В качестве основного режущего инструмента для нестинга целесообразно применять алмазные (PCD) и твердосплавные спиральные концевые фрезы (HM) с позитивными и негативными углами наклона, образующей линию лезвия спирали, в зависимости от требуемой производительности процесса.
Для облицованных плитных материалов (ДПК) целесообразно применять только интегральные концевые фрезы, для необлицованных – интегральные и с прямой режущей кромкой. В зависимости от требований к качеству фрезерованной поверхности кромки плиты, обрабатываемого материала, производительности оборудования, установленной мощности шпинделя и режимов резания выбираются фрезы однозубые или многозубые.
Целесообразность выбора нестинга в отличие от классической схемы раскроя плитных материалов и дальнейшей обработки полученных заготовок имеет место только в том случае, если требуется увеличить производительность мебельного производства, особенно с большим количеством элементов мебели, имеющих криволинейные формы кромок. Иными словами, задача нестинга – повышение производительности мебельного производства и сокращение количества другого технологического оборудования, например, раскройных центров, фрезерных станков и кромкооблицовочного оборудования.
Нестинг — это только для серьезного оборудования – обрабатывающих центров с ЧПУ, говорят специалисты. На оборудование, которое не может обеспечить скорость подачи 20–30 м/мин, нет смысла ставить многозубые фрезы. Можно, конечно, снизить скорость подачи до 10 м/мин, уменьшить частоту вращения шпинделя станка, чтобы сохранить оптимальную величину подачи на зуб, которая как правило, для чистового фрезерования не должна превышать величин 0,1…0,2 мм, однако это временный вариант для крупных производителей мебели, а также для небольших предприятий, т.к. теряется самое главное нестинга — скоростной раскрой заготовок.
Следует помнить, что нестинговые фрезы предъявляют серьезные требования к оборудованию и оснастке. Так, если при скорости подачи до 15 м/мин можно использовать цанговые патроны, то дальше нужно применять оснастку повышенной точности — гидро- или термопатроны, т.е. на станках с ручной сменой режущего инструмента, где цангу зажимает гайкой оператор, скоростной (силовой) нестинг нет смысла пробовать в принципе.
Плюсы и минусы технологии нестинг (Nesting)
Преимущества технологии нестинг
В первую очередь, преимущество использования технологии нестинг заключается:
- в выполнении большого количества технологических операций на небольшой производственной площади, при минимальном использовании трудовых ресурсов, оборудования и производственного времени;
- в выборе оптимальной схемы раскроя заготовок, в частности когда много заготовок разных размеров и форм;
- фрезерные станки и обрабатывающие центры с ЧПУ, благодаря возможности криволинейного раскроя концевыми фрезами, по сравнению с форматно-раскроечными станками, где раскрой ведется круглыми пилами через весь раскраиваемый лист, значительно снижают отходы плитного материала;
- в связи с тем, что обработка плит (фрезерование, присадка, даже, как вариант облицовка кромок) ведется на одном станке и без перемещения заготовки, то значительно увеличивается точность размеров заготовок и деталей;
- уменьшаются затраты на покупку и содержание других деревообрабатывающих станков (форматно-раскроечных, фрезерных, сверлильных), в том числе расходы, связанные с их настройкой, техническим обслуживанием и организацией технологического процесса.
