Obróbka szwajcarska – Czym jest tokarka szwajcarska?

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.

Obróbka szwajcarska, znana również jako toczenie szwajcarskie, to wysoce precyzyjny proces obróbki CNC wykonywany na specjalnym typie tokarki zaprojektowanym specjalnie do produkcji małych i skomplikowanych części.

Tokarki szwajcarskie działają z niewiarygodnie małymi tolerancjami przy krótszych czasach cyklu niż tokarki konwencjonalne, co czyni je atrakcyjną opcją do produkcji złożonych części w większych ilościach.

Zagłębmy się w podstawy tego najnowocześniejszego procesu toczenia.

Czym jest obróbka szwajcarska?

Tokarki szwajcarskie zostały pierwotnie zaprojektowane przez szwajcarskiego zegarmistrza Jakoba Schweizera do produkcji bardzo małych części dla przemysłu zegarmistrzowskiego. Pierwsza tokarka w stylu szwajcarskim została opracowana w latach 70. XIX wieku, ale zaczęła zyskiwać popularność w innych branżach w latach 60. dzięki wysokiej precyzji i niskiemu marginesowi błędu.

W szwajcarskiej maszynie CNC przesuwny wrzeciennik przesuwa segment metalowego materiału przez tuleję prowadzącą. Pozostała część przedmiotu obrabianego jest mocno trzymana w uchwycie za tuleją prowadzącą i nie jest bezpośrednio narażona na kontakt z narzędziem.

Po zakończeniu obróbki części przedmiotu obrabianego, pręt jest przesuwany do przodu wzdłuż osi z, umożliwiając obróbkę kolejnej części. Takie segmentowe podejście pozwala na szybkie i ciasne toczenie części, ponieważ eliminuje to ugięcie części pod wpływem dużych sił skrawania i zwiększa dokładność.

Większość współczesnych tokarek w stylu szwajcarskim wykorzystuje jedno lub dwa wrzeciona główne oraz jedno lub dwa dodatkowe wrzeciona tylne. Wrzeciono główne jest używane do większości operacji obróbki. Wrzeciono pomocnicze znajduje się za częścią, a jego działanie zazwyczaj polega na podnoszeniu części po jej odcięciu i wykonywaniu różnych operacji wtórnych, takich jak wiercenie lub gwintowanie strony przedmiotu obrabianego, która była niedostępna przed rozdzieleniem.

Po zakończeniu tych operacji, dodatkowe wrzeciono wyrzuca gotową część do pojemnika, eliminując potrzebę ręcznej wymiany każdej części przez operatora, jak to często ma miejsce w przypadku standardowych tokarek CNC.

Jeśli chodzi o materiały, szwajcarskie tokarki są zwykle używane do metali (stal węglowa, aluminium, stal nierdzewna, mosiądz itp.), czasami tworzyw sztucznych (nylon, poliwęglan i inne), a nie tak bardzo do drewna.

Tokarki typu szwajcarskiego są generalnie bardziej elastyczne, wydajne i precyzyjne w porównaniu do tokarek konwencjonalnych. Przedstawimy Państwu kilka kluczowych różnic między nimi:

Wrzeciennik

Konwencjonalne tokarki mają stały wrzeciennik, mocujący obrabiany przedmiot na jednym lub obu końcach (z konikiem). Maszyny szwajcarskie mają natomiast ruchomy wrzeciennik, umożliwiający zmianę położenia przedmiotu obrabianego wzdłuż osi Z w trakcie procesu obróbki.

Proces obróbki

Obróbka szwajcarska wykorzystuje podejście segmentowe, w którym określona część przedmiotu obrabianego jest obrabiana podczas przechodzenia przez tuleję prowadzącą. Segmentacja poprawia spójność, co skutkuje precyzyjnymi częściami toczonymi CNC o pożądanych tolerancjach.

Tradycyjne tokarki obsługują pojedynczą operację na raz, zmieniając narzędzie tnące po zakończeniu poprzedniego etapu. Ich działanie jest ogólnie wolniejsze w porównaniu do szwajcarskiej obróbki segmentowej, ale cały przedmiot obrabiany jest dostępny za jednym razem w porównaniu do obróbki szwajcarskiej, która podaje pręt przez tuleję prowadzącą.

Tuleja prowadząca

Konwencjonalna tokarka utrzymuje obrabiany przedmiot nieruchomo w uchwycie tulei zaciskowej wrzeciona głównego. Dłuższe elementy obrabiane o stosunku długości do średnicy większym niż 4:1 z większym prawdopodobieństwem spowodują ugięcie części z powodu wysięgu.

