Вертикальный или горизонтальный обрабатывающий центр: какой из них лучше подходит для ваших деталей?

Сначала изучите чертеж. Когда большая часть резания выполняется сверху, а задача часто меняется, вертикальный обрабатывающий центр обычно является наиболее экономичным вариантом для начала работы. Корпус с отверстиями и монтажными поверхностями по всему периметру указывает на другое: горизонтальный обрабатывающий центр может устранить достаточное количество повторного зажима, чтобы оправдать более высокую стоимость. Это не соревнование между двумя вариантами компоновки станка. Это решение о маршрутизации.

В расценках это решение может показаться проще, чем есть на самом деле. Скорость вращения шпинделя, ход инструмента, грузоподъемность, марка контроллера и цена аккуратно располагаются в столбцах. Время на настройку — нет. Как и смещение базовой точки после повторного зажима или время, которое оператор тратит на удаление стружки из глубокого паза. Полезный вопрос менее однозначен: какой способ позволяет получать качественные детали многократно, с наименьшим количеством ненужных манипуляций?

Приведенное ниже сравнение вертикальных и горизонтальных обрабатывающих центров основано на маршруте обработки деталей, а не на брошюре. В нем рассматриваются вертикальный и горизонтальный обрабатывающие центры с точки зрения выполняемых ими работ. Оно предназначено для тех, кто будет работать с результатом: инженера, планирующего процесс, руководителя производства, контролирующего объемы выпуска, и покупателя, которому придется защищать инвестиции в дальнейшем.

VMC или HMC: какой краткий ответ?

• Начинайте с вертикально-фрезерного станка, когда большинство элементов обрабатывается сверху, ассортимент продукции часто меняется, а простой доступ к настройке важнее, чем автоматическая обработка.
• Включите горизонтальный обрабатывающий центр в список потенциальных вариантов, если одна и та же деталь требует обработки на трех или более поверхностях, сложно сохранить базовые соотношения после повторного зажима, а объем производства достаточно велик, чтобы экономия на переналадке сохранялась и в дальнейшем.
• Сравните оба варианта , когда деталь находится между этими двумя случаями. Вертикальный обрабатывающий центр с поворотным столом может оказаться более выгодным вложением, или же он может лишь перенести узкое место на этапы закрепления и обработки заготовки.

Это практический ответ. В остальной части статьи показано, как проверить его на соответствие вашему собственному чертежу, объему производства, численности персонала и рискам качества.

Какие детали чертежа определяют необходимость использования вертикального или горизонтального обрабатывающего станка?

Перед тем как открывать технические характеристики, выберите два чертежа: ту часть, которая выявляет риски процесса, и ту, которая потребляет больше всего машино-часов. Один из них покажет, сможет ли машина выполнить работу. Другой покажет, окупятся ли инвестиции.

Внесите пометки в чертежи, используя приведенную ниже информацию. Поставщик сможет работать с этим; запрос, содержащий только "предложите цену на станок 850", оставляет слишком много места для догадок.

• Запасные части: марка материала, состояние отливки или заготовки, размер в заготовке, размер в готовом виде и вес.
• Доступ: поверхности, которые необходимо фрезеровать, сверлить, расточка или нарезать резьбу.
• Базовые элементы: особенности разных поверхностей, которые должны оставаться позиционно связанными.
• Обработка: вероятное количество повторных зажимов на базовом трехкоординатном маршруте.
• Спрос: размер партии, годовой объем, график смен и ожидаемое количество переналадок.
• Кадровое обеспечение: остается ли оператор рядом или предполагается, что процесс будет выполняться самостоятельно в течение более длительного времени.

С учетом этой информации, ограничением становится не весь метод выбора, а перемещение инструмента. Далее можно перейти к обсуждению доступа к зажимным приспособлениям, крутящего момента шпинделя, вылета инструмента, потока стружки, измерения и количества операций, которые остаются вне станка.