Недостатки технологии нестинг
Несмотря на все достоинства технологии нестинга, следует отметить широкий ряд проблем и недостатков, возникающих при ее внедрении в производство мебели:
- относительно низкая скорость раскроя по сравнению с использованием форматно-раскроечных станков и центров. С одной стороны, это вызвано использованием концевых фрез диаметром 10-12 мм, из-за их прочности и того, что они перерабатывают в стружку материал из-за ширины паза;
- отсутствует возможность пакетного раскроя плитных материалов;
- большой объем мягких отходов (стружки и опилок) требует дополнительных затрат для своевременной утилизации;
- при небольших заказах могут оставаться крупные остатки плит, для которых потребуется написание дополнительных нестинг-программ;
- горизонтальное сверление и выборка глухих отверстий под фурнитуру с обратной (нелицевой) стороны плиты невозможны. Для этого необходимы дополнительные технологические операции;
- после обработки ламинированной плиты с помощью концевых фрез на углах деталей и с тыльной стороны в местах фрезерования могут быть сколы (например, из-за их затупления, снижения скорости подачи в этих зонах или их неправильного выбора);
- при значительных объемах небольших размеров деталей увеличивается процент отходов, так как на каждый проход фрезы увеличивается отход материала;
- широкий рабочий стол (более 2,5 метров) обрабатывающего центра ЧПУ создает некоторые затруднения при снятии с него готовых деталей. Для облегчения данной задачи рекомендуется заказывать со станком опцию — автоматическую разгрузка для него;
- технология нестинг требует высокого уровня подготовки оператора станка при написании nesting-программ.
Плюсы внедрения технологии нестинг в мебельное производство
Комплексная обработка плитных материалов на фрезерном станке или обрабатывающем центре с ЧПУ при соответствующей организации производства открывает многие дополнительные возможности как для небольших фирм, так и для крупных предприятий.
Крупные мебельные предприятия технология нестинг заинтересует, прежде всего, при массовом изготовлении корпусной мебели с большим количеством нелинейных деталей из ДcТП. Если требуется обходиться без использования форматно-раскроечных станков, можно увеличить производительность оборудования, используя обрабатывающие центры с дополнительными силовыми узлами (фрезерными и сверлильными), которые выполняют обработку ДСП или МДФ плиты одновременно несколькими фрезами и сверлами.
Если мебельный цех специализируется на небольших и индивидуальных заказах, то технология нестинг также покажет высокую отдачу при изготовлении криволинейных, непрямых деталей со сложной фрезеровкой кромки или пласти заготовок, воплощая в жизнь самые сложные дизайнерские решения. Наиболее распространенный пример применения технологии Nesting — это производство мебельных фасадов из МДФ. После укладки полноразмерной необлицованной или частично облицованной (с нелицевой стороны) плиты МДФ или ДсТП на крупноформатный обрабатывающий центр с ЧПУ, то через определенное время на выходе получаются готовые под облицовку пленкой или покраску разноразмерные детали со сложным рельефным рисунком на лицевой поверхности.
Выбор режущего инструмента для нестинга
Все нестинговые фрезы HM и PCD для обработки двухсторонних облицованных плит — интегральные, т.е. зубчики на них расположены под углом разнонаправленно на всей длине рабочей части фрезы, так, чтобы поджимать ламинированное покрытие плиты к ее основе, чтобы процесс фрезерования был без сколов с обеих сторон плиты.
Фрезы интегральные подразделяются на негативные (нижний ряд лезвий зубчиков направлены вверх, остальные верхние — вниз) и позитивные –направление лезвий зубчиков — обратное.
Начать выбор фрез нужно с расчетов по требуемой производительности оборудования, типа фрезы (HM или PCD), выбора размеров (длины и диаметров), а также количества режущих элементов на ней. Как известно, скорость подачи, которая определяет, как производительность, так и качество получаемой фрезерованной поверхности, рассчитывается по формуле:
U = Uz ∙ z ∙ n / 1000, м/мин (1)
где:
Uz – подача на один зуб, мм;
z – число зубъев, шт.;
n – частота вращения шпинделя, 1/мин.
Зная рекомендованную подачу на зуб (0,1…0,2 мм), требуемую скорость подачи (10…30 м/мин) и частоту вращения шпинделя (18000…24000 1/мин) можно рассчитать необходимое количество зубъев фрезы по формуле:
z = 1000 ∙ U / Uz ∙ n, шт (2)
Как известно, одной из наиболее распространенных ошибок при раскрое на оборудовании с ЧПУ можно назвать неправильный подбор режущего инструмента, в частности, количество зубьев не соответствует режимам резания или выброс стружки происходит не в том направлении. Кроме этого операторы данных станков очень часто, переходя с твердосплавных фрез на алмазные, занижают скорость подачи этих фрез: то ли боятся, то ли их жалеют, в результате эти фрезы быстро перегреваются. Соответственно, алмазная фреза выходит из строя, т. к. из-за больших скоростей резания и на медленной скорости подачи (скорость подачи на зуб менее 0,1 мм) она фактически шлифует материал плиты корпусом, дополнительно измельчает отходы в пыль, беспощадно горит, греется и ломается. Это просто неправильно подобранный режим работы.
