Краткое содержание

1 — Задача: ускорить изготовление детали 2 — Как изменили технологию обработки 3 — Дополнительная оптимизация процесса обработки 4 — Результат: обработка стала быстрее более чем в 2 раза 5 — Главное, что показал этот эксперимент

Когда возникает задача увеличить выпуск продукции, многие начинают искать более мощный станок или нанимать дополнительных операторов. Но зачастую резерв производительности уже скрыт внутри существующего технологического процесса.

Основные причины чрезмерного времени обработки:

• неподходящий инструмент
• слишком осторожные режимы резания
• лишние переходы и операции
• неэффективная траектория движения инструмента
• неправильный выбор стратегии обработки

Даже одна из этих ошибок способна увеличить цикл изготовления в несколько раз.

Чтобы показать это на практике, разберем реальный случай: клиент обратился с просьбой изготовить деталь по своей технологии и одновременно оценить, можно ли ускорить ее производство. Результат оказался весьма показательным.

К нам обратился заказчик с двумя одинаковыми деталями. Первая нужна была для проверки существующей технологии обработки, вторая — для поиска способов сократить время изготовления.

Основная операция представляла собой фрезерование канавки шириной 13,4 мм и глубиной 6,4 мм с последующим сверлением отверстий и нарезанием резьбы. Заказчик предоставил собственный инструмент и режимы резания, которые использовались на его производстве.

Как выполнялась обработка по технологии заказчика

Для изготовления детали заказчик использовал специальную твердосплавную фрезу диаметром 13,4 мм, изготовленную точно под ширину канавки. Идея заключалась в том, чтобы получить готовый паз за одну операцию без дополнительных проходов и корректировок.

Последовательность обработки выглядела следующим образом.

Врезание фрезы в материал

Сначала инструмент выполнял заход в металл под углом около 10°. Такой способ считается более безопасным по сравнению с вертикальным погружением и часто применяется при работе с твердосплавным инструментом.

Для обработки использовались режимы, заданные заказчиком:

• частота вращения шпинделя — 1200 об/мин
• подача — 200 мм/мин
• четырехзубая твердосплавная фреза диаметром 13,4 мм

Формирование канавки за один проход

После врезания фреза сразу выходила на полную глубину обработки — 6,4 мм — и проходила весь контур канавки без промежуточных проходов. Ширина инструмента полностью совпадала с шириной паза, поэтому дополнительная обработка боковых стенок не требовалась.

На первый взгляд решение выглядит рациональным:

• не нужно выполнять несколько проходов
• отсутствуют дополнительные корректировки инструмента
• сокращается количество управляющих команд
• паз формируется сразу в окончательный размер

Центровка отверстий

После изготовления канавки выполнялась подготовка отверстий под резьбу.

Поскольку использовалось обычное быстрорежущее сверло, перед сверлением требовалось выполнить центровку каждого отверстия. Это необходимо для того, чтобы сверло не увело в сторону в момент начала обработки, и отверстие осталось в заданных координатах.

Сверление отверстий

После центровки выполнялось сверление отверстий диаметром 8,5 мм под последующее нарезание резьбы М10.

Заказчик использовал быстрорежущее сверло UG1 и сравнительно спокойные режимы обработки:

• 600 об/мин
• подача 90 мм/мин
• стандартный цикл сверления

Технология обеспечивала получение нужного результата, однако сама операция занимала достаточно много времени.

Формирование фасок

После сверления каждое отверстие дополнительно обрабатывалось центровочным сверлом для получения фаски под заход метчика.

Фаска необходима для облегчения начала нарезания резьбы и улучшения качества готового отверстия. Поэтому после сверления инструмент снова менялся и выполнялась еще одна операция.

Нарезание резьбы

Заключительным этапом выполнялась нарезка резьбы метчиком.

После завершения этой операции деталь считалась полностью готовой к дальнейшему использованию.

Какие проблемы обнаружились во время испытаний

Главной сложностью стала попытка сформировать паз полной ширины и глубины за один проход.

Во время первого же испытания одна из фрез разрушилась практически сразу после начала обработки. После снижения подачи инструмент смог работать стабильнее, но и в этом случае режущие кромки получили повреждения еще до завершения операции.

Причин оказалось сразу несколько:

• высокая нагрузка на инструмент при полном заглублении
• плохой отвод стружки из зоны резания
• ударные нагрузки при врезании
• повышенный нагрев режущих кромок
• работа по листовому прокату с упрочненным поверхностным слоем

Дополнительно время обработки увеличивали сравнительно низкие режимы резания и необходимость отдельной операции центровки перед сверлением.

Для второй детали специалисты решили полностью отказаться от первоначального подхода и разработали новую стратегию обработки. Основная идея заключалась не в том, чтобы снимать как можно больше металла за один проход, а в том, чтобы заставить инструмент работать в оптимальном режиме без перегрузок.

Замена специализированной фрезы

Первым делом отказались от специальной твердосплавной фрезы диаметром 13,4 мм, изготовленной под конкретную канавку. Вместо нее использовали монолитную твердосплавную фрезу для высокоскоростной обработки диаметром 15 мм.

На производстве также могли бы использоваться скоростные фрезы со сменными пластинами аналогичного размера, однако для испытаний выбрали именно монолитный инструмент.

Изменение режимов обработки

Одновременно были полностью пересмотрены режимы резания.

Если в первоначальной технологии использовались:

• частота вращения 1200 об/мин
• подача 200 мм/мин

то при новой стратегии параметры стали значительно агрессивнее:

• частота вращения 3183 об/мин
• подача около 8900 мм/мин

На первый взгляд такие значения кажутся слишком большими. Однако именно под такие режимы и проектируются современные высокоскоростные твердосплавные фрезы.

