Токарная обработка микродеталей на станках швейцарского типа: когда токарный станок с подвижной бабкой подходит лучше всего
Токарный станок швейцарского типа: стандартная машина для малых тонких точеных деталей. Если Ваша деталь круглая, длиннее, чем шире, и диаметры нужно держать с точностью до нескольких микрометров, то, скорее всего, ее делают именно на нем. В этом руководстве объясняется, как работает станок, какие детали ему подходят, каких допусков ждать и когда лучше выбрать другой процесс. Для более широкой картины процессов и допусков начните с руководства закупщика по микрообработке.
Как работает токарный станок с подвижной бабкой
На обычном токарном станке с ЧПУ пруток зажат в патроне, а режущий инструмент движется вдоль него. Чем дальше инструмент от патрона, тем сильнее деталь прогибается под силой резания. Штифт 1 mm, который выступает на 10 mm, ведет себя как удочка.
Станок швейцарского типа переворачивает эту схему. Бабка зажимает пруток и проталкивает его вперед и назад через направляющую втулку, прецизионную гильзу, закрепленную перед инструментами. Инструменты остаются на месте рядом со втулкой. В каждый момент резание происходит всего в миллиметре-двух от опоры, поэтому деталь почти не прогибается, как бы длинна она ни была.
Конструкция появилась в швейцарской часовой промышленности в конце XIX века, где крошечные винты и трибы нужно было делать тысячами. Современные станки швейцарского типа с ЧПУ дополнительно имеют:
- Приводной инструмент для поперечного сверления, фрезерования лысок, пазов и многогранников, пока деталь еще находится в прутке.
- Противошпиндель, который принимает деталь при отрезке и обрабатывает заднюю торцевую поверхность.
- Несколько блоков инструмента, поэтому точение, сверление и фрезерование частично совмещаются по времени.
- СОЖ под высоким давлением для дробления и удаления стружки из малых отверстий.
В результате готовая деталь выходит из станка каждые несколько секунд или минут, часто без второй операции.
Детали, которые подходят для обработки на станках швейцарского типа
Лучший показатель: отношение длины к диаметру. Когда оно превышает примерно 3:1, обычный токарный станок начинает бороться с прогибом, а станок швейцарского типа становится естественным выбором.
| Семейство деталей | Типичный размер | Почему швейцарский тип |
|---|---|---|
| Контакты и штифты разъемов | от ⌀0.5 до 3 mm, длина от 5 до 20 mm | Длинные и тонкие, огромные объемы |
| Костные и стоматологические винты | от ⌀1 до 5 mm | Вихревое нарезание резьбы на станке, жесткие диаметры |
| Часовые трибы и оси | от ⌀0.3 до 2 mm | Крошечные диаметры, тонкая отделка |
| Канюли и втулки игл | от ⌀0.8 до 4 mm | Длинные отверстия, тонкие стенки |
| Корпуса датчиков | от ⌀3 до 12 mm | Наружное точение, фрезерованные элементы, один цикл |
| Золотники клапанов и малые валы | от ⌀2 до 10 mm | Несколько диаметров с жестким биением |
Диапазоны размеров типичны, это не пределы станка.
Детали, которые не подходят для станка швейцарского типа: призматические корпуса, детали с большими карманами на плоских гранях, все, что не начинается с круглого или шестигранного прутка, и детали, которые короче, чем шире. Их делают на микрофрезерном или обычном токарном станке.
Типичные допуски при обработке на станках швейцарского типа
Поскольку резание происходит рядом с опорой, станки швейцарского типа очень хорошо держат диаметры и соосность. Типичные производственные значения на предприятиях микрообработки:
| Характеристика | Типичные возможности |
|---|---|
| Диаметр | ±0.005 mm на отдельных диаметрах, ±0.01 mm общий |
| Посадка вала | h5 до h6 |
| Биение между диаметрами, один цикл | от 0.005 до 0.01 mm |
| Длина | ±0.01 до ±0.02 mm |
| Резьба | 6g / 6H стандартная, микрорезьба от M0.6 |
| Шероховатость поверхности | Ra от 0.4 до 1.6 μm |
Значения типичные, не гарантия.