Рис.1.Стандартная алмазная фреза
Рекомендуемые максимальные скорости подачи для алмазных фрез при работе по ДсТП, с частотой вращения 18000 1/мин стандартными фрезами диаметром 12 мм (см. рис.1):
- для однозубых фрез (Z1+1) 5 м/мин;
- для двухзубых фрез (Z2+2) 10 м/мин;
- для трехзубых фрез (Z3+3) 15 м/мин.
-
Рекомендуемые максимальные скорости подачи для оптимизированных нестинговых фрез диаметром 16…25 мм по ДсТП с частотой вращения шпинделя 24000 1/мин (см. рис.2):
- для трехзубых фрез (Z3+3) 21 м/мин;
- для четырехзубых фрез (Z4+4) до 35 м/мин, при соблюдении всех технологических условий и использовании высокоточных систем зажима – термо,- или гидропатрона.
Рис.2.Оптимизированная алмазная фреза
Также распространенная ошибка — неправильный подбор общей длины фрезы и, в частности, высоты рабочей части фрезы. Например, нельзя фрезой с рабочей высотой 28 мм обрабатывать плиту 9 мм. Хвостовик фрезы, зажатый в патроне шпинделя, а работает только кончиком рабочей части фрезы, а большая часть которой выпала из процесса резания, т.е. возникает (из-за крутящего момента и сил резания) рычаг, который часто ломает фрезу. Поэтому для каждой высоты плиты или группы толщин плит (не более двух толщин) нужна своя фреза. К примеру, для плиты 18 мм идеально подойдет фреза с рабочей высотой 25 мм. При этом мы можем обрабатывать ею и 18-ю, и 19-ю плиту, и даже 22-ю плиту. Но если хотим обрабатывать 24-ю, уже лучше брать с рабочей высотой 28 мм.
Вместо того, чтобы взять фрезу с более длинной рабочей частью, которая должна быть равна толщине плиты плюс 3…5 мм в зависимости от диаметра фрезы, просто берут ту, что есть, вставляют в патрон, еще, как правило, не до знака К, нанесенного лазером на хвостовике фрезы, и входят в материал плиты частично хвостовиком фрезы, который, естественно, трется о плиту, а фреза ломается в зоне концентратора напряжений, по линии — хвостовик — рабочая часть.
Расчеты расчетами, но в дальнейшем при работе целесообразно подбирать рабочие режимы (скорости подачи и резания) все же опытным путем, особенно при смене плитных материалов, ориентируясь на поведение фрезы в процессе ее работы:
- если она «горит», то нужно увеличивать скорость подачи или уменьшать частоты вращения шпинделя (скорость резания);
- дает сколы — увеличить обороты или снизить подачу;
- шумит (свистит) — снижать скорость подачи и т.д.;
- оптимально, при выборе скоростей подачи и резания двигаться не от меньшей к большей, а наоборот. Например, поставить фрезу Z3 и подать ее с большой скоростью, условно 25 м/мин и если качество обработки Вас не устроило, то уменьшить скорость подачи до 22 м/мин и повторять этот процесс до того момента, когда качество обработки будет удовлетворять;
- важно помнить, что при закрытом резании фрезой, которая вращается по часовой стрелке и двигается слева направо, верхняя и нижняя грани паза в зоне отделочных покрытий имеют разную шероховатость (в частности, из-за встречного и попутного фрезерования, см. рис.3);
Рис.3. Разница в качестве фрезерования кромок при попутном и встречном резании и закрытом фрезеровании фанеры
- если работать на маленькой подаче большим количеством зубьев, то фреза будет шлифовать материал, а не резать. Аналогичные процессы происходят, когда на карте раскроя много мелких заготовок — шпиндель будет постоянно ускоряться и замедляться. То же самое при поворотах и диагональных резах, (пример, вход в заготовку), т.е. когда скорость в условные 25 м/мин по одной оси делится между двумя осями X и Y. Другими словами, скорость подачи будет снижаться, а частота вращения — нет, и инструмент будет периодически перегреваться. Часто, в этом случае, операторы станков с ЧПУ говорят, что алмаз перегревается и тупится, но, по факту, он остается острым. Дело в другом: поскольку трение возрастает, а стружка не удаляется и не уносит тепло с собой, то весь нагрев уходит в инструмент, т.к. происходит налипание расплавленного клея (смолы), содержащейся в мягких отходах плиты, фреза чернеет.
