Как работают швейцарские токарные станки:объяснение точности, скорости и эффективности

Меня часто спрашивают о швейцарских токарных станках. Обычно это владелец магазина, который годами работает на обычных токарных станках с ЧПУ, наблюдая, как его клиенты требуют более жестких допусков для все более мелких деталей, и задается вопросом, является ли швейцарский станок ответом. Иногда это так. Иногда это решение проблемы, которой на самом деле не существует в их магазине, за 150 000 долларов. Разница сводится к пониманию того, что на самом деле делает токарный станок и почему он делает это иначе, чем все остальное в вашем токарном цехе.

Механика:что делает его швейцарским

Обычный токарный станок с ЧПУ захватывает заготовку за переднюю бабку и удерживает ее там, пока режущие инструменты въезжают. Пруток зажимается, инструменты подходят к нему. Просто и эффективно для большинства токарных работ.

Швейцарский токарный станок опровергает эту логику. Пруток непрерывно подается через направляющую втулку — прецизионное отверстие, расположенное всего в миллиметрах от режущего инструмента, — а сама передняя бабка скользит вдоль оси Z, продвигая материал в зону резки. Направляющая втулка обеспечивает поддержку прямо в точке контакта, что исключает прогиб, который может возникнуть, если длинная тонкая деталь торчит без поддержки из обычного патрона.

Эта направляющая втулка является ключевой. Именно это позволяет швейцарским токарных станкам выдерживать допуски ±0,0001 дюйма на деталях длиной в несколько дюймов, но диаметром всего несколько миллиметров. Без него эти детали прогибались бы под давлением резания, и ваши допуски были бы неверными. С его помощью точка резания поддерживается всегда, цикл за циклом.

Большинство швейцарских станков с ЧПУ также имеют вторичный шпиндель, расположенный за основной зоной резания. Когда деталь завершена и отрезана, вторичный шпиндель захватывает ее и выполняет операции с обратной стороны — сверление, нарезание резьбы, торцовку — прежде чем выбросить ее в бункер. Участие оператора в каждой отдельной детали минимально. Вы загружаете устройство подачи прутка, настраиваете программу, и машина работает.

Швейцарский токарный станок и обычный токарный станок с ЧПУ:прямое сравнение

Вот где я вижу, что магазины запутываются. Швейцарские токарные станки — это не просто «более точные» токарные станки с ЧПУ. Это другая машина для другой работы. Использовать его там, где он вам не нужен, — все равно, что гонять гоночную машину по гравийной дороге:технически впечатляюще, но совершенно непрактично.

Швейцарский токарный станок Обычный токарный станок с ЧПУ Передняя бабка Скользит вдоль оси Z Фиксированная на месте Опора прутка Направляющая втулка в точке резания Только патрон — без поддержки по длине прутка Зона оптимального размера детали диаметром менее 1,25 дюйма, большое соотношение длины и диаметра Работа в патроне большего диаметра Достижимые допуски ± 0,0001 дюйма Типичный ± 0,0005 дюйма Сложность установки Высокая — направляющая втулка, цанги, комплект инструментов Низкий — стандартный патрон и револьверная головкаСтиль производства Подача прутка, большие объемы, возможность отключения освещения Пакетная обработка или цех, с участием оператораВспомогательные операцииВстроенный с субшпинделемТребуется отдельная установка или станокЦена (б/у)20 000–150 000 долларов США+8 000–80 000 долларов США+

Для чего на самом деле созданы швейцарские токарные станки

Швейцарские станки существуют из-за специфической производственной проблемы:как производить очень маленькие, очень точные и очень сложные детали в больших объемах, не заставляя оператора трогать каждую из них? Ответ, первоначально разработанный для швейцарских часовщиков в 1870-х годах, заключался в том, чтобы поддерживать заготовку в точке резания и непрерывно подавать ее из прутка.

Сегодня тот же подход доминирует, в частности, в четырех отраслях:медицинское оборудование, авиационно-космические крепежные детали, автомобильные топливные системы и разъемы для электроники. Во всех четырех случаях вы обычно изготавливаете детали диаметром менее 32 мм в больших количествах с допусками, которые большинство обычных токарных станков не могут обеспечить.

Приложение Почему швейцарский имеет смысл Костные винты и имплантатыЖесткие допуски по внешнему диаметру, биосовместимые материалы, отсутствие ручной обработки между операциямиАэрокосмический крепежВысокое соотношение L/D, титан и инконель, точная форма резьбыКомпоненты топливных форсунокМикронные допуски, большой объем, однородное качество поверхностиЗубные абатментыСложная геометрия, малый диаметр, несколько операций в одной установкеШпильки электронного разъемаЛатунь, медные сплавы, чрезвычайно жесткие требования к концентричности

Если ваша работа не попадает ни в одно из этих ведер — если вы в основном работаете с деталями большего диаметра, объемами работ в мастерских или работаете, где ± 0,001 дюйма вполне приемлемо — токарный станок, вероятно, не лучший выбор. Вам придется платить больше за возможности, которые вы не будете использовать, и иметь дело со сложностью настройки, которая будет замедлять вашу работу при выполнении каждой работы.

Вопрос о направляющей втулке

Стоит знать одну вещь:не все токарные станки работают с установленной направляющей втулкой. Некоторые новые модели — например, станки Citizen LFV — могут работать в режиме «без направляющей втулки» для более коротких деталей, где остатки материала вызывают беспокойство. Традиционная установка втулки тратит примерно один диаметр стержня на каждый стержень, который вы используете. На дорогих материалах, таких как титан или инконель, это быстро накапливается.