Вертикальный и горизонтальный обрабатывающие центры: практическое различие

Фактор принятия решения	Вертикальный обрабатывающий центр	Горизонтальный обрабатывающий центр
Направление вращения шпинделя	Вертикальный шпиндель подходит к заготовке сверху.	Горизонтальный шпиндель подходит к заготовке сбоку.
Типичная работа	Плиты, пресс-формы, кронштейны, оснастка и детали мелкой и средней точности.	Корпуса, блоки клапанов, корпуса коробок передач, автомобильные детали и многофункциональные компоненты.
Доступ оператора	Обычно их проще увидеть, загрузить, проверить и отрегулировать.	Часто требует более тщательного планирования размещения оборудования и доступа.
Многосторонняя обработка	Может потребоваться перезажим или добавление вращающейся оси.	Отлично подходит для индексирования нескольких граней в одной конфигурации.
Управление чипом	Чипсы могут оставаться на горизонтальных поверхностях и в карманах.	Как правило, сила тяжести помогает стружке отваливаться от рабочей поверхности.
Стиль производства	Гибкий график работы в цехе и частые переналадки.	Повторное производство и процессы, где сокращение времени на переналадку имеет значение.
Инвестиции	Как правило, более низкие затраты на оборудование, приспособления и интеграцию.	Как правило, более высокая первоначальная стоимость, но при этом потенциальная экономия на каждой готовой детали.

Приведенная таблица — это отправная точка, а не правило закупки. Хорошо сконфигурированный вертикально-фрезерный станок может превзойти по производительности плохо спланированный горизонтально-фрезерный станок. Кроме того, использование горизонтально-фрезерного станка может быть излишним для цеха, производящего небольшие партии простых деталей верхней части кузова. Архитектуру станка и экономику производства необходимо рассматривать в совокупности.

Выбирайте VMC, когда гибкость важнее, чем многосторонняя печать.

Вертикально-фрезерный станок часто является наиболее практичным вариантом, когда обработка заготовки может выполняться преимущественно в одном направлении. Открытая визуальная взаимосвязь между шпинделем, столом, приспособлением и деталью также упрощает разработку технологического процесса для многих групп.

Изготовление оснований пресс-форм, плит, алюминиевых кронштейнов, приспособлений и прецизионной фурнитуры — это типичные задачи для вертикально-фрезерных станков. Такая компоновка также подходит для цехов, где работа в понедельник мало чем отличается от работы в пятницу. На 3-осевом вертикально-фрезерном станке замену тисков или зажимных плит можно производить без превращения каждой новой серии деталей в проект интеграции.

Что дает вертикальная компоновка производственной команде?

• Более низкие начальные затраты по сравнению с горизонтальной системой аналогичного размера.
• Хорошая видимость во время настройки, проверки и осмотра первого образца.
• Одна платформа может переключаться между фрезерованием, сверлением и нарезанием резьбы без использования специальных зажимных приспособлений.
• Стандартные тиски, зажимные пластины и распространенный цеховой инструмент легко найти и использовать повторно.
• Практичный вариант для смешанного производства и частых технических изменений.

Компромисс возникает, когда деталь должна иметь элементы со всех четырех сторон. Каждый этап повторной фиксации увеличивает время обработки и создает дополнительную возможность для ошибки базового элемента. Стружка также может скапливаться в глубоких углублениях, что может повлиять на срок службы инструмента или качество поверхности, если подача охлаждающей жидкости и откачка не спланированы должным образом.

Четвертый полюсный поворотный стол может частично заполнить этот пробел. Его стоит рассмотреть, когда многосторонняя обработка выполняется регулярно, но пока не оправдывает использование полноценного горизонтального обрабатывающего центра. Приспособление, вращательная нагрузка, доступная рабочая зона и доступ к инструменту по-прежнему необходимо проверять как единую систему.

Выбирайте HMC, когда частое использование становится узким местом.