Для вала 4 mm посадка h5 означает, что диаметр может быть между 4.000 и 3.995 mm, то есть поле 5 μm по ISO 286. На хорошо налаженном станке швейцарского типа это обычное дело. Предел часто определяет не станок, а тепловая стабильность в течение смены и метод измерения. Спросите предприятие, как и как часто оно измеряет критичные диаметры.
Пруток: то, что никто не указывает на чертеже
Направляющая втулка работает только тогда, когда пруток плотно в нее входит. Из этого следуют три вещи, которые должен знать закупщик.
Обычно нужен шлифованный пруток. Стандартный тянутый пруток может отличаться на несколько сотых миллиметра, из-за чего пруток вибрирует во втулке. Предприятия заказывают бесцентрово шлифованный пруток, как правило, h6 или h7, который стоит дороже за килограмм. Для большинства микродеталей дополнительная стоимость на штуку невелика, но она влияет на срок поставки, если марка необычная.
Потери на остаток прутка. Последняя часть каждого прутка, часто от 100 до 300 mm, удерживается цангой и не может быть использована. На малой детали этот остаток может весить больше, чем детали, сделанные из прутка. Для дорогих материалов, таких как титан или сплавы драгоценных металлов, это отражается в цене.
Режим без направляющей втулки. Многие современные станки могут работать без направляющей втулки на коротких деталях. Это позволяет использовать более дешевый тянутый пруток и получать меньше остатков, но часть преимущества для тонких деталей теряется. Если Ваша деталь короткая, спросите, согласно ли предприятие делать ее так.
Время наладки и время цикла
У точения на станках швейцарского типа совсем другая структура затрат, чем у фрезерования.
- Наладка означает установку и настройку до 20 и более инструментов, программирование совмещенных операций и отработку первых деталей. От нескольких часов до целого дня: это нормально.
- Время цикла короткое. Малые штифты могут сходить со станка каждые от 20 до 60 секунд. Сложные детали с фрезерованием занимают несколько минут.
Гипотетический пример: штифту датчика нужно 3 часа наладки и цикл 90 секунд. При 20 штуках на наладку приходится около 85 процентов машинного времени. При 5,000 штук менее 3 процентов. Поэтому одна и та же деталь может выглядеть дорогой как прототип и очень дешевой в серии. Для честного сравнения попросите предприятия указать цену для двух-трех объемов и сообщите годовой объем.
Для прототипов некоторые предприятия делают первые 10-50 штук на токарном станке с ЧПУ с фрезерным модулем или на микрофрезерном станке, а в серии переходят на станок швейцарского типа. Это допустимо, если критичные элементы измеряют одинаково в обоих случаях.
Вторичные операции на деталях, точеных на станках швейцарского типа
Многие микродетали, точеные на станках швейцарского типа, сходят со станка готовыми, но некоторым после резания еще нужна доработка. Знание, каким именно, помогает оценить сроки и сравнить предложения.
- Удаление заусенцев. Классическая проблема: поперечные отверстия. Выход поперечного отверстия ⌀0.3 mm в отверстие ⌀1 mm почти невозможно достать инструментом. Для таких случаев предприятия используют электрохимическое, абразивно-поточное или термическое удаление заусенцев либо планируют последовательность сверления так, чтобы свести заусенец к минимуму.
- Очистка. Станки швейцарского типа работают с режущим маслом. Детали моют, часто ультразвуком, перед контролем и упаковкой. Для медицинских деталей может потребоваться валидированный процесс очистки.
- Термообработка. Закаливаемая нержавеющая сталь и инструментальные стали закаливают после точения. Длинные тонкие детали могут изгибаться при термообработке, поэтому прямолинейность иногда нужно проверять или править после нее.
- Обработка поверхности. Обычны пассивация нержавеющей стали, никелирование или золочение латунных контактов и анодирование алюминия. Толщина покрытия прибавляется к диаметрам, поэтому жесткие диаметры должны ее учитывать.
- Шлифование или притирка. Для диаметров жестче примерно ±0.002 mm или шероховатости ниже Ra 0.2 μm после точения может следовать бесцентровое шлифование или притирка.
| Вторичная операция | Типичная причина | Влияние на срок |
|---|---|---|
| Электрохимическое или термическое удаление заусенцев | Поперечные отверстия, внутренние кромки | Добавляет дни при передаче на сторону |
| Ультразвуковая очистка | Удаление масла и стружки | Небольшое, обычно на месте |
| Термообработка | Твердость для 420, 440C, инструментальных сталей | Добавляет дни, может потребоваться правка |
| Гальваника или пассивация | Электропроводность, коррозия | Добавляет от дней до недели при передаче на сторону |
| Бесцентровое шлифование | Диаметры сверх возможностей точения | Добавляет технологический шаг |
Типичные значения для ориентира.