Оценивая подержанный токарный станок, выясните, поддерживает ли он работу без направляющих втулок и какие размеры цанг доступны. Отверстие втулки должно точно соответствовать диаметру вашего прутка — вы не можете просто пропустить пруток любого размера через любой станок. Это один из наиболее распространенных сюрпризов, с которыми сталкиваются магазины после покупки машины.

О времени установки

Я буду с вами честен:швейцарские токарные станки непросто настроить. Направляющая втулка должна соответствовать диаметру вашего прутка, цанги должны совпадать, набор инструментов должен быть настроен, а синхронизация вспомогательного шпинделя должна быть синхронизирована с вашей основной программой. Опытный токарный станок — это настоящий ценный актив, но на современном рынке труда его нелегко найти.

Это не повод не покупать его. Это повод войти с ясными глазами. Швейцарский токарный станок, выполняющий крупномасштабную работу, для которой он предназначен, невероятно продуктивен. Простоять швейцарский токарный станок, пока вы пытаетесь найти кого-то, кто умеет им управлять, — это дорогостоящая ошибка.

Если вы подумываете о своей первой швейцарской машине, я бы рекомендовал начать с модели Citizen, Tsugami или Star с системой управления Fanuc. На рынке этих машин больше знаний операторов, больше ресурсов поддержки, а также больше доступных цанг и инструментов, чем у менее распространенных брендов. Кривая обучения реальна; не усложняйте задачу, чем необходимо.

Сколько это на самом деле стоит

Новые токарные станки с ЧПУ от Citizen, Tsugami или Star обычно стоят от 200 000 до 400 000 долларов в зависимости от конфигурации и мощности прутка. И это без модернизации инструментов, устройства подачи прутка и системы подачи СОЖ.

На рынке подержанных автомобилей цены существенно различаются в зависимости от возраста, марки и состояния:

Тип машины Типичный диапазон цен на подержанные товары Что вы получаете Старый одношпиндель (до 2010 г.) 20 000–45 000 долларов США Управление Fanuc, ограниченное количество субшпинделей, базовые швейцарские возможности Среднее поколение (2010–2017 гг.) 45 000–90 000 долларов США Стандартный субшпиндель, улучшенные возможности управления, больше позиций для инструментов Поздняя модель (2018+)$90 000–$150 000+Поддержка LFV, высокоскоростные шпиндели, расширенное управление, почти новые возможностиС включенным устройством подачи пруткаДобавьте $5 000–$25 000 Зависит от марки, мощности и состояния устройства подачи

Финансирование бывших в употреблении токарных станков осуществляется по той же схеме, что и любое другое оборудование с ЧПУ, которое мы продаем, — срок от одного до шести лет, до 500 000 долларов США. Ежемесячная цифра для машины стоимостью 80 000 долларов в течение пяти лет гораздо более управляема, чем кажется, если посмотреть на розничную цену.

Итог

Швейцарский токарный станок – это узкоспециализированный станок. Если ваш цех производит большие объемы мелких прецизионных деталей — особенно для медицинских, аэрокосмических или автомобильных клиентов — он почти наверняка окупит себя. Если у вас обычная мастерская с деталями различных размеров и скромными объемами, вам лучше подойдет мощный токарный центр с ЧПУ, приводным инструментом и контршпинделем.

Если вы не уверены, на какой стороне этой линии вы находитесь, я буду рад рассказать о вашей конкретной работе. Мы видим много магазинов, и я обычно могу довольно быстро сказать, имеет ли смысл использовать швейцарский токарный станок для того, чем кто-то пользуется. Просмотрите наш текущий ассортимент швейцарских токарных станков или свяжитесь напрямую — без давления, просто прямой разговор.

Часто задаваемые вопросы

Может ли токарный станок обрабатывать детали большого диаметра?

Швейцарские токарные станки для большинства моделей рассчитаны на прутки диаметром до 32 мм, а в некоторых конфигурациях диаметр достигает 38–42 мм. Они не подходят для обработки патронов большого диаметра — здесь правильным выбором будет обычный токарный станок с ЧПУ или токарный центр. Если вы используете детали диаметром более 2 дюймов, швейцарский станок почти наверняка не подойдет.

Сколько времени нужно, чтобы научиться работать на токарном станке?

Больше, чем стандартный токарный станок с ЧПУ. Оператору с опытом работы на обычных токарных станках с ЧПУ обычно требуется несколько недель, чтобы освоиться со швейцарским станком, и месяцы, чтобы стать по-настоящему опытным в настройке. Установка направляющей втулки, выбор цанги и расположение комплекта инструментов отличаются от того, к чему они привыкли. Машины, управляемые Fanuc, требуют более медленного обучения, чем системы управления собственной разработки.

Нужен ли мне устройство подачи прутка с токарным станком?

Что касается производственной работы, то да, практически. Вся конструкция токарного станка ориентирована на непрерывную подачу прутка. Вы можете обрабатывать короткие заготовки вручную, но вы теряете время цикла и преимущество в эффективности труда, которое в первую очередь делает покупку швейцарских станков выгодной. Большинство используемых токарных станков либо оснащены устройством подачи прутка, либо имеют совместимую модель.

В чем разница между токарным станком с ЧПУ и винтовым автоматом?

«Винтовой автомат» — это старый термин для той же общей категории станков — предшественников современных токарных станков с ЧПУ с кулачковым приводом. Они были созданы для той же работы (большие объемы мелких деталей), но в них используются механические кулачки, а не компьютерное управление. Вы по-прежнему найдете их в объявлениях, и они дешевы, но токарные станки с ЧПУ значительно более гибкие, быстрее настраиваются на новые рабочие места и имеют более жесткие допуски.