Czy to centrum gwintowania CNC może jednocześnie wykonywać gwintowanie wsteczne i frezowanie gwintów?

Nowoczesne Centrum gwintowania CNC może wykonywać gwintowanie wsteczne i frezowanie gwintów, a w wielu zaawansowanych modelach obie operacje można wykonać w ramach tego samego programu obróbki bez ręcznej interwencji. Jednakże to, czy rzeczywiście występują one „jednocześnie” w tym samym otworze, w tym samym momencie, zależy od konstrukcji wrzeciona maszyny, architektury sterowania i konfiguracji oprzyrządowania. W praktyce wysokiej klasy centra gwintujące CNC przełączają się między tymi operacjami w ciągu kilku sekund za pomocą automatycznych zmieniaczy narzędzi (ATC), dzięki czemu proces jest funkcjonalnie bezproblemowy w środowiskach produkcyjnych.

W tym artykule opisano, jak działa gwintowanie wsteczne i frezowanie gwintów w centrum gwintowania CNC, jakie możliwości sprzętu i oprogramowania są wymagane oraz jak ocenić, czy konkretna maszyna spełnia Twoje potrzeby w zakresie gwintowania.

Co to jest gwintowanie wsteczne w centrum gwintującym CNC?

Gwintowanie odwrotne — zwane także gwintowaniem wstecznym lub gwintowaniem sztywnym z odwróceniem — to proces gwintowania, w którym wrzeciono obraca się w jednym kierunku, aby wbić gwintownik w przedmiot obrabiany, a następnie odwraca obrót, aby go czysto wycofać. Jest to standardowa funkcja praktycznie wszystkich nowoczesnych centrów gwintujących CNC wyposażonych w funkcja sztywnego gwintowania .

W trybie gwintowania sztywnego sterownik CNC synchronizuje prędkość obrotową wrzeciona (obr./min) z prędkością posuwu w osi Z w precyzyjnym stosunku do skoku gwintu gwintownika. Na przykład gwintowanie gwintu M8×1,25 przy 1000 obr./min wymaga posuwu w osi Z wynoszącego dokładnie 1250 mm/min . Podczas wycofywania wrzeciono powraca do tej samej zsynchronizowanej prędkości, zapobiegając uszkodzeniu gwintu i zerwaniu gwintownika.

Kluczowe kody G używane w tym celu w popularnych systemach sterowania CNC Tapping Center obejmują:

• G84 — Standardowy cykl gwintowania sztywnego (gwintowanie zgodnie z ruchem wskazówek zegara, cofanie w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara)
• G74 — Odwrotny cykl gwintowania (gwintowanie w lewo, wycofanie w prawo), stosowany w przypadku gwintów lewych
• G84.2 / G84.3 — Rozszerzone cykle gwintowania sztywnego dostępne w sterownikach Fanuc i Mitsubishi w celu zwiększenia dokładności synchronizacji

Większość centrów gwintujących CNC renomowanych producentów osiąga możliwość odwrócenia wrzeciona w zakresie 0,05 do 0,1 sekundy , minimalizując wpływ czasu cyklu podczas gwintowania o dużej objętości.

Co to jest frezowanie gwintów w centrum gwintującym CNC?

Frezowanie gwintów wykorzystuje obrotowe narzędzie do frezowania gwintów z wieloma rowkami, które porusza się po spiralnej ścieżce interpolacji wokół wewnętrznego obwodu otworu w celu wycinania profilu gwintu. W przeciwieństwie do gwintowania siła skrawania rozkłada się na wiele przejść, dzięki czemu idealnie nadaje się do:

• Twarde materiały, takie jak hartowana stal narzędziowa (powyżej 45 HRC) lub Inconel
• Gwinty o dużej średnicy (zwykle M20 i większe), w przypadku których moment gwintowania byłby niepraktyczny
• Ślepe otwory, w których odprowadzanie wiórów ma kluczowe znaczenie
• Sytuacje wymagające gwintowania prawego i lewego przy użyciu jednego narzędzia

Wymagane jest frezowanie gwintów na centrum gwintującym CNC jednoczesna interpolacja 3-osiowa (osie X, Y i Z poruszają się jednocześnie), który jest obsługiwany przez praktycznie wszystkie nowoczesne sterowniki CNC, w tym Fanuc 0i-MF, Siemens 828D i Mitsubishi M80. Typowy cykl frezowania gwintów dla gwintu M16×2,0 w stali nierdzewnej może wykorzystywać prędkość wrzeciona wynoszącą 3500 obr./min z posuwem śrubowym wynoszącym 800 mm/min .

Czy centrum gwintujące CNC może wykonywać obie operacje w tym samym programie?

Absolutnie. Centrum gwintujące CNC z automatycznym zmieniaczem narzędzi (ATC) może wykonywać gwintowanie wsteczne w niektórych otworach i frezowanie gwintów w innych w ramach jednego programu CNC. Maszyna wybiera z magazynu odpowiednie narzędzie i automatycznie przełącza operacje. Na maszynie z 24 narzędzia ATC i czas wymiany narzędzia poniżej 1,5 sekundy (od chipa do chipa), to przejście jest prawie niezauważalne w całkowitym czasie cyklu.

