Услуги фрезерования и токарной обработки на станках с ЧПУ: стратегический выбор режущего инструмента для унифицированной высокоэффективной обработки.

Благодаря услугам фрезерования и токарной обработки на станках с ЧПУ , дизайнеры могут вложить всю душу в оптимизацию конструкции, выбор материалов и соблюдение допусков. Однако один критически важный аспект, который часто недооценивают, скрыт в шпинделе станка — режущий инструмент.

Произвольный выбор режущих инструментов подобен забегу спринтеров в кожаных кроссовках, что не только ограничивает производительность, но и создает скрытые риски перерасхода средств и ухудшения качества. Истинное конкурентное преимущество возникает из понимания того, что режущие инструменты — это не расходные материалы, а активы.

В этой статье мы рассмотрим, что делают сегодня лучшие компании, занимающиеся фрезерованием на станках с ЧПУ, чтобы с помощью научных методов обработки материалов воплотить ваши чертежи в идеально изготовленные изделия.

Вы увидите, как знание инструментов, используемых в компании JS Precision, применяется на протяжении всего процесса фрезерования и токарной обработки на станках с ЧПУ, чтобы обеспечить вашему проекту быстрый старт с самого начала.

Краткое изложение ключевых ответов

Основные выводы

1. Процесс изготовления оснастки представляет собой ключевой инженерный мост, связывающий замысел проектирования с конечным физическим результатом изготовления изделия, и оказывает существенное влияние на стоимость, качество и сроки поставки .

2. Выбор стратегического подхода требует большего, чем просто покупка по каталогу, поскольку он предполагает тщательную координацию между материаловедением, динамикой станков и процессами обработки.

3. Своевременное взаимодействие между заинтересованными сторонами и поставщиками по вопросам решения проблем с инструментом является одним из лучших способов оптимизации общих затрат, связанных с услугами фрезерования и механической обработки на станках с ЧПУ .

4. Лучшие поставщики обеспечивают предсказуемость и воспроизводимость результатов, что позволяет получить конкурентное преимущество за счет создания баз данных инструментов и баз знаний о процессах.

Опыт компании JS Precision: эффективная стратегия использования инструмента при фрезеровании и токарной обработке на станках с ЧПУ.

В высокоточной обработке точность и эффективность фрезерования на станках с ЧПУ во многом зависят от профессионализма в выборе инструмента.

Компания JS Precision, обладающая более чем десятилетним опытом работы в сфере фрезерования и токарной обработки на станках с ЧПУ, предлагает профессиональную разработку и изготовление инструментов на заказ для более чем 500 клиентов в таких высокотехнологичных областях, как аэрокосмическая промышленность, медицина и возобновляемая энергетика.

Мы выполнили более 1000 проектов по серийной механической обработке сложных деталей. В среднем, эффективность обработки повысилась более чем на 30%, при этом процент брака остался ниже 0,5%.

Наши ключевые преимущества основаны на трех столпах:

• Собственная база данных инструментов и технологических процессов, полностью соответствующая стандарту ISO 13399 , интегрирующая параметры обработки для более чем 1000 деталей из различных материалов и с разными характеристиками , обеспечивает быстрый подбор наиболее подходящего инструментального решения.
• Тесное сотрудничество с ведущими мировыми поставщиками оснастки обеспечивает ранний доступ к специализированной оснастке и разработке специальных инструментов для конкретных деталей.
• Начиная с первоначального проектирования решения и среднесрочной оптимизации параметров и заканчивая мониторингом износа после обработки, комплексные услуги по управлению инструментом позволяют осуществлять сквозной контроль затрат на протяжении всего жизненного цикла.

В одном из таких проектов по механической обработке конструкционных элементов из титанового сплава для заказчика из аэрокосмической отрасли первоначальное решение с использованием универсального инструмента привело к циклу обработки в 12 часов на деталь и высокому износу инструмента.

