Держатели инструмента: важнейший фактор для высокой производительности обработки

Прецизионные станки и современные режущие инструменты обеспечивают превосходную производительность обработки металла. Однако для достижения максимальной производительности важную роль играет держатель инструмента: он является связующим звеном между режущим инструментом и шпинделем станка.

Производители предлагают большое количество держателей инструмента, каждый из которых обеспечивает оптимальную производительность определенных операций обработки. Таким образом, предприятия должны выбирать держатели инструмента в зависимости от операций и производимых деталей. Однако, стараясь приобрести самые современные технологии обработки и материалы режущих инструментов, эти предприятия часто забывают о выборе, применении и обслуживании держателей инструмента, которые в наибольшей степени соответствуют конкретным производственным требованиям.

Множество видов держателей для разных целей
Разные операции требуют разных методов фиксации инструмента. Например, держатель, разработанный для высокоскоростной чистовой обработки, не обладает достаточной жесткостью и прочностью для эффективной глубокой черновой обработки литых необработанных деталей. И наоборот, держатели для черновой обработки обычно не имеют характеристик балансировки, необходимых для плавной чистовой обработки с высокой скоростью. Кроме того, прочная конструкция и основная часть корпуса держателя для черновой обработки могут ограничивать доступ к мелким или глубоким элементам. Для работы с заготовками из прочных материалов требуются держатели инструмента повышенной прочности и жесткости. К важным критериям выбора также относятся способность держателя гасить вибрацию и подавать СОЖ.

Использование неподходящего держателя может привести к нарушению размерных допусков и браку деталей, а также к чрезмерному износу шпинделей станков, сокращению срока службы и частым поломкам инструмента. Недорогой держатель может дать удовлетворительные результаты для неприоритетных задач. Однако при выполнении операций, которые требуют стабильной точности (особенно в случаях, когда из-за брака дорогой заготовки снижается прибыль от продажи деталей), необходимо вкладывать средства в высококачественные держатели инструмента, предназначенные для конкретной области применения. Эти несущественные вложения смогут защитить вас от подобных непредвиденных потерь.

Руководители некоторых предприятий считают, что использование длинных держателей для нескольких операций — это эффективная стратегия экономии средств. Однако применение максимально короткого держателя позволяет увеличить жесткость, сократить до минимума вибрации, снижающие качество поверхности, и сохранить срок службы инструмента.

На держатели инструмента приходится менее двух процентов от общих производственных затрат. Даже если сократить эти расходы вдвое, экономия будет незначительной, тогда как бракованная заготовка или сломанный инструмент приводят к действительно ощутимым финансовым последствиям. Инструменты и держатели премиум-класса могут значительно повысить производительность металлообработки и обеспечить незамедлительную окупаемость средств, вложенных в инструмент. В отраслях, где стабильность обработки имеет первостепенное значение (например, производство аэрокосмических компонентов), многие производители приобретают преимущественно инструмент премиум-класса, чтобы исключить брак и потерю времени на поиск и устранение неисправностей и остановку производства. В аэрокосмической промышленности на утверждение новых держателей перед внедрением в производство требуется много времени.

Характеристики заготовки, которые нужно учитывать при выборе держателя
К факторам, от которых зависит выбор держателя, относится обрабатываемость материала заготовки в соответствии с операцией, а также конфигурация готовой детали, которая часто определяет размеры держателя инструмента, необходимые для обработки определенных элементов. При этом держатели инструмента должны быть максимально простыми в использовании, чтобы свести к минимуму вероятность ошибки со стороны оператора.

Независимо от используемой технологии крепления инструмента, применимость для операций определяется прочностью станка, мощностью шпинделя и возможностью соблюдения жестких допусков. Например, попытки обеспечить на изношенном станке допуски порядка мкм приведут только к потере времени.

