Tokarka do metalu CNC: 7 najlepszych technik zwiększających wydajność

Tokarka do metalu CNC to obrabiarka, która łączy wielowiekową zasadę toczenia obrotowego z precyzyjnym sterowaniem komputerowym, aby podnieść dokładność obróbki, powtarzalność i wydajność na nowy poziom. Niezależnie od tego, czy jesteś entuzjastą poszukującym małej tokarki do metalu, właścicielem fabryki rozważającym tokarki do metalu do produkcji, czy doświadczonym technikiem poszukującym zaawansowanych umiejętności obsługi, w tym artykule możesz poznać rodzaje tokarek do metalu CNC i siedem sprawdzonych technologii zwiększających wydajność.

Rodzaje tokarek CNC do metalu

Zanim zdecydujesz się na zakup jakiejkolwiek tokarki CNC do metalu, musisz najpierw dopasować rozmiar i konfigurację maszyny do rzeczywistych wymagań obróbki.

Mała tokarka do metalu CNC

Maksymalna średnica obrotowa małej tokarki do metalu wynosi zwykle 200 ~ 350 mm, a długość łoża wynosi 500 ~ 1,000 mm.

• Mały zakład obróbki mechanicznej do przeprowadzania prac konserwacyjnych i prototypowania
• Podwykonawcy małych części w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym
• Produkcja broni (rusznikarstwo) i obróbka części broni

Miniaturowa tokarka do metalu skonfigurowana jako CNC może wykonywać o wiele więcej funkcji niż obsługa ręczna, zwłaszcza w obróbce gwintów (wymaga precyzyjnej synchronizacji wrzeciona i posuwu), toczeniu stożkowym i obróbce konturów z wielokrotnym posuwem.

Pełnowymiarowa przemysłowa tokarka do metalu CNC

Zakres przemysłowych tokarek do metalu CNC obejmuje centra tokarskie o maksymalnej średnicy toczenia 400 ~ 600 mm i odległości między końcówkami 1 ~ 2 m do tokarki CNC o dużej wytrzymałości które mogą przetwarzać rolki, wały i zbiorniki ciśnieniowe o długości kilku metrów. Typowe konfiguracje takich maszyn obejmują:

• Wieżyczka narzędziowa:operacje frezowania można wykonać bez ponownego mocowania.
• Podwrzeciono:wykonanie całej obróbki przedniej i tylnej krawędzi przedmiotu obrabianego w jednym zamocowaniu.
• Układ chłodzenia wysokociśnieniowego (HHPCS) 
• Automatyczny podajnik prętów:realizowanie produkcji bez świateł

Polecana tokarka CNC do metalu: tokarka szwajcarska JIANKE serii Z

Cechy Tokarka CNC JIANKE:

Niezależny napęd dwuwrzecionowy, obsługuje przetwarzanie synchroniczne: Wyposażone w dwa niezależne wrzeciona, każde z nich może niezależnie wykonywać operacje obróbki. Oba wrzeciona mogą realizować pracę synchroniczną i wspólną obróbkę przedmiotu obrabianego, co znacznie zwiększa wydajność obróbki.

Standardowe urządzenie wyrównujące zapewnia współśrodkowość okręgów wewnętrznego i zewnętrznego:wbudowane urządzenie do wyrównywania (centrowania) może kontrolować koncentryczność wewnętrznych i zewnętrznych okręgów obrabianego przedmiotu w czasie rzeczywistym podczas procesu obróbki, skutecznie zapewniając spełnienie wymagań dotyczących obróbki o wysokiej precyzji.

Elastyczny tryb przetwarzania, przełączanie na żądanie pojedynczego/podwójnego wrzeciona:z wysokim stopniem elastyczności, zgodnie z różnymi wymaganiami procesu można wybrać tryb obróbki jednowrzecionowej lub dwuwrzecionowej, aby dostosować się do produkcji różnorodnych części.

Opcjonalna tuleja prowadząca/ruchoma tuleja prowadząca, dostosowująca się do obrabianego przedmiotu:opcjonalna obsługa tulei prowadzącej lub ruchomej tulei prowadzącej, przełączanie zgodnie z charakterystyką przedmiotu obrabianego, rozszerzenie zakresu procesu obrabiarki.