Высокопроизводительный обрабатывающий станок (HMC) становится привлекательным, когда несколько поверхностей должны оставаться относительно одной и той же базовой точки. Благодаря индексации заготовки станок может обрабатывать несколько сторон без повторной ручной переустановки. Это особенно полезно для корпусов коробчатого типа, гидравлических компонентов, деталей трансмиссии, корпусов клапанов и других деталей с отверстиями или элементами крепления на разных поверхностях.

Что меняется, когда несколько лиц остаются в одной конфигурации?

• Меньшее количество переналадок при многогранной обработке.
• Более точный контроль позиционных взаимоотношений между лицами.
• Более естественное отслоение стружки происходит вдали от зоны резки.
• Более высокий потенциал для производства на поддонах или с более длительным циклом.
• Сокращение трудозатрат оператора при доработке оборудования и программ.

Эти преимущества не бесплатны. Проектирование оснастки обычно требует больших усилий, программирование и анализ столкновений требуют дисциплины, а станок может занимать больше площади и вспомогательного оборудования. Экономическое обоснование наиболее убедительно, когда сокращение времени наладки и стабильная производительность достигаются при обработке достаточно большого количества деталей.

Например, корпус, выпускаемый небольшими партиями и меняющийся каждую неделю, может быть проще в управлении на вертикально-фрезерном станке с поворотным зажимным приспособлением. Стабильный автомобильный корпус, выпускаемый месяц за месяцем, может оправдать использование горизонтально-фрезерного станка, поскольку сэкономленные настройки накапливаются в течение всего производственного года.

Представьте себе схему расположения одного из корпусов коробки передач.

На вертикально-фрезерном станке оператор может обработать верхнюю поверхность, обточить деталь, установить новую базовую точку и повторить процесс для остальных сторон. Такой способ обработки вполне приемлем для прототипов или небольших партий. Риск возрастает, когда каждое перемещение затрагивает отверстия и монтажные поверхности, которые должны оставаться взаимосвязанными.

На горизонтально-обрабатывающем станке один и тот же корпус можно индексировать, так что с помощью одного приспособления можно обрабатывать несколько поверхностей. Преимущество заключается не только в боковом расположении шпинделя. Это также уменьшает количество операций между связанными элементами. Ограничение состоит в том, что приспособление, программа, проверки на столкновения и объем производства должны быть достаточно отлажены, чтобы окупить дополнительную сложность.

Что означает показатель точности для вашей детали?

Покупатель не получает выгоды от показателя точности, указанного в коммерческом предложении. Ценность проявляется, когда форма отверстия, поверхности или рисунка отверстия остается в пределах допуска при повторной обработке деталей. Уточните, какая именно деталь была измерена, на каком участке перемещения, после какого времени прогрева и в каком приспособлении. Одного только вертикального или горизонтального шпинделя недостаточно для ответа на эти вопросы.

Это также помогает разграничить точность позиционирования и повторяемость. Международная организация по стандартизации описывает ISO 230-2 как метод проверки точности и повторяемости позиционирования осей станков с числовым программным управлением. С практической точки зрения, поставщик должен уметь объяснить, как была измерена заявленная точность, на какой модели, в каких условиях и имеется ли отчет о проверке.

Проще говоря, калибровка лазерного интерферометра проверяет, движется ли ось в том направлении, которое указывает система управления. Тестирование с помощью шарового стержня проверяет, насколько хорошо несколько осей перемещаются вместе по круговой траектории. В обзоре тестирования с помощью шарового стержня от Renishaw этот метод описан более подробно. Эти тесты помогают диагностировать станок, но ни один из них не заменяет пробную резку, основанную на критически важных для покупателя характеристиках.

Отчет подтверждает лишь часть истории. Разумный план приемки включает в себя пробную резку, которая подчеркивает взаимосвязь характеристик, действительно важных для покупателя. Перед согласованием теста необходимо предоставить чертеж, информацию о материале, предварительное приспособление, критические размеры и метод проверки. Стандартный алюминиевый блок может показать, что станок работает, но он может мало что сказать о длинном отверстии в чугунном корпусе.

Какой станок обходится дешевле в пересчете на одну исправную деталь?