Как известно, алмазные зубья на нестинговых фрезах паяют при температуре ок. 700 градусов и при этом не происходит его деструкция (разрушение). Нагреть его до более высокой температуры в процессе работы фрезы просто невозможно. Основная причина проблем с этими фрезами заключается в том, что при фрезеровании, к примеру, особенно ДСтП нагревается стружка, а фенолформальдегидная смола, которая присутствует в ее составе, меняет структуру, плавится и начинает налипать на заднюю грань режущего зуба, что приводит к уменьшению заднего и боковых аксиальных углов фрезы и к еще большему нагреву и ее налипанию. В итоге появляются сколы на облицовочном материале, как правило, с двух сторон, и инструмент снимают, считая, что фреза затупилась. Но фреза не тупая, она остается достаточно острой и ее в данном случае можно отмыть специальным средством вручную или моечной машине (рекомендуемым производителем фрез) и продолжить работать. Схожие проблемы возникают особенно при обработке фанеры, там налипание выражено еще сильнее, и если запустить ситуацию и вовремя не снять фрезу, то это приведет к его поломке или полному или частичному выкрашиванию зубьев.
Особенности работы с алмазным режущим инструментом
Алмазный инструмент должен работать в диапазоне скоростей, которые рассчитываются через подачу на зуб (для ДСП и МДФ - 0,1… 0,2 мм на зуб). Если выйти из диапазона, фреза начнет гореть или ломаться.
Кроме того, после каждой переточки фрезы уменьшается как диаметр ее рабочей части, так и ширина паза при раскрое плиты, а размеры готовых щитовых деталей, соответственно, увеличиваются. Поэтому более рациональным представляется возможность раскраивать плиты на отдельные детали в два этапа — предварительный и окончательный, если это позволяют цеховые условия.
Предварительный раскрой производят на максимально возможной скорости подачи традиционной стандартной нестинговой фрезой диаметром 12 мм с разделенной режущей (стружколомами) кромкой, которую заглубляют не на всю толщину детали, а оставляют с нижней стороны пласти плиты слой около 1 мм.
Окончательный раскрой выполняют перетачиваемой алмазной фрезой диаметром 12 мм с единой режущей кромкой, которая удаляет слой материала по 1 мм с каждой стороны паза и углубляется в подложку на 0,3–0,5 мм. Траекторию подачи фрезы программируют так, что при обработке паза шириной 14 мм использовать попутное резание, что обеспечивает высокое качество поверхности кромки детали.
При такой работе даже после переточки фрез и корректировки их фактического диаметра в системе управления центра с ЧПУ (согласно сопроводительной этикетке ОТК нашего сервисного центра) достигается постоянство геометрических размеров и высокое качество готовых деталей.
Для обеспечения требуемой точности и качества обработки такими фрезами рекомендуется использовать термо,- или гидрозажимные станочные патроны, позволяющими работать на более интенсивных режимах.
Сервисное обслуживание алмазных фрез
Главное, что нужно помнить об алмазном инструменте — его затачивают и ремонтируют только в сервисных центрах РФ, причем, далеко не во всех. Помимо того, что для заточки алмаза используется не абразив, а электроэрозионная технология (электроды в диэлектрической жидкости), так еще у разных производителей отличается геометрия фрез.