Tokarka szwajcarska wykorzystuje tuleję prowadzącą do podparcia przedmiotu obrabianego. Obróbka jest wykonywana blisko tulei prowadzącej, dzięki czemu zwis i ugięcie części nie stanowią problemu. Ponadto tokarki typu szwajcarskiego mogą wykonywać głębsze cięcia w jednym przejściu zamiast wielu płytkich przejść, jak w przypadku tradycyjnej tokarki, ponieważ tuleja prowadząca zapewnia doskonałe podparcie przedmiotu obrabianego.

Dostępne są jednak tokarki CNC z przesuwnym wrzeciennikiem, które nie są wyposażone w tuleję prowadzącą. Ułatwia to szybszą konfigurację i większą koncentryczność przedmiotu obrabianego, ale zalety te są ogólnie widoczne w przypadku krótszych przedmiotów obrabianych o niższym stosunku długości do średnicy.

Czas cyklu

Maszyny typu szwajcarskiego znacznie skracają czas cyklu w produkcji złożonych geometrii w porównaniu do konwencjonalnej obróbki skrawaniem dzięki możliwości wykonywania wielu operacji obróbczych w jednym ustawieniu. Liczba osi na tokarce szwajcarskiej wynosi od 7 do 13, w porównaniu do 2-5 osi na tokarkach tradycyjnych.

Automatyczne podawanie prętów na tokarce szwajcarskiej skraca czas przestoju maszyny i zwiększa produktywność, ponieważ nie ma potrzeby ręcznej wymiany obrabianych przedmiotów.

Chłodziwo

Olej jest stosowany jako chłodziwo w szwajcarskiej obróbce skrawaniem, w przeciwieństwie do wody w tokarkach konwencjonalnych. Chociaż olej ma niższą pojemność cieplną niż woda, jego wysoka smarowność zmniejsza tarcie i minimalizuje ogólne wytwarzanie ciepła. Dodatkową korzyścią jest to, że olej pomaga zmniejszyć zużycie narzędzi i zapobiega powstawaniu rdzy.

Przetwarzanie końcowe

W zależności od złożoności, części produkowane na konwencjonalnych tokarkach często wymagają dodatkowych procesów wykańczających. Tokarki szwajcarskie wytwarzają tak cienkie i precyzyjne części, że potrzeba wtórnych procesów wykańczania jest ograniczona lub w wielu przypadkach całkowicie wyeliminowana.

Koszt

Tokarka szwajcarska jest generalnie droższa w porównaniu do tokarki konwencjonalnej ze względu na zaawansowaną konstrukcję i więcej opcji oprzyrządowania. Różnica nie jest jednak tak duża, jak mogłoby się wydawać, ponieważ na rynku dostępnych jest kilka szwajcarskich maszyn CNC, które nie przekraczają kosztów konwencjonalnej tokarki z dużym marginesem.

W przypadku celowego wykorzystania do produkcji większych serii złożonych części, tokarka szwajcarska staje się bardziej ekonomiczną opcją w dłuższej perspektywie, pomimo różnicy w jej początkowym koszcie.

Korzyści z używania tokarki szwajcarskiej

Szybkie tempo produkcji i precyzja sprawiają, że tokarka szwajcarska przewyższa swoje odpowiedniki pod wieloma względami:

• Wysoka precyzja – Tokarki szwajcarskie są znane z niezwykle wysokiej precyzji i wąskich tolerancji, często niezbędnych w branżach takich jak medyczna, lotnicza lub skomplikowanych komponentów elektronicznych.
• Wysoka powtarzalność – Szwajcarskie maszyny produkują części o niezmiennie wysokiej jakości, co ma kluczowe znaczenie w branżach, w których liczy się każdy mikron.
• Produkcja złożonych części – Dzięki unikalnemu systemowi tulei prowadzących, tokarki szwajcarskie mogą obsługiwać długie, smukłe części i skomplikowane detale bardziej efektywnie niż tokarki konwencjonalne.
• Jednoczesne operacje – Wiele szwajcarskich tokarek CNC jest wyposażonych w wiele ścieżek narzędzi, co pozwala na jednoczesne wykonywanie operacji takich jak toczenie, wiercenie i frezowanie. Prowadzi to do skrócenia czasu cyklu dla złożonych części.
• Mniej operacji wtórnych – Ze względu na ich zdolność do wykonywania wielu operacji w jednym cyklu obróbki, części często schodzą ze szwajcarskiej maszyny jako gotowe lub prawie gotowe, zmniejszając potrzebę operacji wtórnych.
• Zmniejszone ugięcie – Konstrukcja tokarki szwajcarskiej, w której obrabiany przedmiot jest podparty bardzo blisko narzędzia skrawającego przez tuleję prowadzącą, znacznie zmniejsza ugięcie, co z kolei pozwala na lepsze wykończenie powierzchni i spójne wymiary długich, smukłych części.
• Wyższe obroty – Tokarki szwajcarskie mogą zazwyczaj pracować przy wyższych obrotach bez wibracji, co prowadzi do skrócenia czasu obróbki i poprawy wykończenia powierzchni.
• Automatyzacja – Szwajcarskie centra tokarskie są wysoce zdolne do automatyzacji większości, jeśli nie całego procesu obróbki. Połączenie automatycznego podawania prętów, liczby dostępnych narzędzi, wielu osi ruchu i programowania CAM pozwala na precyzyjną obróbkę skomplikowanych części bez ręcznej interwencji.