Компания JS Precision выбрала инструменты с покрытием TiAlN, изготовленные по индивидуальному заказу, в сочетании с оптимизированными параметрами резания и динамическими стратегиями фрезерования , что позволило сократить цикл обработки до 7 часов на деталь, удвоить срок службы инструмента и снизить общую стоимость детали на 40%.

Хотите оптимизировать эффективность и стоимость вашего проекта по фрезерованию на станках с ЧПУ? Свяжитесь с командой инженеров JS Precision прямо сейчас, предоставьте чертежи деталей и требования к обработке, и получите бесплатное индивидуальное решение по оснастке и отчет с расчетом стоимости.

Почему стратегический выбор оснастки является основой услуг по фрезерованию и токарной обработке на станках с ЧПУ?

Инструмент — это гораздо больше, чем просто «режущий инструмент». В лучших услугах по высокоточной фрезерной и токарной обработке на станках с ЧПУ он является основным связующим звеном между достижением желаемого результата и фактическим воплощением проекта.

При выборе подходящих инструментов крайне важно точно выровнять геометрию инструмента, покрытия и материалы в соответствии с конкретными функциональными и точными требованиями. Игнорирование этого аспекта существенно влияет на эффективность процесса, его стоимость, качество и потенциал даже самых высокоточных фрезерно-токарных станков с ЧПУ .

Качественный аспект: Инструментарий — прямая гарантия точности.

Под инструментом подразумевается использование неподходящих материалов, поскольку это может привести к вибрации, деформации инструмента или другим проблемам, вызывающим ошибки в размерах или неровности поверхности.

Эффективный инструмент с оптимизированной геометрией канавок для стружки, прочным материалом инструмента или специальными покрытиями предотвращает трудности при резке, обеспечивая тем самым повышенную точность размеров и качество поверхности деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ. При обработке зубчатых передач используются высокоточные инструменты с покрытием, позволяющие поддерживать шероховатость поверхности зубьев ниже Ra0,8 мкм.

Фактор стоимости: Высокопроизводительные инструменты обеспечивают лучшую экономическую эффективность.

Хотя инструменты низкого качества стоят дешевле в пересчете на единицу продукции, они быстро изнашиваются и медленно обрабатывают материал.

Высокопроизводительные режущие инструменты стоят дорого, но высокая скорость подачи, длительный срок службы инструмента и высокий процент успешного изготовления с первого раза могут снизить общие затраты на обработку. Видно, что высококачественные инструменты повышают эффективность обработки более чем на 30% и могут снизить общие затраты на 25-35%.

Аспект эффективности: Сокращение времени, не затрачиваемого на резку, для повышения производительности.

Модульные быстросменные держатели инструмента, прецизионные устройства для установки инструмента и научно обоснованное управление сроком службы инструмента могут помочь сократить время простоя станка, что имеет большое значение для автоматизированной обработки и срочной доставки заказанных товаров . В этом отношении модульная инструментальная система может сократить время смены инструмента с 15 минут до 3 минут.

Рисунок 1. Различные типы фрез.

Как добиться высокой точности при обработке на станках с ЧПУ (фрезерование и токарная обработка)?

Достижение допусков ±0,01 мм и выше является ключевой ценностью услуг по фрезерованию и токарной обработке на станках с ЧПУ. Это также влияет на точность станков и в значительной степени зависит от стратегий выбора инструмента . Только благодаря комплексной оптимизации режущих инструментов, процессов и условий эксплуатации можно достичь точности, требуемой в производстве высококачественной продукции.

Сопротивление деформации под действием силы резания: жесткость — основа точности.

Высокоточная обработка деталей предполагает использование коротких и прочных режущих инструментов в соответствии с рекомендациями ANSI/ASME B94.19 . При обработке глубоких полостей необходимо использовать динамически сбалансированные, виброгасящие зажимные приспособления. Например, при обработке отверстия, в 10 раз превышающего размер обрабатываемой детали, погрешность прямолинейности может быть ограничена 0,005 мм/м.

Методы микросмазки и охлаждения: регулирование температуры для надежной работы.

При обработке труднообрабатываемых материалов, таких как титановые сплавы и нержавеющая сталь, обычные смазочно-охлаждающие жидкости неэффективны для достижения обрабатываемой кромки.

Использование технологии обработки туманом или технологии внутреннего охлаждения под высоким давлением , а также защитных покрытий обеспечивает эффективный контроль температуры и тепловой деформации. Технология внутреннего охлаждения под высоким давлением может снизить температуру обработки более чем на 40%, гарантируя определенную стабильность точности обработки.

Прогнозирующее управление износом инструмента: предотвращение рисков, связанных с точностью обработки, на ранней стадии.

Смещение точности можно считать результатом износа инструмента. Лучшие компании, занимающиеся фрезерованием с ЧПУ, разработали модели для прогнозирования срока службы на основе анализа данных резания. Возможность компании JS Precision контролировать данные позволяет изменять точность в пределах ±0,002 мм.

Требуются максимальные допуски? Свяжитесь с JS Precision по нашей сервисной горячей линии, сообщите необходимые допуски и материал, и мы предоставим бесплатный отчет по анализу DFM (технологичность изготовления), который поможет разработать стратегию оснастки и технологического процесса для обеспечения максимальных допусков.

Материал имеет значение: как ведущие компании, занимающиеся фрезерованием с ЧПУ, подбирают инструменты для каждой задачи.

Для каждого материала требуются совершенно разные инструменты, поэтому обобщенные подходы неактуальны. Успешные компании, занимающиеся фрезерованием на станках с ЧПУ, имеют свои собственные запатентованные решения. Основные моменты, которые необходимо учитывать при выборе между тремя наиболее распространенными материалами, следующие:

Алюминиевые сплавы: стремление к эффективности и качеству поверхности.

Алюминиевые сплавы обладают высокой вязкостью, поэтому для их обработки требуются инструменты с большими углами заточки и значительным пространством для стружки. Использование полироли на основе AlCrN для предотвращения образования наростов на кромке позволяет достичь высокой скорости съема металла и идеально полированной поверхности , что сокращает цикл обработки алюминиевых дисков в автомобильной промышленности на 30%.

Нержавеющие стали и высокотемпературные сплавы: соответствие требованиям прочности и упругости.

Следует отметить, что нержавеющая сталь и высокотемпературные сплавы обладают как твердостью, так и ударной вязкостью. Это приводит к необходимости использования высокотермостойких и износостойких инструментов для обработки. Применение мелкозернистой твердосплавной матрицы с покрытием TiAlN/AlTiN и режущих кромок является весьма эффективным и используется для успешной обработки медицинских имплантатов из нержавеющей стали 316L.

Композитный материал: Специализированная технология защиты от расслоения.

Композиты из углеродного волокна, армированного полимером (CFRP), обладают высокой абразивностью и низкой межслойной прочностью, поэтому необходима специализированная концевая фреза с покрытием PCD. Использование острых кромок может облегчить резку волокон. В аэрокосмической отрасли процент сокращения отходов может снизиться с 15% до менее 2% .

Рисунок 2. Фреза с покрытием из TiAlN.

Ключевые параметры и стратегии для оптимизации услуг фрезерной и механической обработки на станках с ЧПУ.

Координация основных параметров инструмента имеет первостепенное значение для оптимальной обработки деталей на станках с ЧПУ. Научно обоснованное сочетание стратегий должно обеспечить баланс между эффективностью, качеством и стоимостью.

Количество и гибкость балансировочных инструментов

Управление большим набором инструментов обходится дорого. Современный подход заключается в создании базового инструмента, который был бы гибким, способным адаптироваться к большинству специфических требований благодаря сменным головкам, удлинительным штангам и т. д., а также способным к многовидовому и мелкосерийному производству . Подход компании JS Precision позволяет сократить складские запасы инструментов на 40% и удовлетворить более 95% потребностей в обработке.

Скоординированная оптимизация скорости подачи и скорости вращения шпинделя.

Простое увеличение скорости вращения шпинделя не обязательно приводит к повышению эффективности. Необходимо совместно установить параметры в соответствии с оптимальной скоростью резания и подачей на зуб.

Высокоскоростная резка предполагает малую глубину резания и высокую подачу , опираясь на высокопрочные инструменты и динамические характеристики станка. Таким образом, она позволяет повысить эффективность обработки штамповой стали на 40%.

Управление цифровыми инструментами и моделирование

Интеграция 3D-моделей инструментов с компенсационными значениями в CAM-систему и станок позволяет осуществлять виртуальное моделирование для предотвращения столкновений. Цифровое управление запасами и сроком службы обеспечивает точное приобретение и замену деталей, что является стандартом современной обработки . Время пробной резки сокращается на 60%, а повреждение оборудования предотвращается.

Для каких типов деталей необходима синергия фрезерования и токарной обработки на станках с ЧПУ?

Что касается сложных заготовок, содержащих вращающиеся элементы и имеющих неправильную форму, то синергетический эффект преимуществ фрезерования и токарной обработки с ЧПУ (комплексный подход к фрезерованию и токарной обработке) очень велик, что позволяет значительно повысить точность и эффективность обработки.

Высокоточные корпуса клапанов и соединители

Высокоточные корпуса клапанов и соединители часто имеют эксцентричные системы отверстий и сложные торцевые канавки. Фрезерно-токарный центр может выполнить токарную обработку, фрезерование и нарезание резьбы за одну установку, избегая вторичных ошибок зажима. Гидравлическая обработка корпусов клапанов позволяет контролировать допуски по положению в пределах ±0,008 мм, обеспечивая 99% успеха.

Рабочие колеса и гребные винты

Рабочее колесо и пропеллер имеют сложные поверхности произвольной формы, и сочетание токарной и фрезерной обработки позволяет выполнять контурную прецизионную обработку при вращении заготовки, что является оптимальным решением для эффективного и высокоточного производства . Цикл обработки рабочих колес авиационных двигателей может быть сокращен на 50%.

Многогранные прецизионные валы

Для изготовления прецизионных многогранных валов необходимо формирование шпоночного паза и создание плоской поверхности. Традиционно это включает несколько этапов зажима. В фрезерно-токарных станках вал может быть обработан фрезерованием после токарной обработки, что сокращает количество этапов процесса и повышает точность. Прецизионная обработка валов электродвигателей позволяет корректировать погрешность соосности до 0,005 мм , а эффективность повышается на 35%.

Сложные компоненты с проблемами точности зажима? Предоставьте, пожалуйста, ваши 3D-чертежи, и компания JS Precision определит возможность обработки на токарно-фрезерном станке и предложит комплексное решение по механической обработке.

Рисунок 3. Токарно-фрезерный станок с ЧПУ, известный своей точностью и аккуратностью, может объединять два процесса и выполнять их одновременно.

Как новые инструментальные технологии изменят услуги фрезерования и токарной обработки на станках с ЧПУ?

Постоянно меняющаяся природа инструментальных технологий продолжает расширять границы возможностей фрезерно-токарной обработки на станках с ЧПУ , обеспечивая преодоление ограничений традиционных методов обработки для повышения точности производства.

Интеллектуальные инструменты и мониторинг процессов

Интеллектуальные технологии позволяют интегрировать микросенсоры для мониторинга сил резания, температуры и других факторов. Технология взаимодействует с системой станка , обеспечивая адаптивную обработку, прогнозируя износ компонентов и повышая стабильность обработки на 60%. Технология обеспечивает снижение уровня брака.

Гибридная добавка и вычитатель

Гибридное аддитивно-субтрактивное производство сочетает лазерное напыление металла с последующим прецизионным фрезерованием. Это позволяет ремонтировать дорогостоящие детали и изготавливать пресс-формы с конформными каналами охлаждения, повышая эффективность охлаждения на 40% и ускоряя процесс формования.

Нанопокрытие и специально разработанная подложка

Ультрананопокрытия повышают твердость и смазывающие свойства поверхности. Специализированные твердосплавные подложки могут быть изготовлены с учетом особенностей конкретных материалов , что увеличивает срок службы инструментов при высокотемпературной обработке сплавов в 3-5 раз.

Хотите быть в авангарде и воспользоваться преимуществами инновационных технологий в области инструментального производства? Просто ознакомьтесь с технологическим документом JS Precision и узнайте, как опередить будущие тенденции в производстве.

Пример из реальной практики: корпуса аэрокосмических датчиков, обеспечивающие повышение эффективности на 30% и точность ±0,005 мм.

Проблемы клиентов

Задача заключалась в механической обработке корпуса датчика из алюминиевого сплава 7075 , имеющего канал для потока жидкости с соотношением глубины и ширины 8:1, толщину стенки 0,8 мм, при этом допуск должен составлять ±0,005 мм. Предыдущее стандартное решение для обработки деталей характеризовалось вибрацией, колебаниями размеров более 0,01 мм, чистотой поверхности канала для потока жидкости Ra 1,6 мкм, временем цикла 8 часов на деталь и лишь 85% выходом годной продукции, что делало массовое производство невозможным.

JS Precision Solution

Компания JS Precision сформировала специализированную техническую команду и разработала комплексный план оптимизации, включающий три этапа, на основе всестороннего анализа характеристик деталей и проблемных моментов технологического процесса:

1. Реинжиниринг инструментов:

Вместо универсальных инструментов, для чистовой обработки тонкостенных поверхностей была внедрена высокопрочная концевая фреза малого диаметра с антивибрационными свойствами, позволяющая уменьшить воздействие силы резания на тонкие стенки. Разработана специальная концевая фреза с длинной шейкой и острым лезвием с закругленным концом для глубоких и узких каналов потока, а также используется система внутреннего охлаждения высокого давления для обеспечения эффективного удаления стружки.

2. Реструктуризация процессов:

Традиционный метод контурной черновой обработки впоследствии был заменен динамическим методом фрезерования — трохоидальным фрезерованием. Этот метод предполагает использование больших ступенчатых расстояний с малой глубиной резания, что обеспечивает постоянные силы резания и, следовательно, повышает эффективность обработки шероховатых поверхностей, снижая износ инструмента.

3. Оптимизация параметров:

Скорость вращения шпинделя, скорость подачи и глубина резания были точно оптимизированы для каждого этапа токарной и фрезерной обработки, начиная с черновой токарной и фрезерной обработки, на основе библиотеки параметров, предоставленной производителем инструмента, и базы данных характеристик станков компании JS Precision.

Результат

• Повышение эффективности: время обработки одной детали сократилось с 8 часов до 5,6 часов , или на 30%, благодаря повышению эффективности черновой обработки и высокой успешности чистовой обработки.
• Прорыв в точности: допуски на тонкостенные детали поддерживались на уровне ±0,005 мм, а плоскостность монтажных поверхностей составляла 0,01 мм.
• Оптимизация качества и стоимости: качество поверхности достигло значения Ra 0,8 мкм, а выход годной продукции улучшился до 99,5%, при этом стоимость инструмента снизилась на 15%.

Сталкивались ли вы с аналогичными сложными задачами по обработке деталей? Поделитесь проблемами, возникающими в ходе проекта, и компания JS Precision предложит индивидуальные решения для достижения результатов в виде снижения затрат и повышения эффективности.

Рисунок 4. Различные типы корпусов датчиков.

Часто задаваемые вопросы

В1: Как выбрать подходящие режущие инструменты для моего проекта по обработке на станке с ЧПУ?

Выбор инструмента во многом зависит от обрабатываемого материала, типа вырезаемого элемента, точности допусков и мощности вашего станка. Всегда рекомендуется ориентироваться на базовый ассортимент, предлагаемый надежными поставщиками режущих инструментов. В более сложных случаях следует обратиться за консультацией к профессионалам, таким как JS Precision .

В2: Какую часть стоимости обработки может в среднем составлять стоимость режущего инструмента?

Хотя стоимость режущего инструмента обычно составляет от 3% до 8% от общей стоимости обработки, она напрямую влияет на стоимость времени работы станка в верхнем ценовом сегменте. Использование высококачественного режущего инструмента для сокращения времени обработки обходится дороже, чем другие варианты, если рассматривать их в экономическом масштабе.

В3: Каковы основные характеристики режущих инструментов, используемых при обработке нержавеющей стали?

В частности, наиболее важными свойствами режущего инструмента при обработке нержавеющей стали являются высокая жесткость для сопротивления силам резания , острая режущая кромка для предотвращения упрочнения при обработке, а также наличие высокотемпературных защитных слоев с хорошей термостойкостью (например, AlTiN).

Вопрос 4: Всегда ли для высокоскоростной обработки (ВЗО) требуется специальный инструмент?

Верно. Инструменты HSM, как правило, обладают геометрическими характеристиками, которые помогают снизить силы резания во время работы. Держатели инструмента, такие как HSK, требуют высокой точности, а также более высокой степени динамической балансировки для плавной работы на высоких скоростях.

В5: Какие конкретные моменты следует учитывать при выборе фрезерной головки для токарной обработки?

Особое внимание следует уделить его максимальной скорости, крутящему моменту и радиальной или осевой грузоподъемности . Он должен соответствовать возможностям оси C станка или револьверной головки, а жесткость, обеспечиваемая интерфейсом крепления инструмента (CAPTO, HSK-E и т. д.), должна учитываться для обеспечения стабильности в процессе обработки.

В6: Зачем может потребоваться работать с инструментами, размер которых меньше конечного размера объекта?

Использование инструментов меньшего размера при обработке углов обеспечит удаление любого материала, оставшегося в углах после обработки инструментами большего размера, до которых они могут не дотянуться. Такой этап необходим для определения конечных размеров детали.

В7: Какую уникальную поддержку предлагает компания JS Precision своим клиентам?

Наша служба поддержки охватывает весь процесс, от первоначального анализа целесообразности и рекомендаций по выбору системы до управления сроком службы системы и настройками параметров в процессе производства. Накопленные нами знания в этой области помогают избежать проб и ошибок и позволяют вам сразу же применять лучшие практики.

В8: Какова процедура подтверждения заказа после получения предложения по обработке на станке с ЧПУ?

Процесс проходит довольно гладко. После получения подтверждения предложения мы вышлем вам договор, который вы должны будете подписать, вместе с предоплатой в размере 30-50%. Затем мы активируем процесс закупки материалов и планирования производства, а также создадим панель управления проектом.

Краткое содержание

В высокоточном производстве стратегия выбора оснастки является одним из ключевых факторов, определяющих успех или неудачу. При этом устанавливается связь между материалами, станками и процессами, а также осуществляется преобразование проектных чертежей в точные физические объекты.

Компания JS Precision это прекрасно понимает. Мы предоставляем не только услуги фрезерования и токарной обработки на станках с ЧПУ, но и выступаем в качестве дополнения к вашей производственной команде: инженерного партнера с глубокими знаниями и опытом в области инструментального производства.

С момента предоставления нам ваших чертежей стратегия оснастки включается в решение и служит фундаментальной гарантией прочной и эффективной основы для проекта.

Действуйте прямо сейчас и раскройте весь потенциал профессиональной стратегии использования инструментов, способных кардинально изменить ситуацию.

Обратитесь к экспертам по технологическим процессам в JS Precision, чтобы заказать бесплатный анализ целесообразности обработки и предварительные рекомендации по выбору оснастки для вашего следующего критически важного компонента. Давайте вместе превратим ваши сложные проекты в конкурентное преимущество, лидирующее на рынке.