Выбор между вертикальным и горизонтальным обрабатывающим центром становится более очевидным, когда стоимость обоих вариантов рассчитывается за единицу готовой детали, а не за единицу оборудования.

Вертикальный обрабатывающий центр обычно выигрывает в сравнении цен. Однако это не всегда означает, что он является более дешевым вариантом для производства. Высокопроизводительный обрабатывающий центр может частично окупить свои более высокие инвестиции за счет сокращения времени на переналадку, трудозатрат оператора, объема незавершенного производства и ошибок выравнивания.

Постройте сравнение на основе полной маршрутизации:

1. Оцените время выполнения каждой операции.
2. Добавьте время, затраченное на загрузку, разгрузку, зондирование, промывку и ручное перемещение.
3. Подсчитайте количество оборудования и определите необходимые квалификации для его установки.
4. Оцените износ инструмента и количество перерывов в процессе удаления стружки.
5. Указывайте ожидаемый риск доработки или брака на каждом этапе пересборки.
6. Сравните объемы производства за смену, месяц и год.

Для этого расчета не требуется излишняя точность. Даже простой диапазон цен лучше, чем сравнение цен на станки без учета производственной цепочки. Если HMC экономит всего несколько минут при производстве небольших годовых партий, VMC может остаться более предпочтительным вариантом. Если же он позволяет сократить две настройки при производстве корпусов для больших объемов, результат может выглядеть совсем иначе.

Что должно включать в себя полезное коммерческое предложение на оборудование?

Полезный запрос предложений должен затруднить поставщику получение шаблонного ответа. Предоставьте достаточно информации для обсуждения с инженерами:

• Двумерный чертеж и, при наличии, трехмерная модель.
• Состояние материала, а также любые твердые участки, литые поверхности или прерывистые срезы.
• Размеры и вес заготовки в необработанном и готовом виде.
• Критические допуски, базовые соотношения и требования к поверхности.
• Размер партии, годовой объем, график смен и частота переналадки.
• Предпочтительные требования к контроллеру, интерфейсу инструмента, измерительным приборам, системе охлаждения и автоматизации.
• Ограничения, связанные с производственным процессом, включают в себя площадь помещения, доступ для крана, электроснабжение и фундамент.

Затем попросите поставщика предоставить не только спецификацию, но и предлагаемый технологический процесс. В ответе должны быть указаны тип станка, запас хода, крутящий момент шпинделя и диапазон скоростей, производительность инструмента, концепция оснастки, ожидаемые настройки, план контроля качества, объем поставки, установка, обучение и послепродажная поддержка.

Как компания Zhihe CNC превращает чертеж в рекомендацию по выбору станка.

Компания Zhihe CNC начала свою деятельность в Чжуншане, провинция Гуандун, в 2018 году. В настоящее время её ассортимент включает вертикальные, горизонтальные, портальные, сверлильные и резьбонарезные, фрезерные и пятиосевые обрабатывающие центры. В опубликованном профиле компании указано более 21 патента, в том числе на разработки, связанные с конструкциями шпинделей, инструментальными магазинами, направляющими, зажимными приспособлениями и системами охлаждения.

Для отдельных моделей заявленная точность позиционирования может достигать +/-0,005 мм, а повторяемость — +/-0,003 мм в зависимости от серии станка, хода и конфигурации. Эти показатели полезны для отбора кандидатов. Для приемки компания Zhihe может обеспечить калибровку лазерного интерферометра, тестирование шарового стержня и пробную резку в рамках плана проверки, разработанного специально для проекта. Цель состоит в том, чтобы связать спецификацию с той функцией, которую заказчик действительно должен удерживать.

Наиболее полезной отправной точкой является не номер модели. Отправьте информацию о материале заготовки, ее размерах, требуемой точности, объеме производства и чертеж. Затем инженерная команда Zhihe сможет сравнить вертикальное и горизонтальное решения, соответствующие технологическому процессу, который фактически необходим для данной детали.