Главную роль играют базовые элементы станка: на быстрых станках с линейными направляющими можно в полной мере реализовать преимущества держателей для высокоскоростных операций, а для станков с прямоугольными направляющими идеально подходят держатели для тяжелой обработки. Многофункциональные станки позволяют полностью использовать возможности держателей, которые предназначены как для точения, так и для фрезерования/сверления.

При выборе держателя стоит также учитывать стратегию обработки. Так, потребуются разные инструменты, чтобы обеспечить максимальную производительность при высокоскоростном резании (HSC) с малой глубинойHHS и при высокопроизводительном резании (HPC), особенностью которого является высокая скорость съема металла на станках с достаточной мощностью, но ограниченной скоростью.

Повторяемое малое биение обеспечивает непрерывный контакт инструмента, что снижает вибрацию и максимально увеличивает срок службы инструмента. Балансировка имеет критическое значение: высококачественный держатель инструмента должен быть точно сбалансирован при частоте вращения 25 000 об/мин для соответствия классу балансировки G2.5 (1 г·мм). Предприятия по обработке могут проводить собственные исследования или консультироваться с поставщиками инструментов, чтобы найти одну или несколько экономически выгодных систем, которые будут соответствовать производственным требованиям.


Особенности держателей в зависимости от применения
Независимо от типа (обычный Weldon, цанговый, термоусадочный, механический или гидравлический) держатели инструмента должны соответствовать определенным эксплуатационным требованиям. Например, простые держатели концевых фрез для инструментов с хвостовиком Weldon отличаются жесткостью и простотой использования, передают высокий крутящий момент и обеспечивают безопасный и прочный зажим с мощным противодействием вытягиванию. Они подходят для тяжелой черновой обработки, но не обладают точной концентричностью. Эти держатели изначально не сбалансированы, и поэтому не позволяют эффективно выполнять операции при высоких скоростях вращения.

Цанговые патроны и сменные цанги являются наиболее распространенной системой крепления круглых инструментов. Экономичные изделия типа ER доступны в широком диапазоне размеров и обеспечивают достаточный зажим для стабильного легкого фрезерования и сверления. Высокоточные цанговые держатели ER имеют малое биение (< 5 мкм на конце инструмента), а их симметричную конструкцию можно сбалансировать для высокоскоростной обработки. Для обработки в тяжелых условиях доступны усиленные версии. Держатели ER позволяют быстро заменять инструмент и подходят для инструментов разных диаметров.

Термооправки имеют высокое зажимное усилие, концентричность 3 мкм при 3xD и превосходную балансировку. Компактная и простая зауженная конструкция позволяет получить доступ к элементам деталей в ограниченном пространстве.

Усиленные версии подходят для среднего и тяжелого фрезерования, однако сила сжатия зависит от допусков внутреннего диаметра хвостовика и держателя инструмента. Для термооправок необходим специальный нагревательный блок, а процесс нагрева/охлаждения занимает больше времени по сравнению с простой заменой цанг.

Механические фрезерные патроны обеспечивают высокое усилие сжатия и большую радиальную жесткость благодаря нескольким рядам игольчатых подшипников. Конструкция подходит для тяжелого фрезерования и позволяет быстро менять инструмент, однако биение может превышать характерные значения цанговых систем. Размеры механических патронов обычно больше, чем у других типов держателей, из-за чего инструмент может получать доступ не ко всем элементам деталей.

Гидравлические патроны, использующие давление масла для создания зажимного усилия, имеют меньшее количество внутренних элементов по сравнению с механическими патронами. Благодаря этому они имеют более тонкий профиль. Гидравлические патроны отличаются малым биением и идеально подходят для развертывания, сверления и легкого фрезерования при высоких скоростях вращения шпинделя, но при этом они чувствительны к большим радиальным нагрузкам.