Ograniczenia szwajcarskiej obróbki CNC

Pomimo oczywistych korzyści, jakie oferuje szwajcarska obróbka CNC, ma ona jednak pewne ograniczenia.

• Bar stock – Rozmiar pręta jest zazwyczaj ograniczony do 2 mm-38 mm i wymaga stałej średnicy (jakość pręta maszyny śrubowej), ponieważ jest on podawany przez tuleję prowadzącą. Dostępne są maszyny, które mogą obsługiwać nieco mniejsze i większe pręty, ale są one mniej powszechne. Czasami pręt jest fazowany na jednym końcu (zwykle jeśli jego średnica wynosi 10 mm), aby był mocno trzymany przez chwytak.
• Koszty narzędzi – Specjalistyczne oprzyrządowanie dla maszyn szwajcarskich może być kosztowne. Ponadto, ze względu na bliskie sąsiedztwo wielu narzędzi, mogą istnieć ograniczenia dotyczące rozmiaru i geometrii narzędzia.
• Rozpraszanie ciepła – Olej jest stosowany jako środek smarny w tokarkach szwajcarskich w porównaniu do tokarek konwencjonalnych, które wykorzystują wodę. Wadą jest to, że olej jest mniej skuteczny w rozpraszaniu ciepła, co może stanowić problem podczas długich godzin pracy.
• Czas konfiguracji – Kalibracja i wymiana szeregu narzędzi skrawających zwiększa czas potrzebny na przygotowanie przed rozpoczęciem projektu. Szwajcarska maszyna wymaga również zaprogramowania, co może zająć znaczną ilość czasu i wymaga odpowiedniego przeszkolenia personelu, aby zmaksymalizować korzyści płynące ze szwajcarskich automatów tokarskich.

Zastosowania szwajcarskiej obróbki skrawaniem

Szwajcarskie maszyny są bardzo wszechstronne, co czyni je idealnym wyborem do produkcji części w wielu branżach.

• Zegarmistrzostwo – Szwajcarska tokarka została pierwotnie opracowana dla przemysłu zegarmistrzowskiego do produkcji miniaturowych, precyzyjnych części mechanicznych.
• Przemysł lotniczy – Przemysł lotniczy wykorzystuje w swoich zespołach lekkie, precyzyjne części o bardzo wąskich tolerancjach. Szwajcarskie maszyny doskonale nadają się do tego celu, ponieważ są znane z obróbki małych, złożonych komponentów.
• Urządzenia medyczne – Wysokie standardy w dziedzinie medycyny w dużym stopniu wykorzystują możliwości szwajcarskich tokarek w produkcji instrumentów medycznych, śrub chirurgicznych i implantów.
• Elektronika – Produkcja komponentów elektronicznych staje się coraz trudniejsza, ponieważ stają się one coraz mniejsze i bardziej zaawansowane. Zwiększone zapotrzebowanie na małe części, takie jak piny, czujniki i złącza, sprawia, że korzystanie z tokarki CNC typu szwajcarskiego jest świetną opcją.
• Motoryzacja – Szwajcarskie maszyny są wykorzystywane do tworzenia wtryskiwaczy paliwa, czujników i zaworów dla sektora motoryzacyjnego.
• Broń palna – Broń palna i sprzęt obronny wymagają precyzyjnie toczonych części do optymalnego działania. Tokarka w stylu szwajcarskim może produkować iglice, sworznie i spusty.
• Instrumenty muzyczne – Przemysł instrumentów muzycznych korzysta z precyzji szwajcarskiej obróbki skrawaniem przy tworzeniu skomplikowanych komponentów, zapewniając optymalną funkcjonalność i jakość tonalną. Niektóre przykłady obejmują smukłe i szczegółowe części instrumentów dętych drewnianych i blaszanych, tunery i struny do gitar oraz pręty i napinacze do bębnów. Ten wysoki poziom spójności i dokładności jest niezbędny do spełnienia profesjonalnych standardów i zapewnienia spójnego dźwięku.

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.