Frezy KLEIN w produkcji seryjnej: jak ograniczyć przestoje CNC i uporządkować gospodarkę narzędziową?

W produkcji seryjnej koszt narzędzia nie kończy się na cenie zakupu. Znacznie większe znaczenie mogą mieć: czas wymiany frezu, liczba nieplanowanych zatrzymań maszyny, jakość krawędzi, liczba poprawek, zużycie materiału oraz przewidywalność kolejnych partii.

Dla kierownika narzędziowni, technologa i operatora CNC podstawowym celem nie jest więc znalezienie jednego „najlepszego frezu”. Celem jest zbudowanie powtarzalnego systemu, w którym narzędzie, uchwyt, tuleja, parametry obróbki i harmonogram serwisowy tworzą jedną kontrolowaną całość.

W tym poradniku pokazujemy, jak wykorzystać narzędzia KLEIN do uporządkowania gospodarki narzędziowej w zakładzie produkującym meble, fronty, elementy z MDF, sklejki, płyty laminowanej i drewna litego.

Narzędzie nie pracuje samodzielnie

Na wynik obróbki wpływa cały układ technologiczny:

• frez lub głowica,
• uchwyt narzędziowy,
• tuleja zaciskowa i nakrętka,
• stan stożka oraz wrzeciona,
• bicie całkowite układu,
• obroty i posuw,
• głębokość przejścia,
• kierunek odprowadzania wióra,
• sztywność elementu i skuteczność podciśnienia,
• odpylanie.

Wymiana samego frezu nie rozwiąże problemu, jeżeli przyczyną wykruszania krawędzi jest zużyta tuleja, zabrudzony stożek, nieprawidłowo zamocowany chwyt albo zbyt duże bicie układu.

Najpierw ustandaryzuj rodziny narzędzi

Narzędziownia nie powinna zawierać wielu przypadkowych frezów wykonujących tę samą operację. Im więcej podobnych wariantów, tym większe ryzyko pomyłki przy przygotowaniu maszyny, programowaniu i uzupełnianiu zapasów.

Dla każdej typowej operacji warto określić jedną podstawową rodzinę narzędzi oraz jeden wariant rezerwowy.

Zobacz: frezy do CNC i nestingu, frezy spiralne VHM oraz frezy DIA do CNC.

VHM, płytki wymienne czy DIA?

Frezy spiralne VHM

Frezy z pełnego węglika są stosowane między innymi do nestingu, formatowania, rowkowania, wykańczania krawędzi oraz wykonywania kieszeni. Ich geometria może powodować wyciąganie wióra do góry, dociskanie materiału w dół albo jednoczesne dociskanie obu powierzchni obrabianej płyty.

Przy doborze należy określić:

• materiał obrabiany,
• grubość płyty,
• wymaganą jakość górnej i dolnej krawędzi,
• średnicę narzędzia,
• długość części roboczej,
• liczbę ostrzy,
• kierunek spirali,
• możliwość zagłębiania czołowego.

Nie należy wybierać zbyt długiej części roboczej „na zapas”. Większy wysięg zmniejsza sztywność układu i może zwiększać podatność na drgania.

Narzędzia na płytki wymienne

Główną zaletą jest możliwość obrotu albo wymiany ostrza bez wysyłania całego narzędzia do ostrzalni. Rozwiązanie dobrze sprawdza się przy planowaniu, wręgowaniu, profilowaniu i operacjach, w których szybkie przywrócenie maszyny do pracy jest ważniejsze od maksymalnego czasu pracy jednej krawędzi.

Warunkiem powtarzalności jest:

• dokładne oczyszczenie gniazda,
• zastosowanie właściwej płytki i śruby,
• kontrola stanu powierzchni pod płytką,
• dokręcanie zgodnie z zaleceniami producenta,
• wymiana kompletu ostrzy, jeżeli wymaga tego konstrukcja narzędzia,
• kontrola bicia po wykonaniu obsługi.

Frezy DIA/PCD

Narzędzia z ostrzami z diamentu polikrystalicznego są szczególnie uzasadnione przy intensywnej obróbce MDF, płyty wiórowej, laminatów oraz innych materiałów o wysokiej ścieralności.

Nie należy jednak zakładać jednej uniwersalnej wielokrotności trwałości. Rzeczywisty wynik zależy od materiału, geometrii frezu, parametrów, bicia układu, jakości odpylania i kryterium wycofania narzędzia.

Decyzję o przejściu z VHM na DIA najlepiej oprzeć na danych z produkcji:

• liczbie rozkrojonych arkuszy,
• łącznej długości frezowania,
• liczbie elementów między wymianami,
• czasie przezbrojenia,
• koszcie regeneracji,
• liczbie braków i poprawek.

Uchwyt i tuleja są częścią narzędzia

Nawet prawidłowo dobrany frez nie będzie pracował stabilnie w zużytej, zabrudzonej albo nieprawidłowo dobranej tulei.