Chłodzone olejem wrzeciono silnikowe zapewnia bardziej równomierne chłodzenie i stabilniejszą pracę:wrzeciono silnikowe chłodzone olejem charakteryzuje się bardziej równomiernym chłodzeniem niż wrzeciono silnikowe chłodzone powietrzem; w porównaniu z wrzecionem mechanicznym charakteryzuje się większą stabilnością i nadaje się do długotrwałej ciągłej obróbki.

Silnik o wartości bezwzględnej, źródło pamięci wyłączania zasilania, oszczędność czasu i pracy:wyposażona w silnik o wartości absolutnej, maszyna automatycznie zapamiętuje położenie początkowe podczas włączania/wyłączania, nie ma potrzeby powtarzania operacji zerowania, oszczędza czas, nie powoduje zmartwień i ogranicza konieczność ręcznej interwencji.

Kluczowe różnice: tokarka CNC a tokarka ręczna

Zrozumienie powyższych różnic pomoże Ci ustalić, czy dla Twojego procesu pracy bardziej odpowiednie będą tokarki CNC czy ręczne tokarki do metalu, zanim zaczniesz przeglądać informacje o sprzedaży jakichkolwiek tokarek do metalu.

7 technologii tokarek CNC do metalu: kompleksowa poprawa wydajności obróbki 

Poniższe 7 technologii to trwałe luki między wysokowydajnymi systemami CNC a zwykłymi instalacjami. Każda technologia jest ukierunkowana na konkretny problem w procesie obróbki metali na tokarkach CNC.

CSS, cięcie ze stałą prędkością powierzchniową

Jedną z najbardziej wpływowych funkcji tokarek do metalu CNC jest stała prędkość powierzchni (CSS) tryb, który jest G96 Instrukcja w standardowym kodzie G. W przeciwieństwie do pracy ze stałą liczbą obrotów na minutę, CSS automatycznie dostosowuje prędkość wrzeciona, gdy tokarka do metalu znajduje się blisko lub daleko od środka przedmiotu obrabianego, dzięki czemu prędkość skrawania na czubku narzędzia pozostaje stała przez cały proces skrawania.

Dlaczego stała prędkość powierzchni jest tak ważna? Ponieważ może znacząco wydłużyć żywotność narzędzia i zapewnić bardziej równomierną chropowatość powierzchni, a ponieważ zawsze jest obrabiany z najwyższą prędkością skrawania, skraca się również czas cyklu.

Zalecana prędkość skrawania każdego materiału (referencyjna wartość początkowa, narzędzie z węglika spiekanego): 

• Stal miękka: 120 ~ 180 m/min
• 304 stal nierdzewna: 60 ~ 100 m/min
• Aluminium: 300 ~ 600 m/min
• Tytan: 30 ~ 60 m/min

Należy koniecznie korzystać z danych dostarczonych przez producenta narzędzia do toczenia metalu i dokonać jego regulacji zgodnie z kolorem wióra i rzeczywistym efektem powierzchni.

Zasilanie chłodziwem wysokociśnieniowym (HPC)

Standardowy środek chłodzący może wypłukać wióry i obniżyć ogólną temperaturę, podczas gdy chłodziwo pod wysokim ciśnieniem (HPC, zwykle 70 ~ 150 bar) jest precyzyjnie wtryskiwane do strefy cięcia, co może rozbić wiór zanim się nagromadzi, wydłużyć żywotność płytki węglikowej 2 ~ 4 razy i umożliwić głębsze cięcie z większą prędkością posuwu.

Jeśli Twoja tokarka CNC do metalu obsługuje technologię HPC, powinna być ona włączona w następujących aplikacjach: 

• Materiały trudne do obróbki (stop tytanu, stop Inconel, stal hartowana) 
• Operacje głębokiego rowkowania i przecinania Operacje głębokiego rowkowania i przecinania
• Krytyczny proces usuwania wiórów podczas wiercenia długich otworów

W przypadku fabryk rozważających sprzedaż tokarek do metalu, konfiguracja HPC jest priorytetem w przypadku obróbki superstopów i stopów specjalnych.

