Инструмент PowerLock (Weinig HSK) или насадной?

Ни для кого не секрет, что компания Weinig испокон веков являлась лидеров производства четырехсторонних строгальных станков, а их серия Powermat, в 2004 г., открыла новую эру в области строгания и профилирования. В Powermat, помимо всех основных преимуществ станков Weinig, реализована совершенно новая концепция управления - Comfort Set, предусматривающая множество регулировок в автоматическом режиме без использования дополнительного инструмента, что означает высший уровень гибкости и технологичности производства.

Станки Powermat, в зависимости от модели, позволяют устанавливать до 12 шпинделей с несколькими вариациями возможного монтажа инструмента, а именно:

• Система крепления инструмента PowerLock (Weinig HSK)
• Обычная система - шпиндель диаметром 50 мм.
• Шпиндель с гидрозажимом и контропорой.

При этом, если станок имеет хотя бы один шпиндель с креплением инструмента PowerLock (Weinig HSK) – это уже Powermat!

Основное преимущество системы крепления инструмента PowerLock (Weinig HSK) заключается в возможности автоматизировать процесс замены инструмента. Эта система чаще всего применяется на фрезерных станках, где во время обработки требуется частая смена инструмента без участия человека. При этом станок имеет магазин инструментов, а Powermat, в отличии от оконного центра Counturex, такого магазина не имеет. Следовательно, шпиндель Weinig HSK можно рассматривать как шпиндель с ручной сменой инструмента и сравнивать со шпинделем для обычных насадных фрез.

На основании рекомендаций компании Weinig сравним шпиндели по основным параметрам. Результаты сравнения приведены ниже.

1. Скорость вращения шпинделя, скорость подачи и шаг резания.

Согласно брошюре Weinig «Все о дереворежущем инструменте» оптимальная длина шага резания составляет 1,67мм и вычисляется по формуле:

,

 Где:

 – длина шага резания (мм);

 – скорость подачи (м/мин);

 – частота вращения инструмента (об/мин);

 – количество ножей в головке.

Для скоростных станков (скорость вращения шпинделя HSK ограничивается 10 000 об/мин.):

Шаг резания для шпинделя со скоростью вращения 10 000 об/мин и скоростью подачи 100м/мин составит:

fz= (100м/мин*1000мм)/(10000 об/мин*6 ножей) =1,67мм

Шаг резания для шпинделя со скоростью вращения 8000 об/мин и скоростью подачи 100м/мин составит:

fz= (100м/мин*1000мм)/(8000 об/мин*8 ножей) =1,56мм

Для станков со скоростью обработки до 60м/мин.:

Шаг резания для шпинделя со скоростью вращения 12000 об/мин и скоростью подачи 60м/мин составит:

fz= (60м/мин*1000мм)/(12000 об/мин*4 ножей) =1,25мм

Шаг резания для шпинделя со скоростью вращения 8000 об/мин и скоростью подачи 60м/мин составит:

fz= (60м/мин*1000мм)/(8000 об/мин*6 ножей) =1,25мм

Как видно из расчетов, при скорости подачи 100 м/минуту на скорости вращения инструмента 8000 об/минуту качество обработки заготовки ВЫШЕ, чем при скорости вращения инструмента 10 000 оборотов. При скорости подачи 60м/минуту качество обработки одинаково для скоростей вращения 8000 и 12 000 об/минуту.

Вывод: качество выпускаемой продукции не изменится!

Стоить добавить, что 8 ножевая гидрофреза выпускается и продается многими производителями, 6 ножевая фреза PowerLock (Weinig HSK) выпускается малым количеством производителей и требует особого отношения.

2. Скорость переустановки инструмента. Интервал заточки.

Сильно большой экономии времени от переустановки гидрозажимного инструмента и инструмента PowerLock нет. У насадного инструмента PowerLock выигрывает.

Однако, при строжке 1000 п/м в одном случает работает 4-6 ножей, в другом случае 6-8, т.е. на один нож при работе насадного инструмента приходится нагрузка в 1,5-2 раза меньше. Стойкость ножей, например, из стали HSS будет одинаковой, соответственно переточка инструмента при использовании насадной фрезы будет в 1,5-2 раза реже.

Вывод: выгоднее использовать гидрофрезу с большим количеством ножей.

3. Биение

Радиальное биение гидрофрезы - 0,005мм, хуже на 2 микрона чем у инструмента PowerLock (Weinig HSK), биение которого заявлено 0,003мм. При строжке данная точность будет практически незаметна.