W wybranych uchwytach KLEIN HSK63F producent podaje wyważenie do 24 000 obr./min. Dostępne są również określone warianty wyważone w klasie G2,5 do 36 000 obr./min. Parametry te dotyczą konkretnych modeli i nie mogą być automatycznie przypisywane do wszystkich uchwytów HSK63F.

Przy wyborze uchwytu należy sprawdzić:

• typ stożka maszyny,
• standard tulei: np. ER, EOC lub inny wymagany przez uchwyt,
• dopuszczalny zakres średnic,
• długość montażową A,
• kierunek obrotów, jeżeli uchwyt ma takie ograniczenie,
• dopuszczalne obroty,
• klasę wyważenia,
• rodzaj nakrętki,
• kompatybilność z magazynem narzędzi i osłonami maszyny.

Zobacz: uchwyty do CNC oraz uchwyty KLEIN HSK63F.

Czystość mocowania wpływa na bicie

Pył, żywica, olej albo drobne zanieczyszczenie pozostawione na stożku, w gnieździe tulei lub na chwycie frezu może pogorszyć współosiowość układu. Może to prowadzić do szybszego zużycia ostrzy, pogorszenia krawędzi i wzrostu obciążenia wrzeciona.

Przed montażem narzędzia operator powinien:

1. oczyścić chwyt frezu,
2. wyjąć tuleję z nakrętki i oczyścić wszystkie jej powierzchnie,
3. oczyścić gniazdo uchwytu,
4. skontrolować stożek HSK lub ISO,
5. sprawdzić tuleję pod kątem pęknięć, deformacji i korozji,
6. zamontować tuleję w nakrętce zgodnie z jej konstrukcją,
7. dokręcić nakrętkę wymaganym momentem.

Producent KLEIN wskazuje, że regularne czyszczenie stożków, uchwytów, gniazd oraz tulei pomaga utrzymać precyzję i ogranicza przedwczesne zużycie elementów mocowania.

Nie kopiuj parametrów z podobnego frezu

Dwa narzędzia o tej samej średnicy mogą wymagać innych parametrów, jeżeli różnią się liczbą ostrzy, geometrią, materiałem ostrza lub kierunkiem spirali.

Podstawową zależność między posuwem, obrotami i liczbą ostrzy można opisać:

f_z = v_f ÷ (n × z)

gdzie:

• f_z – posuw na ostrze,
• v_f – posuw roboczy w mm/min,
• n – prędkość obrotowa w obr./min,
• z – liczba efektywnie pracujących ostrzy.

Wartości początkowe należy przyjmować z dokumentacji konkretnego frezu, a następnie korygować na podstawie obciążenia wrzeciona, jakości krawędzi, stabilności mocowania i rzeczywistych warunków maszyny.

Zbyt niski posuw w stosunku do obrotów może powodować tarcie i przegrzewanie. Zbyt wysoki posuw zwiększa obciążenie ostrza, chwytu, wrzeciona i mocowania materiału.

Każde narzędzie powinno mieć kartę technologiczną

Parametry przechowywane wyłącznie w pamięci operatora nie tworzą powtarzalnego procesu. Dla każdej pozycji narzędziowej warto przygotować kartę zawierającą:

Karta powinna być dostępna dla operatora przy maszynie, a nie wyłącznie w dokumentacji działu technologicznego.

Wymieniaj narzędzie według procesu, nie według kalendarza

Określenie „wymieniamy frez raz na zmianę” jest wygodne, ale może być nieekonomiczne. Jedna zmiana może obejmować różne materiały, programy, grubości płyt i długości obróbki.

Lepsze kryteria to:

• liczba rozkrojonych arkuszy,
• łączna długość ścieżki,
• czas rzeczywistej pracy narzędzia,
• liczba wykonanych elementów,
• trend obciążenia wrzeciona,
• liczba braków wynikających z jakości frezowania.

Pierwsze partie należy kontrolować częściej. Po zebraniu danych można ustalić bezpieczny limit prewencyjnej wymiany, pozostawiający zapas przed wystąpieniem nieakceptowalnej jakości.

Minimalny zapas dla narzędzia krytycznego

Dla narzędzia, którego brak zatrzymuje linię albo centrum CNC, pojedyncza sztuka w zakładzie nie jest zapasem.

Praktyczny układ obejmuje:

• narzędzie pracujące – zamontowane lub aktywne w produkcji,
• narzędzie gotowe – zmierzone i przygotowane do natychmiastowej wymiany,
• narzędzie w serwisie lub rezerwie – zależnie od czasu regeneracji i dostawy.

Wysokość zapasu powinna zależeć od znaczenia operacji, średniego zużycia, czasu dostawy oraz czasu ostrzenia lub regeneracji.

Najczęstsze problemy i kolejność diagnostyki

Nie należy zwiększać obrotów lub zmniejszać posuwu jako automatycznej reakcji na pogorszenie jakości. Taka korekta może jedynie zamaskować problem i zwiększyć tarcie ostrza.

Jak policzyć rzeczywisty koszt narzędzia?

Porównanie wyłącznie cen zakupu nie pokazuje kosztu procesu.

