So wählen Sie ein vertikales Bearbeitungszentrum aus
Leistung, Geschwindigkeit, Genauigkeit
Das Ziel jeder Metallbearbeitung ist es, das Metall innerhalb der Toleranzen so schnell wie möglich zu entfernen. Für jede Werkstatt stellt sich die Frage, wie viel Metallabtrag, wie schnell und welche Toleranzen von einem VMC verlangt werden. Es gibt viele miteinander verknüpfte Faktoren, die die Leistung, Geschwindigkeit und Genauigkeit eines VMC beeinflussen, aber zu den drei Grundlagen gehören das Spindelantriebssystem, das Maschinenbetriebssystem (computergestützte numerische Steuerung) und das Achsantriebssystem. Das Spindelantriebssystem versorgt das Schneidwerkzeug mit Strom, um Metall zu entfernen. Die Steuerung oder das "Maschinenbetriebssystem" ist das Gehirn des VMC und koordiniert die Bewegung der Maschine. Das Achsantriebssystem ist "die Fahrt". Wie gleichmäßig ist die Bewegung des VMC und wie lässt sich dies in Teilen niederschlagen, die gleichbleibend genau sind und eine akzeptable Oberflächengüte aufweisen? Die Qualität des "Fahr"- oder Achsantriebssystems ist eine Funktion der Konstruktion des Rahmens und des X-Y-Z-Wegesystems. Dies ist die Hardware der Maschine und bestimmt die Steifigkeit, das Schwingungsdämpfungsvermögen und den Widerstand gegen Seitenschub. Es ist das Gleichgewicht zwischen diesen drei kritischen Bereichen (Leistung, Geschwindigkeit, Genauigkeit), das Sie gegen die Bedürfnisse Ihres Geschäfts abwägen müssen, um den besten Kauf für Ihr Geld zu erzielen.Material
Grundlegende Anforderungen an Ihre VMC, wie z. B. Spindeldrehzahl, Drehmoment bei niedriger Drehzahl und Leistung bei hohen Drehzahlen, werden durch die Materialien festgelegt, die Sie bearbeiten. So erfordern weiche Materialien beispielsweise höhere Drehzahlen für die Endbearbeitung, während harte Materialien ein Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen sowie Steifigkeit erfordern, um die Auswirkungen des Seitenschubs zu reduzieren.Im Folgenden finden Sie eine Liste häufig verwendeter Materialien, die auf die entsprechenden Maschinenanforderungen und die Funktionen abgestimmt sind, die diese Anforderung erfüllen.
Produktionsvolumen
Wir sind uns alle einig, dass der Durchsatz wichtig ist. Der Durchsatz von Prototypen und Kleinserien erfordert jedoch andere Eigenschaften als lange Produktionsläufe. Wenn Sie Prototypen bearbeiten, ist alles wichtig, was das Einrichten schneller und einfacher macht: die Programmbearbeitung, der Zugriff auf die Steuerung über den Arbeitsraum, die Tischhöhe und ein Kühlsystem für die thermische Stabilität. Wenn das VMC für lange Produktionsläufe oder dedizierte Produktionsläufe gedacht ist, stehen das automatische Laden und die Spanentfernung ganz oben auf Ihrer Liste.
Qualität
Qualität ist eine Funktion der Steuerung, des Encoders, des Wegesystems, der Konstruktion und der Steifigkeit. Die Steuerung muss genau sein und sollte regelmäßig kalibriert werden. Es stehen verschiedene Arten von Drehgebern zur Verfügung, darunter Drehgeber, Glasmaßstäbe und Lasermaßstäbe. Sie bieten eine zunehmend höhere Genauigkeit bei höheren Geschwindigkeiten.Ein weiteres Problem ist das Wegesystem, das sich auf die Steifigkeit, die Schwingungsdämpfung und die Fähigkeit auswirkt, seitlichem Schub bei schweren Zerspanungsvorgängen standzuhalten.
Bearbeitungen
Die VMC-Eigenschaften, die für die Bearbeitung einer Aluminiumform mit 3D-Konturen erforderlich sind, wie z. B. hohe Programmausführungsgeschwindigkeit, Spindelrundlauf und Hoch-/Hoch-/Abfahren, sind nicht unbedingt die gleichen Merkmale, die zum Bohren von Löchern in Messing benötigt werden. Wenn Sie 2D-Teile herstellen, sind hohe Vorschubgeschwindigkeiten und Werkzeugwechselgeschwindigkeiten wichtig. Sie müssen Ihre Bedürfnisse mit den vertikales Bearbeitungszentrum.Spindel-Antriebssystem
Allgemein gilt die Spindel als das Herzstück des VMC. Die Spindel hält das Werkzeug und führt die Zerspanungsvorgänge durch. Die Spindel muss einen konstanten Rundlauf, eine konstante Steifigkeit, ein konstantes Rolldrehmoment, eine geringe Wärmeentwicklung und thermische Stabilität aufweisen. So sehr die Werkzeugmaschinenbauer die Flexibilität auch vorantreiben, die meisten Spindeln sind in einigen Anwendungen besser als in anderen. Beispielsweise verfügt eine Spindel, die Aluminium bei hohen Drehzahlen bearbeitet, möglicherweise nicht über die gleiche Zerspanungsfähigkeit bei niedrigen Drehzahlen wie eine Spindel, die für Schneidvorgänge mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment ausgelegt ist.Die Spindeln sind in einer Vielzahl von Drehzahl-, Drehmoment- und PS-Größen erhältlich. Im vorherigen Abschnitt über Werkstoffe haben wir erwähnt, dass Werkstückmaterial einen Einfluss auf Drehzahlen, Drehmoment und Leistung hat. Da ein VMC mit einer Geschwindigkeit den Drehzahl-, Drehmoment- und Leistungsbereich einschränkt, verwenden viele VMCs Getriebe- oder Riemengetriebe mit zwei oder drei Drehzahlen, um das Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen zu erhöhen. Getriebe verursachen jedoch bei hohen Geschwindigkeiten Reibung, wobei Getriebe mehr Reibung verursachen als Riemengetriebe. Bei hohen Drehzahlen wird also die Leistung des Spindelmotors geraubt, um die Reibung auszugleichen. Die von Getriebegetrieben erzeugte Reibung führt zu Wärme und Vibrationen, die durch Kühlung abgeführt werden müssen, um die thermische Stabilität zu gewährleisten, und Konstruktionstechniken, die Vibrationen isolieren. Eine Alternative zu Getrieben ist ein elektrisches Getriebe, bei dem zwei verschiedene Motorwicklungen verwendet werden, um zwei Drehzahlbereiche zu erzeugen.
