный конец задней бабкой. Для длинных, тонких деталей, где отношение длины к диаметру (L/D) превышает 4:1, силы резания вызывают деформацию и вибрацию заготовки. Швейцарские станки с ЧПУ используют скользящую переднюю бабку, которая подает заготовку через прецизионную направляющую втулку из карбида вольфрама. Режущий инструмент располагается на доли миллиметра от точки опоры направляющей втулки, что означает, что деформация практически равна нулю независимо от общей длины детали. Это позволяет швейцарским станкам производить микропрецизионные штифты, медицинские костные винты и стержни с отношением L/D 20:1 или более с допусками в пределах ±0,003 мм.

В5: Что представляет собой философия производства «за один цикл» в станках с ЧПУ?

Прямой ответ:Технология «Завершение работы за один цикл» — это производственная методика, разработанная на основе многофункциональных станков, где все операции обработки — загрузка заготовки, токарная обработка, 5-осевое фрезерование, поперечное сверление, нарезание резьбы, сверление глубоких отверстий, снятие заусенцев с обратной стороны и окончательная обработка детали — выполняются на одном станке в рамках одного автоматизированного цикла. Благодаря синхронной передаче заготовки с главного шпинделя на вспомогательный шпиндель в воздухе, деталь выходит из станка полностью готовой к проверке, без вмешательства оператора или дополнительной настройки рабочего стола.

Партнерство с компанией HONSCN Precision в Шэньчжэне, Китай.

Основана в 2003 году.HONSCN Precision Parts Co., Ltd.Компания управляет современным производственным предприятием OEM в Шэньчжэне, Китай, сертифицированным по стандартам...ISO 9001:2015На протяжении более двух десятилетий мы постоянно инвестируем в передовые технологии кинематики станков, чтобы предоставить нашим международным клиентам решающее конкурентное преимущество в точности, скорости поставки и стоимости.

Наши собственные производственные мощности:

• Многофункциональные токарно-фрезерные центры:Станки серий Mazak Integrex и DMG MORI NTX с двумя синхронизированными шпинделями, шарнирными фрезерными головками по оси B и системой охлаждения шпинделя под высоким давлением.
• Пятиосевая одновременная обработка:Пятиосевые обрабатывающие центры DMG MORI обеспечивают геометрические допуски менее десяти микрон при изготовлении сложных аэродинамических и призматических компонентов.
• Парк поворотных машин швейцарского типа:Швейцарские токарные станки Citizen и Star с ЧПУ и подвижной бабкой работают круглосуточно и без выходных, оснащены автоматизированными податчиками прутков для изготовления высокоточных валов для медицинского и электронного оборудования.
• Высокоскоростные фрезерные центры с ЧПУ:Более 30 3- и 4-осевых резьбонарезных и фрезерных центров Brother и Fanuc для быстрого и крупносерийного производства призматических изделий.
• Сертифицированная метрологическая лаборатория:Контрольно-измерительная камера с регулируемым климатом (20°C ± 1°C), оборудованная координатно-измерительными машинами Hexagon, оптическими проекторами профиля Mitutoyo, измерителями округлости и профилометрами шероховатости поверхности.

Запросить технический анализ процесса и коммерческое предложение на производство.

Вы рассматриваете возможность фрезерования, токарной обработки или обработки вашего следующего прецизионного компонента на многофункциональном токарно-фрезерном центре?

Загрузите ваши 3D CAD-файлы (.STEP, .IGES) и 2D инженерные чертежи (.PDF) нашей инженерной команде в Шэньчжэне. В течение 12-24 часов наши опытные CAM-программисты оценят вашу геометрию, определят оптимальную кинематику станка и предоставят подробную смету производственных затрат с точным графиком производства.

Свяжитесь с нашей инженерной командой: https://www.HONSCN.com/contact

Адрес электронной почты инженерного отдела:vicky@HONSCN.com