Koszt jednego elementu = zakup + ostrzenie + regeneracja + przezbrojenia + przestoje + braki ÷ liczba prawidłowo wykonanych elementów

W kalkulacji należy uwzględnić:

• cenę frezu, uchwytu i tulei,
• liczbę możliwych ostrzeń albo regeneracji,
• czas operatora podczas wymiany,
• czas ustawienia i pomiaru,
• transport do serwisu,
• straty materiałowe,
• koszt zatrzymania kolejnej operacji na linii.

Dopiero taki wynik pozwala rzetelnie porównać frez VHM z narzędziem DIA albo głowicą na płytki wymienne.

Plan uporządkowania narzędziowni w czterech etapach

Etap 1 – inwentaryzacja

• spisz wszystkie frezy, głowice, uchwyty i tuleje,
• usuń duplikaty indeksów i niejednoznaczne nazwy,
• oznacz narzędzia aktywne, rezerwowe, zużyte i przeznaczone do serwisu.

Etap 2 – standaryzacja

• przypisz podstawowy frez do każdej operacji,
• ogranicz liczbę standardów tulei i średnic chwytów,
• zdefiniuj uchwyt oraz długość wystawienia dla każdego programu.

Etap 3 – parametry i pomiar

• utwórz karty technologiczne,
• zapisz parametry początkowe i kryteria kontroli,
• wprowadź rejestr długości pracy albo liczby wykonanych elementów.

Etap 4 – zapas i serwis

• ustal minimalny stan narzędzi krytycznych,
• wyznacz miejsce dla narzędzi gotowych do pracy,
• oddziel narzędzia zużyte od sprawnych,
• ustal stały obieg ostrzenia i regeneracji.

System KLEIN dla przemysłowego CNC

Oferta KLEIN dla centrów obróbczych obejmuje między innymi:

• frezy spiralne z pełnego węglika,
• frezy i głowice na płytki wymienne,
• frezy DIA/PCD,
• uchwyty HSK i ISO,
• tuleje zaciskowe i nakrętki,
• klucze dynamometryczne i stanowiska montażowe,
• narzędzia do planowania stołów CNC,
• wyposażenie do czyszczenia stożków i tulei,
• wiertła do głowic wielowrzecionowych,
• przyrządy pomiarowe i presettery.

Korzyścią z jednego systemu nie jest samo logo producenta. Jest nią możliwość uporządkowania kompatybilności frezu, uchwytu, tulei, nakrętki, klucza i części zamiennych.

Najczęściej zadawane pytania

Czy droższy frez zawsze obniża koszt produkcji?

Nie. Narzędzie może być opłacalne dopiero po uwzględnieniu trwałości, przestojów, regeneracji, braków i czasu obsługi. W krótkiej serii tańszy frez VHM może być właściwy, a w produkcji ciągłej bardziej opłacalny może okazać się frez DIA.

Czy tuleję zaciskową trzeba wymieniać razem z frezem?

Nie przy każdej wymianie frezu. Tuleja powinna być jednak regularnie kontrolowana i wymieniona po wykryciu zużycia, deformacji, korozji, uszkodzenia albo utraty wymaganej współosiowości.

Czy można używać jednej tulei do kilku średnic chwytu?

Należy stosować wyłącznie zakres zacisku podany dla konkretnej tulei. Nie wolno wciskać chwytu o średnicy niezgodnej z jej oznaczeniem. W produkcji seryjnej bezpieczniejsza jest tuleja przeznaczona dokładnie do używanego chwytu.

Jak ustalić moment wymiany frezu?

Najlepiej na podstawie mierzalnego limitu procesu: metrów frezowania, liczby arkuszy, czasu pracy albo liczby elementów. Limit powinien być potwierdzony kontrolą jakości krawędzi i obciążenia maszyny.

Czy po regeneracji można użyć tych samych parametrów?

Nie należy zakładać tego bez kontroli. Po regeneracji trzeba sprawdzić rzeczywisty wymiar narzędzia, długość, bicie oraz zalecenia serwisu, a następnie wykonać próbę technologiczną.

Dobór narzędzi KLEIN do linii i centrów CNC

Do prawidłowego doboru przygotuj:

• producenta i model maszyny,
• typ wrzeciona i uchwytu,
• maksymalne obroty i moc wrzeciona,
• rodzaj materiału,
• grubość obrabianego elementu,
• opis operacji,
• obecne parametry obróbki,
• oczekiwaną liczbę elementów w serii,
• zdjęcie krawędzi albo opis występującego problemu.

Zobacz narzędzia KLEIN dla zakładów produkcyjnych i centrów CNC

Serwis i regeneracja narzędzi

Pomoc techniczna: 22 21 31 880

Źródła techniczne

• KLEIN – narzędzia i wyposażenie centrów obróbczych CNC
• KLEIN – uchwyty HSK63F
• KLEIN – uchwyty HSK63F ER32 wyważone w klasie G2,5
• KLEIN – czyszczenie uchwytów, stożków i tulei
• KLEIN – dobór posuwu frezów w maszynach CNC