Не менее важно то, как держатель фиксирует режущий инструмент, и то, как держатель прикреплен к шпинделю станка. Шпиндель или конический конец держателя инструмента определяет способность передавать крутящий момент и обеспечивает точность центрирования инструмента. Традиционные инструментальные конусы BT, DIN и CAT подходят для небольших станков, но их возможности для высокоскоростных режимов могут быть ограничены. Версии, обеспечивающие контакт с конусом и фланцем держателя, позволяют достичь повышенной жесткости и точности, особенно при операциях с большим вылетом. Для надежной передачи большего крутящего момента требуются конусы больших размеров. Например, при тяжелой обработке держатель HSK-E32 не может быть использован вместо HSK-A125A.

Выбор конуса держателя часто зависит от конкретного региона. Компания HSK была создана в Германии в середине 1990-х годов, когда возросла популярность 5-координатных станков. Конусы CAT преимущественно используются в США, в то время как в Азии распространены хвостовики BT (часто используются в версиях с контактом с конусом/фланцем).

HSK часто используется для 5-координатной обработки. Соединения PSC (полигональная система зажима: Capto) и KM применяются в основном на многофункциональных станках и в настоящее время соответствуют стандартам ISO. KM и Capto представляют собой модульные системы, которые позволяют собирать специальные инструменты различной длины путем присоединения удлинителей и переходников на меньший размер. Держатели инструмента, которые позволяют выполнять токарную обработку, фрезерование или сверление с помощью одного зажимного приспособления становятся все более популярными по мере распространения многофункциональных станков.

Современные запатентованные системы фиксации инструмента, в основе которых лежат инновационные методики использования уникальных держателей и цанг, позволяют получать впечатляющие результаты. Однако предприятиям важна прибыль: несмотря на все преимущества, использование таких систем обычно сопряжено с высокими затратами и ограниченным выбором инструмента, который можно приобрести только у одного поставщика.

Стоимость и другие аспекты
Известно, что исходная стоимость гидравлических и механических держателей выше по сравнению с цангами или термооправками. Однако следует учитывать и другие факторы, к которым относятся затраты на систему нагрева термооправок и время, необходимое для смены инструментов. Кроме того, для каждого диаметра инструмента необходима отдельная термооправка, в то время как для перехода на другой диаметр в системах цанговых патронов нужно только сменить цангу.

Для правильного использования держателя инструмента большое значение также имеют операторы станков и персонал по техническому обслуживанию. Как и в случае со станками и другим производственным оборудованием, для максимально эффективного использования держателей важно соблюдать порядок эксплуатации и технического обслуживания. Например, оператор должен вставлять хвостовик инструмента в держатель на всю длину, поскольку неправильная фиксация приведет к вибрации, нарушающей точность, или даже к выбросу инструмента. Приведенные далее указания по сборке инструмента имеют критическое значение. Операторам не следует использовать выдвижную ручку, чтобы избегать затяжки патрона чрезмерным моментом, поскольку это приведет к скручиванию цанги и нарушению центровки инструмента.

Техническое обслуживание имеет большое значение, хотя им часто пренебрегают. Операторы всегда должны очищать держатели перед использованием и осматривать шпиндель станка. Держатели следует хранить в чистом и сухом виде, конусы необходимо закрыть крышками. Следует регулярно проверять давление жидкости гидравлических патронов.

Заключение
Специалистам обрабатывающих предприятий необходимо понять, какое значение для системы обработки имеют держатели инструментов. Кроме того, нужно научиться правильно подбирать держатели инструмента для конкретных станков, стратегий обработки и заготовок, поскольку понимание этих аспектов позволит значительно повысить производительность и снизить затраты. Наряду с этим производители предлагают широкий выбор держателей (см. дополнение), разработанных с учетом определенных рабочих требований.

Современные технологии позволят вывести использование держателей на новый уровень. Управление инструментом с помощью программного обеспечения и RFID-меток является элементом производства на основе данных и получает все большее распространение. Одной из последних новинок являются держатели с датчиками, которые в режиме реального времени отслеживают воздействующие на них усилия. Полученные данные позволяют регулировать параметры обработки в процессе производства: это может делать оператор или даже искусственный интеллект (AI) в автоматическом режиме через связь с блоком управления станком. С помощью этих и других новых технологий держатели позволят еще больше увеличить производительность обработки.