Некоторые нестинговые фрезы различных производителей, как пример, оптимизированные алмазные фрезы достаточно сложные, их не так просто затачивать. Есть фрезы, которые невозможно или очень сложно затачивать на станках без специальных программ.
Если сервисный центр, как сервисный центр GT в Санкт-Петербурге, имеет современное технологическое оборудование, в том числе несколько оптических измерительных центров, которые позволяют обмерить угловые и линейные размеры и сравнить после его заточки, особенно совпадает задний угол или нет с оригинальным.
Другими словами, будет не лишним уточнить в сервисе, с которыми вы сотрудничаете или планируете, могут ли они заточить алмазную нестинговую фрезу конкретного производителя.
Считается, что стандартные алмазные нестинговые фрезы диаметром 12 мм можно заточить 2–4 раза, до диаметра 10,8–10,5 мм, до меньшего диаметра не получится, т.к. напайка отвалится из-за маленькой площади зоны пайки. Это обусловлено геометрией фрезы — на маленьком диаметре фрезы приходится значительно увеличивать задний угол, чтобы «затылок зуба» не цеплял за материал в процессе фрезерования, т. е. оставлять маленькую «постель» для напайного зуба.
Стойкость режущего инструмента
Стойкость инструмента — это продолжительность его работы от заточки до заточки, выраженной, например, в величине обработки в п.м. или минутах.
Свой вклад в стойкость фрез вносит как экстремальный режим работы, (например, фреза снимает минимум по высоте — не более 1 мм), маленькая скорость подачи или резания, так и внешние факторы (биения в шпинделе, оснастке, люфт портала, повышенный дисбаланс фрез и оснастки).
В качестве примера, можно считать для 12 мм стандартных алмазных фрез, работающих по облицованному ДсТП, (кроме белой пленки), нормой длины пути обработки 10–11 километров. Это примерно 200–300 листов плиты, в зависимости от карты раскроя. По МДФ ресурс на 15–20 % ниже из-за более высокой плотности материала.
Однако, не всегда можно корректно сравнить стойкость нестинговых фрез, поскольку на результат конкретных потребителей влияют многие производственные факторы:
- из-за неправильного выбора режимов обработки плитных материалов;
- неправильной установки инструмента (например, работа кончиком фрезы при большом вылете, крепление фрез в патроне ниже базовой риски, указанной на хвостовике);
- вид и наличие инородных включений в плите;
- тип облицовочного материала пласти или его отсутствие;
- требуемое качество и точность деталей;
- соотношение долей крупных и мелких готовых деталей в общем объеме производства (в этом случае портал центра будет периодически разгоняться и тормозить, и фактическая скорость подачи будет отличаться от расчетной;
- пренебрежения простейшим сервисом, когда люди работают инструментом до полного затупления фрезы.
За режущим инструментом надо следить и не доводить его до крайнего состояния, а если образуется нагар, инструмент периодически надо отмывать.
Стойкость алмазных нестинговых фрез можно оценить, как 10:1 по отношению к аналогичным интегральным спиральным твердосплавным фрезам.
Признаки затупления нестинговых фрез
Так при обработке ламинированных плитных материалов маркером того, что инструмент затупился, являются сколы на облицовочном материале. В данном случае все просто: увидели сколы, сразу сняли фрезы и отдали в заточку.
А идет обработка необлицованного материала, то понять, что инструмент уже затупился, достаточно сложно. В таких случаях клиенты работают до тех пор, пока, режущий инструмент не начал дымиться или пока не отлетели на фрезах напайки. В данном случае нужно определять какие-то критерии, в частности разработать регламенты, в которых прописать замену фрез через определенное время, не зависимо от времени работы фрезы. А если, в частности, нестинговое оборудование имеет возможность показывать на компьютере дискретную нагрузку (мощность) на шпинделе, то можно засечь показатели нового и затупленного инструмента, а оператор сможет отслеживать время замены затупившегося инструмента.