Poniższa tabela porównuje dwie operacje obok siebie, aby pomóc wyjaśnić, kiedy preferowana jest dana metoda:

Wymagania maszynowe dotyczące obsługi obu operacji

Nie każde centrum gwintujące CNC ma takie same możliwości. Aby niezawodnie wykonać zarówno gwintowanie wsteczne, jak i frezowanie gwintów, maszyna powinna spełniać następujące specyfikacje:

Wydajność wrzeciona

Wrzeciono musi obsługiwać szeroki zakres obrotów. Gwintowanie odwrotne w przypadku małych gwintowników (M2–M6) może wymagać prędkości: 3 000–8 000 obr./min , podczas gdy frezowanie gwintów w przypadku większych gwintów w stali może być jedynie konieczne 1500–3500 obr./min z większym momentem obrotowym. Wrzeciono o mocy min Moc 7,5 kW i moment obrotowy 47 Nm obejmuje większość scenariuszy produkcyjnych.

Możliwości sterownika CNC

Sterownik musi obsługiwać zarówno standardowe cykle gwintowania (G84, G74), jak i interpolację śrubową dla frezowania gwintów. Kontrolery takie jak Fanuc 0i-MF Plus, Siemens 840D sl i Mitsubishi M80 wszystkie natywnie obsługują te funkcje. Upewnij się, że konkretna wersja kontrolera zawiera interpolację śrubową w standardzie, a nie jako opcję płatną.

Kompatybilność oprawek narzędziowych

Gwintowanie sztywne wymaga solidnego, niekompensującego uchwytu narzędziowego, zapewniającego maksymalną dokładność synchronizacji. Do frezowania gwintów można zastosować precyzyjne uchwyty z tuleją zaciskową (seria ER) lub uchwyty hydrauliczne z biciem poniżej 0,003 mm , co bezpośrednio wpływa na jakość gwintu i wykończenie powierzchni.

Układ chłodzenia

Do frezowania gwintów w głębokich otworach, chłodziwo przez wrzeciono pod ciśnieniem 40–70 barów zdecydowanie zaleca się spłukiwanie wiórów ze ścieżki śrubowej. Nieodpowiednie odprowadzanie wiórów jest jedną z najczęstszych przyczyn awarii frezowania gwintów i wad powierzchniowych.

Przykład zastosowania w świecie rzeczywistym

Rozważmy hydrauliczny blok kolektora wykonany ze stali nierdzewnej 316. Część wymaga:

1. Dwadzieścia cztery otwory przelotowe M6×1,0 gwintowane metodą gwintowania wstecznego (cykl sztywny G84) przy 4500 obr./min
2. Cztery gwinty portów M30×2,0 utworzone poprzez frezowanie gwintów przy użyciu interpolacji śrubowej przy 2200 obr./min
3. Dwa gwinty lewe M12×1,75 z cyklem gwintowania wstecznego G74

Centrum gwintujące CNC z 32-narzędziowym ATC obsługuje wszystkie trzy operacje w jednym ustawieniu, a sterownik automatycznie wywołuje właściwe narzędzie i cykl dla każdej funkcji. Całkowity czas obróbki wszystkich operacji gwintowania: około 6,5 minuty w porównaniu do ponad 20 minut w przypadku przetwarzania na oddzielnych maszynach. To ilustruje podstawową zaletę produkcyjną wynikającą z połączenia obu możliwości w jednym centrum gwintującym CNC.

Typowe ograniczenia, o których należy pamiętać

Chociaż istnieje taka możliwość, użytkownicy powinni zdawać sobie sprawę z następujących praktycznych ograniczeń podczas konfigurowania centrum gwintowania CNC do obu operacji:

• Rozmiar magazynu narzędzi: Jednoczesna praca zestawów gwintowników i frezów do gwintów powoduje szybkie zużycie kieszeni narzędziowych. Magazyn zawierający mniej niż 16 narzędzi może ograniczać elastyczność w przypadku skomplikowanych części.
• Licencjonowanie kontrolera: Niektóre podstawowe centra gwintujące CNC są dostarczane z domyślnie wyłączoną interpolacją śrubową; jego aktywacja może wymagać płatnej licencji na oprogramowanie od producenta kontrolera.
• Orientacja wrzeciona: Frezowanie gwintów wymaga dokładnego pozycjonowania wrzeciona w osi C w niektórych zaawansowanych cyklach; w razie potrzeby sprawdź, czy Twoje urządzenie obsługuje tę funkcję.
• Złożoność programowania: Kod G do frezowania gwintów jest bardziej złożony niż prosty cykl gwintowania G84. Użyj oprogramowania CAM z postprocesorem do frezowania gwintów, aby zredukować błędy programowania.

Dobrze wyspecjalizowane centrum gwintowania CNC jest w pełni zdolne do wykonywania gwintowania wstecznego i frezowania gwintów — albo w naprzemiennej sekwencji w ramach tego samego programu, albo jako dedykowane operacje na różnych elementach tej samej części. Kluczem jest zapewnienie, że maszyna ma sztywną synchronizację gwintowania, obsługę 3-osiowej interpolacji śrubowej, wydajny sterownik CNC i odpowiednią pojemność magazynu narzędzi. W przypadku producentów produkujących złożone części z twardych materiałów połączenie obu strategii gwintowania w jednym centrum gwintowania CNC znacznie skraca czas konfiguracji, poprawia spójność i obniża całkowite koszty produkcji.