Когда лучше токарный станок с ЧПУ или микрофрезерный станок
Станок швейцарского типа не всегда ответ. Рассмотрите альтернативы, когда:
- Деталь короткая и приземистая. При отношении длины к диаметру менее примерно 2:1 хорошо работает прецизионный токарный станок с ЧПУ с противошпинделем, часто с более дешевым прутком.
- Количество очень мало и таким останется. Десять деталей в год не оправдывают полной наладки станка швейцарского типа.
- Большинство элементов фрезеруется. Малый корпус с одним точеным отверстием: фрезерная деталь. Справочник по допускам и материалам показывает, как соотносятся типичные пределы.
- Материал недоступен в виде прутка. Некоторые пластики и специальные сплавы поставляются только в виде плиты или стержня в размерах, не подходящих для направляющей втулки.
Что указать в RFQ для станка швейцарского типа
Чтобы получить сопоставимые предложения от предприятий со станками швейцарского типа, укажите:
- Модель STEP и чертеж в PDF с отмеченными критичными диаметрами и биениями.
- Материал и марку, а также допустим ли шлифованный пруток или нужен конкретный поставщик.
- Спецификацию резьбы, включая допустимость накатанной, вихревой или нарезанной резьбы.
- Требования к кромкам и заусенцам на поперечных отверстиях, это самое трудное место для удаления заусенцев на точеной детали.
- Количества на двух-трех уровнях и ожидаемый годовой объем.
- Метод контроля самого жесткого диаметра и нужен ли отчет по первому образцу.
Micropartz: сервис подбора. Мы направляем Ваш RFQ не более чем 3 предприятиям со станками швейцарского типа или с подвижной бабкой, подходящими для размера и материала Вашей детали, в выбранном Вами регионе поставщика, и отвечаем в течение 24 рабочих часов. Подробнее о процессах на странице о микрообработке. Когда чертеж будет готов, отправьте RFQ.
Часто задаваемые вопросы
Чем токарный станок швейцарского типа отличается от токарного станка с ЧПУ?
На обычном токарном станке с ЧПУ пруток зажат в неподвижном патроне, а инструмент движется вдоль него, поэтому длинная тонкая деталь отгибается от инструмента. На станке швейцарского типа бабка проталкивает пруток через направляющую втулку, а инструмент режет рядом с этой опорой, поэтому тонкие детали остаются прямыми.
Какой наименьший диаметр можно точить на станке швейцарского типа?
Микростанки швейцарского типа работают с прутком от примерно ⌀0.5 mm, а элементы на детали можно точить намного меньше, до около 0.1 mm на короткой длине на специализированных предприятиях. Типичная серийная работа начинается примерно с ⌀1 mm.
Станки швейцарского типа делают только круглые детали?
Нет. Современные станки оснащены приводным инструментом и противошпинделем, поэтому за один цикл сверлят поперечные отверстия, фрезеруют лыски, пазы и шестигранники и обрабатывают заднюю часть детали. Деталь по-прежнему должна быть получена из прутка и в основном быть телом вращения.
Почему в предложениях на станки швейцарского типа требуют такой большой объем?
Наладка и программирование часто занимают от нескольких часов до целого дня, а каждый пруток оставляет остаток. На 10 штуках эти затраты размазываются слабо. На 10,000 штук выигрывает короткое время цикла.
Проверено по
- Wikipedia: Screw machine (includes Swiss-style automatic lathes)
- ISO 286-2:2010, Tables of standard tolerance classes and limit deviations for holes and shafts
Числа в этом руководстве являются типичными значениями для ориентира. Реальные определяют чертеж, сертификат на материал и подобранное предприятие.
Получите подбор предприятия микрообработки
Отправьте чертеж один раз. Мы передадим его до 3 предприятиям, подходящим для детали, и ответим в течение 24 рабочих часов. Бесплатно для закупщиков.
Отправить RFQ