Стойкость также сильно зависит от состояния инструмента, качества сервиса и его очистки и мойки. Оператору стоит периодически, если не в конце смены, то в конце недели точно, осматривать инструмент, желательно под увеличением, чтобы оценить величину радиуса на режущей кромке и необходимости его сервисного обслуживания.
Как вариант: установка на оправку шпинделя специальной турбины. Она нужна только на станках с матричным столом и, желательно, с позитивной фрезой. В этом случае ресурс инструмента, по разным оценкам, повышается от 50 до 100%. За счет чего это происходит? Вся стружка сразу же уходит из зоны реза, не остается в пазе, и фреза ее не перемалывает повторно. Покупка турбины отбивается достаточно быстро, буквально на 2–3-х фрезах.
И еще: ставьте на оборудование качественную и точную оснастку (оправки и патроны). Известно, что термо,- гидропатроны в сравнении с цангами увеличивают ресурс фрез более, чем на 30%, а в случае работы на цангах – менять их не реже 1 раза в год.
В результате перехода с цанг на патроны вибрация шпинделя снижается как минимум в три раза, фреза меньше бьется об материал плиты во время работы, соответственно, медленнее тупится.
Кроме того, очень важно предотвращать вибрацию обрабатываемой плиты в связи с ослаблением ее прижима к подложке (которую выполняет МДФ плита толщиной 12…22 мм из подкладных листов пачек плит). Для этого нужно:
- как вариант менять вакуумный насос на более мощный;
- чаще проводить техническое обслуживание вакуумного насоса;
- постоянно продувать оснастку станка и постоянно чистить режущий инструмент от нагара и налипания мягких отходов и клея;
- постоянно и регулярно «править» верхнюю пласть подложки специальными концевыми фрезами со сменными пластинками, (см. рис.4), которые производятся в том числе и компанией GT диаметрами рабочей части 80–180 мм. Задача таких фрез — предварительно удалить верхний слой толщиной 1–1,5 мм при скорости подачи 25–40 м/мин из-за повышенного содержания в нем пластификатора — парафина, который ухудшает процесс вакуумирования;
Рис.4. Фреза для выравнивания плиты подложки
- для подложки рекомендуется использовать только шлифованные плиты MDF средней плотности и герметизировать их наружные вертикальные кромки, например, лакокрасочными материалами;
- рекомендуется при разработке карт раскроя по возможности размещать мелкие детали ближе к центру плиты;
- максимально оптимизировать карты раскроя, что позволит прилично повысит стойкость фрез и сократит время обработки, если уменьшится количество холостых перемещений шпинделя.
Аспирация
Очень важный момент — качественный отвод стружки из зоны резания. В нестинге это особенно важно, потому что фрезерование закрытое, фреза полностью погружена в материал, работает на всю глубину с интенсивным образованием стружки. Если стружка плохо отводится, идет двойное дробление, инструмент быстрее «садится», да и на качестве фрезерованной поверхности кромки плиты это сказывается не очень хорошо.
Негативные фрезы направляют стружку в основном вниз, но поскольку при раскрое ЛДСП получаются достаточно легкая фракция мягких отходов, то хорошая аспирация их вытягивает практически полностью. К слову, эти фрезы удобны тем, что позволяют работать с плитами разной высоты, поскольку верхняя пласть плиты всегда будет попадать на более длинный негативный зуб (зубья), который прижимает ее.
А вот у МДФ мягкие отходы (стружка и пыль) тяжелые, с ними даже хорошая аспирация справиться не может, и в этом случае рекомендуется использовать нестинговую фрезу с преимущественно позитивной спиралью. Эти фрезы обязательно должны быть оптимизированы под один, максимум, два размера плиты по толщине, например, 16 мм и 18 мм, тогда выброс стружки из зоны резания у них будет гораздо эффективнее.
Важно: при работе с оптимизированными, усовершенствованными нестинговыми фрезами наличие качественной и мощной внутрицеховой аспирации – обязательно.
Автор: заместитель технического директора GT Владимир Падерин
Ваш GT – российский производитель режущего инструмента
Подписывайтесь на нас в соцсетях:
ВК
ТГ-канал
Яндекс. Дзен