(Дополнение)
Держатель для любых задач
Компания Seco Tools непрерывно ищет способы расширить ассортимент держателей инструмента, которые будут соответствовать индивидуальным требованиям клиентов. В 2000 году Seco Tools приобрела французскую компанию EPB, которая специализируется на производстве систем фиксации инструмента. Это предприятие обладает богатым опытом в разработке и производстве держателей инструмента, расточных головок и держателей инструмента с гашением вибраций. Ресурсы EPB дополняют широкий ассортимент держателей Seco Tools, предназначенных для определенных видов обработки.

Например, Seco Tools предлагает различные варианты термооправок, которые отличаются длиной и профилями конуса. Термооправки HD разработаны для тяжелой черновой обработки, а термооправки DIN идеально подходят для получистовой и чистовой обработки при высоких скоростях резания, когда качество имеет первостепенное значение. Термооправки M&D предназначены для чистовой и получистовой обработки глубоких полостей, характерных для пресс-форм и штампов, а также аэрокосмических компонентов.

Компания Seco Tools также поставляет цанговые патроны ER и HP. Популярные и универсальные патроны ER позволяют фиксировать инструменты различных диаметров: нужен только один патрон и набор цанг. Цанговые патроны HP предназначены для создания качественных поверхностей заготовок при высокоскоростной чистовой и легкой черновой обработке. Держатели предусматривают функцию гашения вибрации, и в случае поломки такого держателя нужно просто заменить цангу, чтобы возобновить процесс обработки без промедления.

Предварительно сбалансированные механизированные фрезерные патроны Seco Tools обеспечивают высокую скорость съема металла и являются альтернативой термооправкам и держателям Weldon для тяжелых условий эксплуатации. Они просты в установке и позволяют фиксировать инструменты разных диаметров с помощью проставочных втулок. Кроме того, гидрозажимные патроны обеспечивают универсальность крепления инструмента благодаря разжимным втулками, имеют биение менее 5 мкм при 3xD и точно сбалансированы для высокоскоростного резания. Встроенный маслобак выполняет функцию естественного амортизатора, который помогает оптимизировать качество обработки поверхности.

Технический персонал отдела продаж Seco полностью ознакомлен с функциями, возможностями и применением держателей инструмента. Наши региональные эксперты также готовы прийти на помощь. Компетентные и опытные специалисты технической поддержки помогут каждому клиенту выбрать держатели инструмента, которые идеально подойдут для конкретных деталей, оборудования и стратегий обработки. Каталоги Seco также содержат подробные технические руководства, которые помогут сделать оптимальный и экономичный выбор.

Автор:
Ив Хейц (Yves Heitz), менеджер по продукции, инструментальные системы

Компания Seco Tools, головной офис которой находится в г. Фагерста, Швеция, и которая представлена более чем в 75 странах, — это ведущий мировой поставщик решений для фрезерования, токарной обработки, обработки отверстий и инструментальных систем. Уже более 80 лет компания предлагает технологии, процессы и техническую поддержку, в которых нуждаются предприятия для получения максимальной производительности и рентабельности. Подробную информацию о том, как инновационная продукция и профессиональная поддержка компании Seco приносят успех производителям в различных промышленных сегментах, читайте на сайте www.secotools.com.

ООО «Секо Тулс», г. Москва
123242 Россия, г. Москва, ул. Малая Грузинская, д. 3, 4 этаж
КУЛИКОВ Сергей
Phone : +7 (495) 739-4648 доб. 112
Fax : +7 (495) 739-4649-
sergey.kulikov@secotools.com

Seco Tools GmbH
Postfach 1155, D-40671 Erkrath
PALMEN Bettina
Phone : +49 211 24 01 313
Fax : +49 211 24 01 275
bettina.palmen@secotools.com

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх