Dreje- og fræsemaskine med dobbelt spindel: Typer, fordele og købsvejledning

En dobbeltspindlet dreje- og fræsemaskine tager alt, hvad der gør en standard CNC-drejebænk nyttig og fellerdobler derefter outputtet, tilføjer fuld fræsekapacitet og afslutter dele fuldstændigt i en enkelt opsætning. I stedet for at flytte et emne fra et drejningscenter til et bearbejdningscenter og tilbage igen - akkumulerer opsætningsfejl, håndteringstid og planlægningsforsinkelser ved hver overførsel - håndterer et dobbeltspindlet mølledrejecenter hele bearbejdningssekvensen fra råt stangmateriale til færdigt emne, uden at operatøren rører det mellem operationerne. Denne vejledning dækker, hvordan disse maskiner er bygget, de forskellige tilgængelige konfigurationer, hvilke applikationer der retfærdiggør investeringen, og hvad man skal vurdere, når man vælger mellem muligheder.

Hvordan en dobbeltspindel dreje- og fræsemaskine faktisk fungerer

A dobbelt-spindlet dreje- og fræsemaskine — også kaldet et dobbeltspindlet fræse-drejecenter, dobbeltspindlet multitasking-drejebænk eller drejemølle-bearbejdningscenter — integrerer to uafhængige arbejdsholdende spindler og fræsekapacitet med levende værktøj i et enkelt maskinkabinet. De to spindler er det afgørende træk. Den hovedspindel holder og roterer emnet til de indledende drejeoperationer, præcis som en konventionel CNC drejebænk ville. Den underspindel (også kaldet modspindelen eller sekundærspindelen) er placeret koaksialt modsat hovedspindelen - den kan bevæge sig langs Z-aksen for at gribe fat i den bearbejdede forside af delen, acceptere en synkroniseret overførsel fra hovedspindelen og derefter præsentere den modsatte (bagside) side af delen til skæreværktøjerne uden nogen manuel genspænding eller genpositionering.

Det aktive værktøjssystem er indbygget i revolveren - den værktøjsholdende tromle, der indekseres for at præsentere forskellige skæreværktøjer til emnet. I modsætning til et standarddrejningstårn, som kun rummer statiske drejeværktøjer, monterer et levende værktøjsrevolver roterende værktøjer såsom endefræsere, boremaskiner, haner og oprømmere, der drives af en uafhængig motor indbygget i tårnet. Disse spændingsførende værktøjer er aktive, når hoved- eller underspindelen er låst i en specifik vinkelposition via C-aksestyring, hvilket gør det muligt for maskinen at fræse flade, bore off-center huller, bearbejde krydshuller, skære slidser og tapgevind - operationer, der ville kræve et separat bearbejdningscenter på ethvert konventionelt drejecenter.

De mest kapable drejemøllemaskiner med dobbelt spindel tilføjer en Y-akse til revolverhovedet - lineær bevægelse vinkelret på både spindelens midterlinje og værktøjets tilgangsretning. Dette er, hvad der tillader ægte fræseoperationer med lige vægge, flade lommer og off-center funktioner, som er geometrisk umulige at fremstille med kun X- og Z-aksebevægelser. Kombinationen af ​​to spindler, strømførende værktøj, C-aksestyring og Y-aksebevægelse giver en dobbeltspindlet dreje- og fræsemaskine mulighed for at færdiggøre komplekse dele i en enkelt spænding, fra råmateriale til færdige dimensioner, på alle seks flader.

Maskinkonfigurationer: Fra sub-spindle drejebænke til fulde fleraksede mølledrejecentre

Dreje- og fræsemaskiner med dobbelt spindel findes på tværs af et bredt kapacitetsspektrum. Den passende konfiguration afhænger af delens kompleksitet, produktionsvolumen og hvilke operationer, der skal udføres i en enkelt opsætning.

Twin-Spindle Drejecentre med Live Tooling

På indgangsniveauet i kategorien med dobbeltspindler findes dobbeltspindlede drejecentre med strømførende værktøj, men uden Y-akse. Disse maskiner har modstående hoved- og underspindler, et tårn med levende værktøj og C-aksekontrol på begge spindler. De håndterer den fulde front-to-back vende- og boresekvens på dele, der kræver huller og funktioner på spindelens midterlinje, men de kan ikke producere off-center fræsede funktioner eller lommer med lige vægge. Denne konfiguration er almindelig i bil- og hydraulikproduktion, hvor dele kræver komplet OD- og ID-drejning plus centerlinjeboring og anboring i begge ender - men ikke kompleks fræsegeometri.

Dobbelt-spindel mølle-drejecentre med Y-akse

Tilføjelse af en Y-akse til tårnet låser op for maskinens fulde fræsekapacitet. Med Y-aksevandring på typisk ±40 til ±60 mm, kan maskinen producere funktioner ved enhver forskydning fra spindelens midterlinje - kilespor, flade, off-center boringer, lommer, slidser og konturerede overflader. Y-aksen muliggør også ægte excentrisk drejning ved hjælp af interpoleret C- og Y-aksebevægelse til knastprofiler og ikke-runde funktioner. Maskiner i denne kategori dækker størstedelen af ​​komplekse rumfarts-, medicinske og præcisionstekniske dele, som tidligere krævede både et drejecenter og et lodret eller vandret bearbejdningscenter for at færdiggøre. Haas DS-30Y, Hurco TMXMYS og YCM B8-SY er repræsentative eksempler på denne klasse.

Twin-Spindle, Twin-Turret-maskiner med dobbelte Y-akser

De højeste kapacitets-dreje- og fræsemaskiner med dobbelt spindel tilføjer et andet revolverhoved - typisk placeret under spindlens midterlinje - og giver uafhængig Y-aksekontrol på både øvre og nedre tårne. Dette betyder, at to separate værktøjsstationer kan skære samtidigt på et enkelt emne: Det øverste revolverhoved kan groftdreje OD, mens det nederste revolverhoved borer ID'et, hvilket halverer den samlede cyklustid for boretunge dele. Når sub-spindelen accepterer delen efter front-face-fuldførelse, er begge revolvere igen tilgængelige - en til bagbearbejdning i sub-spindelen, en samtidig skærer en ny del i hovedspindelen. Doosans PUMA TT2100SYY og Mazaks INTEGREX-serie repræsenterer denne klasse, som er standard inden for højproduktion inden for rumfarts-, forsvars- og medicinsk udstyrsfremstilling, hvor både cyklustid og maskinudnyttelse er kritisk.

Fleraksede dobbeltspindel drejefræsecentre med B-akse

Den mest egnede kategori tilføjer et drejeligt B-akset fræsehoved - en spindel i centerstil til bearbejdning, der kan vippe gennem et område på typisk ±90° - til den dobbeltspindlede platform. B-aksen tillader 5-akset samtidig interpolation på komplekse konturer som turbinebladsprofiler, sammensatte vinkelboringer og tilspidsede funktioner i vilkårlige vinkler. Maskiner med et ægte B-akse fræsehoved, såsom dem i Mazak INTEGREX e-serien eller DMG Mori NTX-serien, er i det væsentlige komplette bearbejdningscentre med tilføjet drejeevne, snarere end det omvendte. Værktøjskapaciteter når 80 til 120 værktøjspositioner i automatiske værktøjsskiftere (ATC), og aksetællinger når 9 eller mere på de mest komplekse konfigurationer.

Nøgleakser og hvad hver enkelt muliggør

Forståelse af aksekonfigurationen af en dobbeltspindlet dreje- og fræsemaskine er udgangspunktet for at vurdere, om en specifik maskine kan færdiggøre en specifik del. Tabellen nedenfor kortlægger hver akse til dens fysiske bevægelse og den bearbejdningsevne, den låser op.

Produktionsfordele i forhold til enkelt-spindel og separat-maskine tilgange

Forretningsgrundlaget for en dobbelt-spindlet dreje- og fræsemaskine hviler på flere sammensatte produktivitetsfordele, der akkumuleres på tværs af hver delcyklus.

Eliminering af opsætninger og håndtering mellem maskiner

I en konventionel bearbejdningsarbejdsgang kræver en rotationssymmetrisk del, der kræver frontvending, bagsidedrejning og fræseoperationer, mindst tre separate opsætninger på tværs af to eller tre forskellige maskiner. Hver overførsel mellem maskiner introducerer repositioneringsfejl, efterhånden som delen fastspændes igen i en ny fikstur eller spændepatron. Disse akkumulerede fejl er grunden til, at dele med snævre tolerancer med funktioner på flere flader er svære at holde på konventionelle multimaskine-routings - hver genudtagning tilføjer sin egen udløbs- og positionsfejl. En dobbeltspindel dreje- og fræsemaskine eliminerer enhver mellemliggende opsætning: delen spændes én gang i hovedspindelen, bearbejdes fuldstændigt på forsiden, overføres automatisk til underspindelen med en programmeret synkroniseret overførselscyklus og bearbejdes fuldstændigt på bagsiden - alt sammen i ét kontinuerligt program. Resultatet er del-til-del repeterbarhed, som matchede bearbejdningscentertolerancer ikke konsekvent kan opnå.

Samtidig skæring på begge spindler

Twin-turret dual-spindle maskiner tillader to skæreoperationer at fortsætte samtidigt - en på hovedspindelen og en på underspindelen - i det, der kaldes overlappende operation or balance skæring . Mens sub-spindelen fuldfører bagside-operationerne på del N, begynder hovedspindelen front-face-operationer på del N 1, som blev stang-fremført automatisk under sub-spindel-cyklussen. Denne overlapning eliminerer den dødtid mellem dele, der er uundgåelig på enkelt-spindlede maskiner. På højvolumenproduktionsdele - lejehuse til biler, hydrauliske ventilhuse, pumpehjul - reducerer overlappende drift rutinemæssigt den effektive cyklustid pr. del med 30 til 50 procent sammenlignet med sekventiel enkelt-spindel behandling.

Udført-i-én-bearbejdning og reduceret arbejds-i-proces

Når dele forlader den dobbeltspindlede drejning og fræsemaskine komplet - alle dreje-, fræsnings-, bore-, anborings- og efterbehandlingsoperationer er udført - falder lagerbeholdningen i processen dramatisk. Dele er ikke i kø mellem operationer, der venter på maskinens tilgængelighed, opsætningstid eller operatørens opmærksomhed. Gulvplads optaget af igangsstativer, inter-maskine transportører og de flere maskiner, der udskiftes, genvindes. Leveringstider fra råmateriale til færdig komprimering af dele fra dage (på tværs af flere maskinkøer) til timer (en enkelt maskincyklus). For forretninger med høj miks og mindre volumen betyder det, at et bredere udvalg af varenumre kan køres økonomisk på en enkelt maskinplatform med korte omstillingstider.

Forbedringer i nøjagtighed og gentagelighed

CNC-nøjagtighed på en dobbeltspindel dreje- og fræsemaskine blander sammen på tværs af alle operationer, fordi delen aldrig forlader det kontrollerede miljø i maskinens koordinatsystem mellem operationer. Funktioner, der er bearbejdet på forsiden, refereres til det samme datum som funktioner, der er bearbejdet på bagsiden - der er ingen opsætning-til-opsætning datum-forskydning, som der ville være på to separate maskiner. På præcisionsaksler med koaksiale for- og bagfunktioner, oversættes dette direkte til snævrere totaludløbs- og koncentricitetstolerancer. Moderne dobbeltspindlede mølle-drejemaskiner med lineær glasskala-feedback og termisk kompensation opnår positioneringsrepeterbarhed på ±0,002 mm eller bedre på tværs af alle akser, hvilket gør det muligt at bearbejde dele til jordtolerance-ækvivalenter uden en sekundær slibeoperation på mange funktioner.

Industrier og deletyper, der gavner mest

Dreje- og fræsemaskiner med dobbelt spindel leverer det stærkeste produktivitets- og kvalitetsafkast på delfamilier med specifikke egenskaber: rotationssymmetri, funktioner i begge ender, fræsede eller borede off-center funktioner og mellemstore til høje produktionsvolumener. Disse egenskaber koncentreres i en håndfuld industrier.

• Komponenter til drivaggregater til biler: Knastaksler, krumtapakseltapper, transmissionsindgangsaksler, differentialhusflanger, turboladerhjul og ABS-sensorringe kombinerer alle dreje- og fræsefunktioner på begge sider. Bilvolumen og omkostningstryk gør cyklustidsreduktionen af ​​dobbeltspindlede maskiner direkte bankbar. Muratecs maskiner i MW-serien er specifikt nævnt som den platform, hvorpå der produceres flere drejedele til biler end nogen anden drejebænk.
• Luftfartskonstruktioner og motorkomponenter: Titanium- og Inconel-komponenter til flyskrog og motorer kræver ofte drejning med snæver tolerance kombineret med komplekse fræsede lommer, sammensatte vinkelboringer og borede mønstre på flere flader. Materialeomkostningerne og kravene til sporbarhed for fly- og rumfartsdele gør færdigbearbejdning attraktiv – minimering af håndtering reducerer risikoen for skader, forurening og dokumentationsgab mellem operationer.
• Medicinsk udstyr: Ortopædiske implantater, kirurgiske instrumentkomponenter og diagnostisk hardware kræver både præcisionen af CNC-drejning og den geometriske kompleksitet af multi-face fræsning, ofte i titanium, kobolt-krom eller rustfrit stål. Medicinske batchstørrelser er typisk små, og delegeometrien er kompleks - præcis de forhold, hvor et dobbeltspindlet mølledrejecenter, der erstatter fire separate operationer, er mest omkostningseffektivt.
• Olie og gas borehulsværktøj: Ventilhuse, manifoldblokke, borekravekomponenter og forbindelsesfittings i 4140, 17-4 PH rustfrit stål og Inconel kræver drejekapacitet med stor diameter kombineret med krydsborede huller, fræsede flade og gevindfunktioner. Dobbeltspindeldreje- og fræsemaskiner med stor borekapacitet (100-200 mm gennemgående hul) håndterer disse komponenter i én opsætning, hvor en konventionel fræsning ville kræve fire eller fem operationer.
• Hydrauliske og pneumatiske komponenter: Ventilspoler, aktuatorhuse, manifoldblokke og pumpeaksler kombinerer præcisionsboringstolerancer, OD-drejning og flere krydsborede eller fræsede portfunktioner - en delprofil, der er ideel til dobbeltspindlet fræsedrejning.
• Præcisionsaksel- og spindelkomponenter: Dele med kritiske koaksiale for- og bagfunktioner - encoder-aksler, spindelpatroner, præcisionsslebne aksler - drager især fordel af den enkeltopsætningsnøjagtighed, som dobbeltspindelige maskiner giver ved at eliminere genindspænding mellem front- og bagsideoperationer.

Kritiske specifikationer at vurdere, når du vælger en maskine

Dreje- og fræsemaskiner med dobbelt spindel spænder fra mellemstore produktionsdrejebænke, der starter omkring $150.000 til fulde multi-akse fræsedrejecentre, der overstiger $1.000.000 for de mest egnede konfigurationer. At vælge den rigtige maskine kræver, at specifikationer matcher de faktiske krav til de dele, der produceres - ikke at købe kapacitet, der aldrig vil blive brugt, og ikke underspecificere en maskine, der vil begrænse produktionen fra dag ét.

Spindelkraft og hastighedsområde

Hovedspindeleffekten til dobbeltspindlede dreje- og fræsemaskiner varierer typisk fra 15 HK (11 kW) på kompakte stangbearbejdningsmaskiner til 45 HK (33 kW) eller mere på produktionsmaskiner med stor diameter. Sub-spindeleffekt er generelt 50 til 70 procent af hovedspindeleffekten. Hastighedsområdet har betydning for både drejning og drift af værktøj — hovedspindelhastigheder på 4.000 til 6.000 omdr./min. dækker størstedelen af ​​drejede materialer; levende værktøjsmotorhastigheder på 3.000 til 6.000 omdr./min. giver plads til endefræsere og bor på tværs af det typiske størrelsesområde for drejede dele. For titanium og andre legeringer, der er svære at bearbejde, skal du kontrollere, at maskinen giver tilstrækkeligt drejningsmoment ved lav hastighed til kraftige skrub-skæringer, ikke kun høje omdrejninger pr. minut til efterbearbejdning.

Stangkapacitet og borepatronstørrelse

Stangkapacitet - den maksimale stangdiameter, der passerer gennem hovedspindelen - begrænser direkte, hvilke dele der kan stangfødes på maskinen. Almindelige stangkapaciteter spænder fra 42 mm (1,65 tommer) for kompakte præcisionsmaskiner op til 100 mm eller større for kraftige produktionsmaskiner. Underspindelens gennemgående huldiameter er typisk mindre end hovedspindelen - kontroller, at den rummer de dele, der overføres, hvis der er behov for gennemboring på underspindelen. Chuckstørrelser (6-tommer, 8-tommer, 10-tommer) bestemmer den maksimale grebsdiameter for spændepatroner, der overstiger stangkapaciteten.

Y-akse rejser

Y-aksens vandring bestemmer den maksimale forskydning fra centerlinjen, ved hvilken fræseoperationer kan udføres. Til de fleste drejede dele fræsefunktioner - krydshuller, kilespor, flade - er ±40 til ±50 mm tilstrækkeligt. For større dele med funktioner længere fra centerlinjen, eller for dybe lommer, skal du kontrollere, at Y-akseområdet dækker de faktiske funktioner på de dele, der overvejes. Nogle maskiner tilbyder kun Y-akse på hovedtårnet; verificere, om underspindeloperationer også har Y-akseadgang, hvis bagsidefræsning ved offset er påkrævet.

Antal værktøjsstationer og levende værktøjskapacitet

Revolverkapacitet — antallet af tilgængelige indekserede værktøjspositioner — bestemmer, hvor kompleks en del kan bearbejdes uden et værktøjsskift eller manuel indgriben. Standard 12-stations tårne ​​håndterer typiske drejede og borede dele; 24-stations BMT-tårne ​​eller maskiner med dobbelttårne ​​kan rumme komplekse dele, der kræver mange forskellige værktøjer. Det samlede antal værktøj, inklusive aktive værktøjspositioner, har betydning for højblandingsproduktion - en maskine med 38 samlede værktøjspositioner (inklusive et sekundært underrevolver) kan rumme en fuld familie af værktøjer til flere varenumre samtidigt, hvilket muliggør hurtig skift mellem job uden fuld genværktøj.

Synkroniseret spindelkontrol og overførselsnøjagtighed

Kvaliteten af den synkroniserede spindeloverførsel - den automatiske overdragelse af delen fra hovedspindelen til underspindelen - påvirker direkte nøjagtigheden af forholdet mellem front-face og back-face funktioner. Synkroniseret overførsel kræver, at begge spindler kører med nøjagtig samme hastighed og fase samtidigt, hvor underspindelen bevæger sig frem for at gribe fat i delen, mens den roterer. En velimplementeret overførsel tilføjer i det væsentlige ingen positioneringsfejl mellem flader; en dårligt implementeret introducerer aksial og vinkelforskydning, der forringer delens kvalitet. Bed om demonstrerede data for overførselsnøjagtighed (aksial udløb og vinkelgentagelsesevne efter overførsel), når du vurderer specifikke maskiner til applikationer med snævre tolerancer.

CNC kontrolsystem

CNC-styringen håndterer al akseinterpolation, spindelsynkronisering, live-værktøjskoordinering og delprogramstyring. Fanuc, Siemens, Mitsubishi og Mazatrol er de dominerende kontrolplatforme i dobbeltspindlede dreje- og fræsemaskiner. Ud over mærkepræference, evaluer specifikke kontrolfunktioner: samtaleprogrammeringsfunktion til hurtig jobopsætning, baggrundsredigering, så programmer kan modificeres, mens maskinen kører, dobbeltvejs (dobbeltkanal) kontrolarkitektur til samtidig uafhængig kontrol af hoved- og underspindeloperationer, og underspindel-spejlingsfunktioner, der automatisk vender og overfører programmer fra hovedgeometri til underspindel. Hurcos samtalekontrol og Mazaks Mazatrol-programmering nævnes konsekvent som differentiatorer for butikker, der har brug for hurtig programoprettelse til high-mix-produktion.

