В чём разница между вертикальной и горизонтальной обработкой?
Подробное техническое руководство для станкостроительной отрасли: фундаментальные различия и основные показатели производительности вертикальных и горизонтальных обрабатывающих центров (VMC против HMC).
В отрасли станкостроения с ЧПУ,вертикальная токарная обработка на станках с ЧПУсГоризонтальные обрабатывающие центры представляют собой две наиболее распространенные категории. При принятии решений о закупке многие компании часто оказываются перед выбором между этими двумя вариантами:вертикальная токарная обработка на станках с ЧПУс Они предлагают более низкие затраты, но сталкиваются с проблемами в эффективности, в то время как горизонтальные обрабатывающие центры отличаются чрезвычайно высокой эффективностью, но требуют колоссальных первоначальных инвестиций.
1. Ориентация и габариты шпинделя (различия в физической конфигурации):
·Вертикальная токарная обработка на станках с ЧПУ (VMC):
Шпиндель ориентирован вертикально, направлен вниз перпендикулярно полу. Станок обычно имеет компактную С-образную раму. Благодаря более простой конструкции он занимает меньшую площадь, обычно всего от 4 до 10 квадратных метров в мастерской.
·Горизонтальные обрабатывающие центры (ГОМ):
Шпиндель расположен горизонтально, параллельно полу. Эти станки обычно оснащены встроенным поворотным столом по оси B и системой автоматической смены паллет (APC). Из-за их большого веса и наличия автоматизированных компонентов, их габариты, как правило, в 2-3 раза больше, чем у вертикального токарного станка с ЧПУ аналогичных характеристик (площадью более 15-30 квадратных метров).
2. Коэффициент использования шпинделя и время резки (разница в эффективности):
Это наиболее важный показатель, определяющий разрыв в производительности между двумя типами машин.
• Средний коэффициент использования шпинделя длявертикальная токарная обработка на станках с ЧПУ составляет всего от 25% до 30%.
Это связано с тем, что вертикальные обрабатывающие центры часто требуют ручного вмешательства для остановки станка, открытия дверей, удаления стружки и выгрузки/загрузки заготовок. В течение стандартной 8-часовой смены фактическое время обработки — время, затраченное на создание ценности — на вертикальном обрабатывающем центре составляет всего 2–2,5 часа.
• Коэффициент использования шпинделя в горизонтальных обрабатывающих центрах обычно достигает 85%.
Благодаря системе автоматической смены паллет (APC), которая позволяет станку выполнять внутренние операции резки паллеты A, пока оператор безопасно загружает/разгружает паллету B на внешней площадке, время простоя сводится к абсолютному пределу. За ту же 8-часовую смену фактическое время резки на горизонтальном обрабатывающем центре может достигать 6,8–7 часов.
[Вывод по данным]: В условиях массового производства фактическая производительность одного горизонтального обрабатывающего центра, как правило, эквивалентна суммарной производительности 3-4 вертикальных обрабатывающих центров с ЧПУ.
3. Эффективность удаления стружки и срок службы инструмента (преимущества физических свойств):
• Вертикальная обработка:
Под действием силы тяжести стружка имеет тенденцию скапливаться на поверхности заготовки или внутри глубоких отверстий, препятствуя эффективному поступлению охлаждающей жидкости к кончику инструмента. Это вторичное резание (когда инструмент повторно срезает уже упавшую стружку) ускоряет износ инструмента и может поцарапать поверхность заготовки.
• Горизонтальная обработка: Поскольку шпиндель расположен горизонтально, сила тяжести заставляет стружку естественным образом и вертикально отходить от зоны обработки во время резания.
[Вывод по данным]: Превосходные условия отвода стружки и рассеивания тепла, обеспечиваемые горизонтальными обрабатывающими центрами, позволяют увеличить срок службы инструмента в среднем на 20–30%, что значительно снижает затраты на расходные материалы на деталь.
4. Количество настроек и адаптируемость деталей:
·Вертикальная обработка:
Идеально подходит для обработки деталей дискообразной и пластинчатой формы. Как правило, он может обрабатывать только одну плоскость сверху вниз. Для обработки типичной шестигранной детали (например, блока цилиндров двигателя) вертикальному обрабатывающему центру обычно требуется от 6 до 7 отдельных настроек и выравниваний. Каждая операция повторного зажима вносит кумулятивные ошибки позиционирования.
·Горизонтальная обработка:
Идеально подходит для обработки коробчатых и многогранных деталей. В сочетании с зажимными приспособлениями и поворотным столом на 360 градусов горизонтальный обрабатывающий центр может обработать четыре стороны — за исключением верхней и нижней — за одну установку. Для той же шестигранной детали горизонтальному обрабатывающему центру требуется всего 2-3 установки, что приводит к значительному повышению выхода годной продукции и геометрической точности.
5. Затраты на приобретение и распределение на рынке (стратегия инвестиционного портфеля):
Согласно историческим данным отрасли, существует огромная разница в стоимости между двумя типами машин:
• Стоимость покупки: Первоначальные инвестиции, необходимые для горизонтального обрабатывающего центра, как правило, более чем в три раза превышают инвестиции в вертикальный.
• Объём рынка: Благодаря доступной цене, интуитивно понятному управлению и низкому порогу входа в программирование, годовой объём продаж вертикальных обрабатывающих центров примерно в четыре раза превышает объём продаж горизонтальных обрабатывающих центров.
•Секрет первоклассных цехов: согласно отраслевым данным, 61% предприятий обрабатывающей промышленности с самой высокой рентабельностью и самыми быстрыми темпами роста инвестировали в горизонтальные обрабатывающие центры (ГОМ), которые часто используются в сочетании с многосторонними приспособлениями. Это свидетельствует о том, что по мере перехода предприятий от небольших цехов к высокодоходным заводам, ГОМ служат мощным инструментом для создания решающего конкурентного преимущества.
Как предприятиям следует сделать свой выбор?
1. Когда следует выбирать вертикальный обрабатывающий центр (ВОМ)?
• При относительно ограниченном бюджете.
• Когда основное внимание уделяется обработке плоских пластин или полостей пресс-форм, расположенных в одной плоскости.
• При работе в качестве мелкосерийного контрактного производственного цеха с широким ассортиментом продукции, требующего частой ежедневной переналадки между различными производственными линиями.
• При ограниченном пространстве в мастерской.
2. Когда следует выбирать горизонтальный обрабатывающий центр (ГОМ)?
• При наличии достаточного бюджета капитальных затрат.
• При наличии стабильного потока долгосрочных заказов большого объема (например, автомобильные компоненты, корпуса насосов, конструкционные детали для аэрокосмической отрасли).
• Когда возникает необходимость в обработке сложных коробчатых конструкций или многогранных деталей.
• При планировании интеграции с гибкой производственной системой (FMS) или роботизированными манипуляторами в будущем для достижения беспилотного производства. Хотя первоначальная стоимость оборудования может быть в три раза выше, экономия на заработной плате 2–3 операторов в сочетании с удвоением производственной мощности в конечном итоге приводит к снижению себестоимости единицы продукции в долгосрочной перспективе.