Переход на спиральную обработку

Главное изменение коснулось самой стратегии формирования канавки.

Раньше паз изготавливался сразу на полную глубину 6,4 мм за один проход. Теперь обработка выполнялась по спиральной траектории с постепенным заглублением.

Инструмент двигался по спирали и снимал металл небольшими слоями примерно по 0,6 мм за проход. Постепенно фреза достигала требуемой глубины, не испытывая резких ударных нагрузок.

Такой подход дал сразу несколько преимуществ:

• снизилась нагрузка на режущие кромки
• улучшился отвод стружки
• уменьшился нагрев инструмента
• исчез риск сколов при врезании
• обработка стала более стабильной

Со стороны кажется, что большое количество проходов должно увеличивать время цикла. Но благодаря высоким оборотам и подачам произошло обратное.

После ускорения фрезерования специалисты проанализировали оставшиеся операции и обнаружили еще один резерв производительности — сверление отверстий.

Отказ от быстрорежущего сверла

В первоначальной технологии использовалось быстрорежущее сверло диаметром 8,5 мм.

Из-за особенностей такого инструмента перед каждым отверстием приходилось выполнять отдельную операцию центровки. Без нее существовал риск, что сверло уйдет от заданной координаты уже в момент начала сверления.

Сверление без центровки

Главным преимуществом твердосплавного сверла стала его жесткость.

На плоской поверхности такой инструмент способен уверенно начинать обработку без предварительной центровки. Поэтому после изготовления канавки станок сразу переходил к сверлению отверстий.

Одновременно выросли и режимы обработки:

• частота вращения увеличилась до 2200 об/мин
• подача выросла до 220 мм/мин

В результате удалось исключить целую технологическую операцию и дополнительно сократить машинное время.

Более быстрая обработка фасок

От фасок полностью отказываться нельзя, поскольку они необходимы для последующего нарезания резьбы.

Однако изменилась сама последовательность выполнения операции.

В старой технологии центровочное сверло одновременно создавало центр под сверление и формировало фаску. Поэтому инструмент проходил всю необходимую глубину с самого начала.

После перехода на твердосплавное сверление отверстие уже было готово. Центровочное сверло использовалось только для снятия фаски и работало значительно меньшее время.

Фактически инструменту оставалось снять лишь небольшой участок материала для формирования заходной фаски, а не выполнять полноценную операцию центровки.

После изменения технологии специалисты сравнили оба варианта обработки с помощью компьютерного моделирования и практических испытаний.

Результат оказался весьма показательным. Если выполнять деталь по первоначальной технологии заказчика, цикл обработки занимал примерно в два–два с половиной раза больше времени. После перехода на высокоскоростное фрезерование и оптимизированное сверление длительность основных операций сократилась примерно с 14 до 6,5 минуты.

При этом выигрыш был получен не за счет увеличения мощности станка или покупки нового оборудования, а исключительно благодаря пересмотру технологии изготовления детали.

Повысилась производительность

Главным результатом стало значительное сокращение машинного времени.

Удалось ускорить сразу несколько операций:

• изготовление канавки
• сверление отверстий
• формирование фасок
• вспомогательные переходы между инструментами

В результате оборудование смогло выполнять ту же работу более чем в два раза быстрее. Для серийного производства такая разница напрямую влияет на количество выпускаемых деталей и себестоимость продукции.

Увеличилась стойкость инструмента

Не менее важным оказался ресурс режущего инструмента.

При первоначальной технологии первая фреза разрушилась практически сразу после начала обработки, а вторая смогла завершить операцию только с поврежденными режущими кромками.

После перехода на скоростную обработку подобных проблем не возникало. Инструмент работал в комфортном режиме без ударных нагрузок и перегрева, что положительно сказалось на его стойкости.

Это означает не только экономию на покупке инструмента, но и сокращение времени на его замену и переналадку оборудования.

Снизились затраты на инструмент

Отдельным преимуществом стал отказ от дорогостоящей специальной фрезы, изготовленной под конкретную ширину канавки.

Для подобных задач гораздо выгоднее использовать стандартные высокоскоростные фрезы или инструмент со сменными пластинами. Такие решения проще приобрести, они универсальнее в применении и зачастую обходятся дешевле в эксплуатации.

Особенно заметна выгода при использовании фрез со сменными пластинами. После износа достаточно заменить пластину, а не покупать новый инструмент целиком.

Процесс стал стабильнее

Еще одним важным результатом стала стабильность обработки.

В первоначальном варианте постоянно существовал риск сколов, вибраций и преждевременного выхода инструмента из строя. Любая ошибка могла привести к остановке обработки и дополнительным затратам.

После оптимизации этих проблем удалось избежать. Обработка выполнялась спокойно, без перегрузок и критических нагрузок на режущую часть инструмента. Станок работал уверенно и предсказуемо на протяжении всего цикла.

Разумеется, для окончательной настройки технологии двух деталей недостаточно. Для получения максимально точных режимов требуется дополнительная статистика, серия испытаний и накопление практических данных. Однако даже такого теста оказалось достаточно, чтобы увидеть главный вывод.

Резерв производительности чаще всего скрывается не в станке, а в самой технологии изготовления детали. Грамотный подбор инструмента, корректные режимы резания и правильная стратегия обработки способны дать двукратный прирост производительности без покупки нового оборудования, сохранив качество обработки и снизив затраты на инструмент.

Именно такой подход практикуется у нас +7 (4822) 521-521.