Optymalizacja ścieżki narzędzia: strategia obróbki zgrubnej i wykańczającej

Wydajne programowanie tokarek CNC do metalu prawie zawsze oddziela obróbkę zgrubną od wykańczającej, zamiast próbować osiągnąć rozmiar końcowy za pomocą jednego narzędzia.

• Przejście zgrubne:wysoka prędkość posuwu (0.3 ~ 0.5 mm/obr.), duża głębokość cięcia (2 ~ 5 mm), tolerancja kierunku średnicy 0.3 ~ 0.5 mm.
• Przepustka półfinałowa (opcjonalnie): średni posuw (0.15 ~ 0.25 mm/obr.), głębokość skrawania 0.5 ~ 1 mm, naddatek 0.05 ~ 0.1 mm.
• Zakończenie przejazdu: mały posuw (0.05 ~ 0.1 mm/obr.), minimalna głębokość cięcia (0.05 ~ 0.1 mm), nowe ostrze lub ostrze o specjalnym wykończeniu kąta geometrycznego.

Powyższy strukturalny sposób wykorzystania narzędzi do toczenia metalu wydłuża żywotność płytek, ponieważ zapewnia świeże krawędzie skrawające do krytycznych przejść wykańczających i pozwala na agresywną obróbkę zgrubną bez narażania na ryzyko uszkodzenia powierzchni końcowej.

Narzędzia robocze i operacje na osi Y

Nowoczesne centrum tokarskie CNC wyposażone w narzędzia obrotowe (tj. frezy zamontowane na głowicy rewolwerowej) umożliwia tokarkom do metalu CNC wykonywanie operacji frezowania, wiercenia, wiercenia krzyżowego i rowkowania bez konieczności przenoszenia obrabianego przedmiotu do niezależnego centrum obróbczego.

Korzyści: 

• Eliminacja ponownego mocowania: jest to główne źródło błędów pozycjonowania
• Zmniejsza całkowity czas cyklu i zapasy produkcji w toku (WIP)
• Jednorazowe zamocowanie odbywa się na małym centrum tokarskim do metalu.
• Do typowych czynności wykonywanych elektronarzędziami na tokarkach CNC do metalu należą: frezowanie otworów sześciokątnych, otworów wierconych krzyżowo, rowków wpustowych, frezowanie mimośrodowe i frezowanie gwintów.

TNRC, kompensacja promienia ostrza narzędzia, G41/G42

Każde ostrze narzędzia tokarskiego do metalu ma promień naroża, zazwyczaj 0.2, 0.4, 0.8 lub 1.2 mm. Podczas obróbki krawędzi skośnych lub konturów powierzchni zakrzywionych przez tokarki CNC do metalu, rzeczywisty punkt cięcia będzie odbiegał od ścieżki zaprogramowanej, chyba że kompensacja promienia ostrza narzędzia (TNRC) jest aktywowana za pomocą G41 (kompensacja lewa) lub G42 (kompensacja prawa).

Ignorowanie TNRC prowadzi do błędów wymiarowych stożka, promienia i fazy, a odchyłka ta czasami sięga wartości całkowitego promienia wierzchołka. Po aktywacji kompensacji tokarka automatycznie przesunie ścieżkę narzędzia i wygeneruje dokładne kształty geometryczne, nawet na skomplikowanych konturach powierzchni.

Automatyzacja podwrzeciona i chwytaka części

W przypadku części, które muszą być obrabiane na obu końcach, tokarka do metalu CNC wyposażona w wrzeciono pomocnicze może zamocować obrobioną powierzchnię przednią, automatycznie odwrócić obrabiany przedmiot i dokończyć obróbkę tylną w ramach tego samego programu, całkowicie eliminując potrzebę drugiego mocowania.

Za pomocą chwytaka części lub przenośnika taśmowego można utworzyć automatyczny przepływ obróbki, a tokarka może realizować następujące zadania:

• Automatyczne podawanie z podajnika prętów (podajnik prętów) 
• Zakończ całą obróbkę powierzchni czołowej
• Przeniesienie przedmiotu obrabianego do wrzeciona pomocniczego
• Po zakończeniu obróbki powierzchni czołowej następuje cała obróbka
• Automatyczne wysuwanie gotowych części

W przypadku tokarek do obróbki metali o dużej wydajności ta pojedyncza funkcja może zwiększyć wydajność nawet dwu- lub trzykrotnie w porównaniu z tokarką jednowrzecionową, która wymaga ręcznego toczenia przedmiotu obrabianego.