Es steht eine Vielzahl von Spindellagern zur Verfügung, wie z. B. konventionelle Wälz-, Kugel- oder Hybridlager, Keramiklager, hydrostatische, luftige, magnetische Lager und Kombinationen. Jedes der Lagersysteme hat seine eigenen Stärken und Schwächen. Wälzlager sind steif und langlebig, können aber Wärme erzeugen, die die Leistung beeinträchtigt. In der Regel erzeugen Kugellager weniger Wärme und laufen viel schneller als Wälzlager, sind aber nicht so steif. Hybridlager mit Keramikkugeln und Stahllaufbahnen können zwar schneller laufen als herkömmliche Kugellager, weil sie weniger Masse und mehr Steifigkeit haben, versagen aber bei einem Crash eher, weil sie spröde sind.
Hydrostatische und hydrodynamische Lager stützen das rotierende Element mit einem Fluidfilm. Bei Anwendungen mit niedrigen Drehzahlen können hydrostatische Lager sehr steif und reibungsfrei sein, während sie bei Anwendungen mit hohen Drehzahlen entweder nicht steif sind oder gekühlt werden müssen. Wärmeentwicklung ist bei Luftlagern kein Problem; Sie sind jedoch nicht steif und können instabil sein. Magnetlager haben bessere Regeleigenschaften als Luftlager, müssen aber gegen Stöße geschützt werden.
Konstruktion
Die meisten VMCs verwenden Gussteile aufgrund ihrer überlegenen Gesamtfestigkeits- und Vibrationsdämpfungseigenschaften und ihrer geringen Kosten. Gussteile sollten gleichmäßig dicke Wände haben, da Schwankungen in der Wandstärke zu Abkühlungs- und Verformungsproblemen führen können. Dünnschliffe können spröde werden und unter Belastung zu Verformungen führen.Einige VMCs verwenden Schweißteile, die in der Regel aus Stahl bestehen. In kleinen Mengen kosten Schweißteile weniger als Gussteile und sind im Vergleich zu Gussteilen gleicher Größe und gleichen Gewichts steifer und stärker. Im Allgemeinen sind Schweißteile steifer als Gussteile und haben weniger Dämpfungseigenschaften. Sie funktionieren also bei niedrigen Drehzahlen gut, aber bei hohen Geschwindigkeiten sind Schweißteile anfälliger für Vibrationen und Rattern, die zu rauen Oberflächengüten führen können.
Auch im Werkzeugmaschinenbau kommen neuere und leichtere Werkstoffe wie Verbundwerkstoffe, Aluminium und Titan zum Einsatz. Diese Materialien können in den neueren Hochleistungsmaschinen erhebliche Vorteile bieten. So erleichtert beispielsweise die reduzierte Masse das Beschleunigen und Abbremsen. Die Verwendung von Verbundwerkstoffen hat aufgrund des hohen Verhältnisses von Festigkeit und Steifigkeit zu Gewicht sowie der thermischen Stabilität zugenommen.
Wege-Systeme
Das Werkzeugmaschinen-Wegesystem umfasst die tragenden Komponenten, die die Spindel und den Tisch stützen und deren Bewegung führen. Kastenführungen und Linearführungen sind die beiden Haupttypen von Führungssystemen. Jedes System hat seine positiven und negativen Eigenschaften. Leider ist eine Art von Wegesystem nicht für alle Anwendungen geeignet. Wenn Sie also auf dem Markt für eine Werkzeugmaschine sind, müssen Sie das Way-System auf Ihre spezifische Anwendung abstimmen.Wir glauben, dass Box-Way-Systeme einem VMC eine längere Lebensdauer und weniger Vibrationen bieten, wodurch genauere Teile hergestellt werden. Die schwingungsdämpfenden Eigenschaften von Kastenbahnen verlängern die Standzeit der Werkzeuge und ermöglichen glattere Oberflächengüten. Wenn Ihre Anwendung eine hohe Genauigkeit und die Fähigkeit erfordert, schwierige Materialien mit engen Toleranzen zu bearbeiten, dann ist ein VMC mit einem Box-Way-System eher die optimale Lösung.
VMCs mit Linearführungen ermöglichen eine schnellere Positionierung; Sie haben jedoch eine geringere Fähigkeit, Vibrationen zu dämpfen, Seitenschub zu widerstehen und Schäden durch Abstürze zu widerstehen. Wenn die Anschaffungskosten der VMC ein Problem darstellen, die zu bearbeitenden Materialien nicht schwierig sind, keine schweren Schrupp-/Zerspanungsoperationen erforderlich sind und die Toleranzen/Oberflächengüte nicht so kritisch sind, dann ist eine Werkzeugmaschine mit Bearbeitungszentrum für Linearführungen kann eine gute Lösung sein.