Sammenligning: Dual-Spindle Mill-Turn vs. separate dreje- og fræsecentre

Beslutningen mellem at investere i en dobbelt-spindlet dreje- og fræsemaskine versus at opretholde separat dreje- og fræseudstyr kommer ned til delblanding, volumen, krav til nøjagtighed og de samlede ejeromkostninger over maskinens levetid.

For de fleste forretninger, der producerer dele med funktioner på mere end én side eller kræver både drejning og fræsning, favoriserer sammenligningen af de samlede ejeromkostninger typisk det dobbeltspindlede mølledrejecenter ved mellemstore og over produktionsvolumener - især når operatørens arbejdskraft, gulvplads og omkostninger i forbindelse med arbejde er inkluderet i analysen sammen med maskinens indkøbspris.

Overvejelser om programmering og opsætning

For at få mest muligt ud af en dobbelt-spindlet drejning og fræsemaskine kræver programmeringstilgange, der er mere sofistikerede end konventionel CNC-drejning, og opsætningspraksis, der tager højde for maskinens multi-operation kapacitet.

• Dual-channel (dual-path) programmering: Hoved- og underspindeloperationerne er skrevet som to separate, synkroniserede CNC-programmer, der kører parallelt - en for hver spindelbane. Styringen udfører begge stier samtidigt og bruger synkroniseringskommandoer (WAIT, SYNC) til at koordinere overdragelser og overlappende operationer. Forståelse af dual-path programmeringsstruktur er afgørende for at realisere cyklustidsfordelene ved samtidige operationer; en maskine, der kører hoved- og underspindel sekventielt i stedet for samtidigt, efterlader halvdelen af ​​sin produktionskapacitet ubrugt.
• Valg af CAM-software: Ikke alle CAM-pakker håndterer dobbeltspindlede mølledrejemaskiner ens. Bekræft, at den anvendte CAM-software genererer den korrekte synkroniserede dobbeltsti-kode til det specifikke styresystem på maskinen. Mastercam, Esprit og Fusion 360 har alle dobbelt-spindle drejemølle-kapacitet; Kvaliteten og fuldstændigheden af ​​post-processor-understøttelse for specifikke maskine/kontrol-kombinationer varierer og bør valideres, før du forpligter dig til en CAM-platform.
• Værktøjsstrategi for begge spindler: Planlæg værktøjslayoutet på revolverhovedet for at betjene både hoved- og underspindeloperationer uden at kræve rekonfigurering af revolverhovedet mellem operationerne. Værktøjer, der er placeret for adgang til hovedspindelen, kan ofte tilgås fra underspindelsiden ved at vende revolverens orientering - men dette skal programmeres korrekt og bekræftes for ikke at skabe interferens. Overvej omhyggeligt statiske værktøjsholdere til drejning af værktøjer og drevne værktøjsholdere til spændingsførende værktøjer, idet antallet af hver type afbalanceres i forhold til de operationer, der kræves på delfamilien.
• Arbejdsforskydning og datumstyring: Hver spindel kræver sit eget arbejdsoffset og koordinatsystem. Efter en synkroniseret overførsel refererer sub-spindelprogrammet til emnets bagside som dets Z-nul-nulpunkt - typisk bekræftet af en programmeret Z-offset-værdi, der matcher emnelængden efter bearbejdning på forsiden. At måle og bekræfte denne forskydning nøjagtigt ved opsætningen er afgørende for at opretholde længdetolerancer forfra til bagsiden.
• Termisk kompensation og opvarmningscyklusser: Fleraksede mølle-drejemaskiner oplever mere komplekse termiske vækstmønstre end simple drejebænke, fordi både spindelmotoren og den levende værktøjsmotor bidrager med varme. Kør et standardopvarmningsprogram i begyndelsen af ​​hvert skift, før du skærer produktionsdele, og kontroller, at maskinens termiske kompensationsfunktioner er aktive og kalibrerede. På højpræcisionsapplikationer er måling i processen med automatiske offsetopdateringer bedste praksis til at opretholde snævre tolerancer på tværs af hele produktionskørsler.