Представленный ассортимент продукции дает первое представление о доступных вариантах компоновки оборудования. Информация о заводе и компании добавляет контекст в области производства и контроля качества. Когда будет готов список кандидатов, отправьте информацию о детали и запросите рекомендацию, основанную на технологическом процессе, а не только на модели.

Вопросы, которые задают покупатели перед отправкой запроса на коммерческое предложение.

Ускорит ли горизонтальный обрабатывающий станок автоматическую резку детали?

Нет. Его преимущество часто проявляется между этапами резки: меньше переустановок зажима, меньше манипуляций и лучший доступ к нескольким поверхностям. Простая пластина может по-прежнему проходить через вертикально-фрезерный станок с меньшими усилиями и по более короткому общему маршруту.

Какой станок лучше подходит для изготовления пресс-форм?

Вертикальный обрабатывающий центр (VMC) обычно используется для изготовления небольших и средних пресс-форм, плит и оснований пресс-форм. Для крупных пресс-форм может потребоваться портальный обрабатывающий центр, а для сложных поверхностей может быть оправдана возможность использования пятиосевого оборудования.

Какой станок лучше подходит для изготовления деталей коробчатого типа?

Обрабатывающий станок с горизонтальным расположением режущего инструмента (HMC) обычно является подходящим вариантом, поскольку с помощью одного приспособления можно обрабатывать несколько поверхностей, а стружка, как правило, легче покидает зону резания.

Может ли VMC с четвертой осью заменить HMC?

Для некоторых типов деталей — да. Поворотный стол может уменьшить необходимость повторного зажима и обеспечить доступ с нескольких сторон. Перед принятием решения проверьте нагрузку при вращении, зазор между зажимным устройством и инструментом, ход инструмента, а также требуемую производительность.

Почему горизонтальный обрабатывающий центр обычно дороже?

Конструкция станка, поворотный стол, система управления стружкой, требования к оснастке, а также возможная конфигурация паллет или автоматизированного оборудования, как правило, увеличивают первоначальные инвестиции.

Какая информация необходима для точного расчета стоимости оборудования?

Предоставьте чертеж, информацию о материале, размерах сырья и готовой продукции, весе, критических допусках, размере партии, годовом объеме производства, предпочтительных параметрах контроллера, а также любые требования к автоматизации или контролю качества.

Как следует проверять точность оборудования перед отгрузкой?

Согласуйте геометрические и позиционные проверки, специфичные для данной модели, изучите имеющиеся отчеты по лазерной резке и резке с помощью шарового стержня и организуйте пробную резку, если риск для детали это оправдывает.

Возникают ли у VMC проблемы с откачкой пыли с микросхем?

Не обязательно, но стружка может оставаться в углублениях или на горизонтальных поверхностях. Подача охлаждающей жидкости, конструкция корпуса, удаление стружки и стратегия резки должны соответствовать материалу и геометрии детали.

В каких случаях создание HMC имеет финансовый смысл?

Обосновать целесообразность становится проще, когда стабильный объем производства позволяет сократить время на переналадку, использовать многостороннюю обработку, контролировать стружку и экономить время без участия оператора, что приводит к постоянной экономии.

Какой следующий шаг лучше всего предпринять перед выбором модели?

Попросите поставщика сравнить компоновку обоих станков, используя одну репрезентативную деталь и предлагаемый технологический процесс. Такое обсуждение гораздо ценнее, чем выбор модели только на основе параметров перемещения и скорости вращения шпинделя.

Нужна рекомендация по выбору станка? Отправьте в компанию Zhihe CNC один типовой чертеж детали с указанием материала, размера заготовки, критических допусков, ожидаемого размера партии и годового объема производства. Попросите инженерную группу предоставить сравнительный анализ вариантов: вероятные настройки, подход к оснастке, план контроля качества и обоснование того, почему вертикальный или горизонтальный обрабатывающий центр является лучшим вариантом для начала работы. Это даст вашей команде конкретные данные для анализа перед обсуждением номера модели.