Pomiary w trakcie procesu i sterowanie adaptacyjne

Najbardziej zaawansowana technologia tokarek do metalu CNC to sterowanie wymiarami w pętli zamkniętej: sonda dotykowa lub czujnik postprocesowy mierzy obrabiany przedmiot w trakcie lub bezpośrednio po procesie obróbki, a sterownik CNC automatycznie koryguje przesunięcie narzędzia na podstawie wyników pomiaru. Aby skorygować dryft rozmiaru spowodowany przez zużycie narzędzia, rozszerzalność cieplna or zmienność materiału.

Korzyści: 

• Znaczne zmniejszenie ilości odpadów i przeróbek
• Uzyskaj bezobsługową, nocną obróbkę tokarek
• Automatyczna kompensacja zużycia narzędzi w przypadku wkładek narzędziowych do tokarek metalowych, wykorzystująca wkładki do ich rzeczywistych możliwości, zamiast konserwatywnych, planowanych odstępów między wymianami narzędzi
• Zapewnij rejestry śledzenia danych wymagane do dokumentacji jakościowej w celu wsparcia ciągłego doskonalenia procesów.

Jak wybrać narzędzie i system narzędzi do toczenia metalu CNC? 

Żadna tokarka CNC do metalu nie może przekroczyć limitu wydajności samego narzędzia. Wybór gatunku płytki:

• Klasa P (niebieska):stali i żeliwa
• Klasa M (żółta):stal nierdzewna i stop żaroodporny
• Klasa K (czerwona):żeliwo, materiał hartowany
• Klasa N (zielona):metale nieżelazne (aluminium, miedź, mosiądz) 
• Klasa S (brązowa):stopy żaroodporne i tytan

Do małych tokarek do metalu lub małych tokarek do metalu w zastosowaniach hobbystycznych lub w lekkich warunkach produkcyjnych, Aloris or Dorian Systemy rewolwerowe z szybką wymianą narzędzi mogą zapewnić wystarczającą elastyczność przy znacznie niższych kosztach niż pełne systemy rewolwerowe.

Jak konserwować tokarkę CNC do metalu?

Dobrze utrzymana tokarka CNC do metalu może zapewnić stabilną dokładność przez dziesięciolecia. Podstawowe zadania konserwacyjne obejmują: 

• Codziennie: sprawdź i uzupełnij stężenie chłodziwa; wyczyść przenośnik wiórów i wióry w obszarze roboczym; sprawdź zużycie krawędzi narzędzia tokarki do metalu.
• Co tydzień :smarowanie prowadnicy, śruby kulowej i wieży narzędziowej zgodnie z planem producenta; sprawdzenie poziomu oleju smarującego wrzeciona; czyszczenie filtra
• Miesięczny:użyj pręta testowego i czujnika zegarowego do sprawdzenia dokładności geometrycznej; sprawdź zużycie szczęk uchwytu i ich uszkodzenia
• Każdego roku:kompleksowy audyt dokładności, wymiana chłodziwa, sprawdzenie łożyska wrzeciona, kalibracja parametrów sterownika CNC

Zaniedbanie smarowania prowadnicy jest najczęstszą przyczyną przedwczesnej utraty dokładności wszystkich tokarek.

Wniosek

Przy wyborze obrabiarki CNC do metalu należy kierować się następującymi, podstawowymi zasadami: zrozumienie możliwości maszyny, wybór właściwego systemu narzędzi do obróbki metalu, wykorzystanie sprawdzonych technik wydajności do inteligentnego programowania oraz rygorystyczna codzienna konserwacja.

Oceniając jakąkolwiek tokarkę CNC do metalu przeznaczoną do sprzedaży, należy porównać specyfikację maszyny z rzeczywistym obszarem obrabianego przedmiotu i partią produkcyjną, priorytetowo traktować sterownik i serwis posprzedażowy oraz traktować wybór narzędzi jako inwestycję, a nie prosty projekt kontroli kosztów.