На практике при замене подшипников на поработавшем шпинделе PowerLock биение контрольной оправки у шпиндельной гайки около 0,003мм, а на расстоянии 130мм от шпиндельной гайки может достигать 0,01мм (по стандарту для конуса HSK63 допускается биение +0,01 на каждые 100 мм инструмента).

Стоит заметить, что согласно брошюре Weinig «Все о дереворежущем инструменте» оптимальная заточка производится на заточных станках Weinig Rondamat, который обеспечивает допуск на радиальное биение менее 0,01мм. Следовательно биение инструмента определяется заточкой и будет одинаковым для инструмента PowerLock и гидрозажимного инструмента.

Вывод: выгоды от низкого радиального биения инструмента PowerLock нет!

4. Межсервисный интервал по замене подшипников

Рассмотрим межсервисный интервал для радиально-упорного подшипника 7913С на основании технических данных из пособия «Сверхточные подшипники NSK».

Максимальная скорость вращения 14900 об/мин. Вращение на скорости 12000об/мин очень близко к максимальной скорости – ресурс подшипника минимален.

Долговечность в часах вычисляется по формуле:

, где

L - номинальная долговечность (час);

P – нагрузка подшипника (H);

C - номинальная динамическая грузоподъемность подшипника (H);

n – частота вращения, об/мин.

Принимая во внимание прямую зависимость номинальной долговечности от скорости вращения подшипника получаем, что как минимум 1,5 раза увеличивается межсервисный интервал у подшипников (12000/8000=1,5). На практике межсервисный интервал при работе на скорости 8000об/мин еще выше. Подшипники на 12000об/мин должны быть закрытые с бесконтактным уплотнением, которые дороже аналогичных открытых подшипников, которые могут работать на скорости 8000об/мин.

Вывод: затраты на замену подшипников и подшипники меньше у шпинделей со скоростью вращения 8 000 об/минуту.

5. Ремонтопригодность валов шпинделей

Вал шпинделя для насадного инструмента является цельнометаллическим с объемной закалкой, что увеличивает эффективность отвода тепла от подшипников, в отличии от полого шпинделя PowerLock.

Наиболее часто встречающейся неисправностью у шпинделей HSK является заклинивания переднего подшипника и приваривание внутреннего кольца к шейке вала шпинделя PowerLock. В результате сильного нагрева, происходит термический отпуск металла с деформацией конуса посадки инструмента. На текущий момент восстановление конуса вала шпинделя HSK с предсказуемым результатом практически невозможно.

Замена вала шпинделя под насадной инструмент является стандартной операцией по восстановлению работоспособности шпинделя. При этом на валах данного типа, ввиду особенностей изготовления, меньше шансов приваривания подшипника к шейке в случае его заклинивания и проворота. Биение такого вала на конце инструмента составляет не более 2-3 мкм. Хороший отвод тепла, также увеличивает межсервисный интервал для подшипников.

Вывод: восстановление вала шпинделя HSK затруднено отсутствием технических возможностей металлообрабатывающих производств.

6. Стоимость инструмента

Инструмент PowerLock (Weinig HSK) стоит значительно дороже чем гидрозажимной, не говоря о простом насадном инструменте. Инструмент PowerLock требует особого отношения для контроля дисбаланса. Если на скорости 6000об/мин допустимое отклонение по массе ноже составляет 0,3гр, то для обеспечения таких показателей по дисбалансу на скорости 12000об/минуту развесовка ножей должна быть 2-3 раза меньше. Дисбаланс ведет к сильной вибрации инструмента во время работы, что снижает качество строжки и ведет к нагреву подшипников и снижению их ресурса.

Вывод: экономически выгоднее использовать насадной инструмент.

7. Стоимость ножей/бланкет

Вывод: для прямой строжки, как черновой, так и чистовой, использование насадного инструмента экономически более выгодно чем использование инструмента PowerLock (Weinig HSK). При профильной строжке стоимость расходных материалов одинакова.

Подведем итоги:

Все вышеизложенные факты и расчёты можно объединить в одну таблицу, где наглядно видно все преимущества и недостатки использования того или иного вида инструмента:

Исходя из представленных данных по 6 пунктам из 8 использование насадного инструмента выгоднее чем PowerLock (Weinig HSK).

Мы разработали шпиндель для станков Powermat с посадкой под насадной инструмент и шкивом под зубчатый ремень увеличенного диаметра для понижения скорости вращения инструмента до 8000 об/мин.