Toczenie automatowe czy toczenie CNC: którą technikę wybrać dla swojej części?

Toczenie i toczenie automatowe wytwarzają ten sam typ części: osie, tuleje, śruby, złączki, kontakty. Część się obraca, narzędzie usuwa materiał. Oba rzemiosła zazębiają się, a zakład może opanować oba, ale maszyny i logika serii się różnią.

• Toczenie CNC (tokarka ze stałym wrzecionnikiem): część jest trzymana w uchwycie, czasem podparta kłem. Obrabia zarówno pręty, jak i półfabrykaty (odkuwki, odlewy, odcinki cięte piłą), pojedynczo lub w małych seriach, o średnicach od kilku milimetrów do kilkuset milimetrów.
• Toczenie automatowe (décolletage): obróbka z pręta na tokarkach automatycznych, z ruchomym wrzecionnikiem (typu szwajcarskiego) lub wielowrzecionowych, przeznaczonych do seryjnej produkcji z dużą wydajnością. We Francji dolina rzeki Arve w Górnej Sabaudii jest historycznym ośrodkiem tej branży: zob. stronę Owernia-Rodan-Alpy.

Takie części spotyka się w złączach, zegarmistrzostwie, sektorze medycznym (śruby, narzędzia), hydraulice, motoryzacji i technicznym łączniku: wszędzie tam, gdzie małe części obrotowe produkuje się w dużych ilościach, przy wymaganiach dokładności i powtarzalności.

Na klasycznej tokarce część wystaje z uchwytu i ugina się pod naciskiem narzędzia, tym bardziej, im jest dłuższa i cieńsza: powyżej długości równej trzem–czterem średnicom zazwyczaj potrzebne jest podparcie (kieł, podtrzymka). Na tokarce z ruchomym wrzecionnikiem pręt jest trzymany przez tuleję zaciskową wrzecionnika, który przesuwa się w tulei prowadzącej: narzędzie zawsze pracuje tuż obok tego podparcia, niezależnie od obrabianej długości. Ugięcie pozostaje niewielkie, nawet przy bardzo smukłych częściach. Ponieważ kilka narzędzi pracuje jednocześnie, na wrzecionie głównym i przeciwwrzecionie, cykle są krótkie, od kilku sekund do kilku minut w zależności od części.

Takie maszyny są najczęściej wyposażone w przeciwwrzeciono, które przejmuje część, aby obrobić jej drugi koniec, oraz w narzędzia napędzane do frezowania, wiercenia poprzecznego lub wykonywania płaskich ścięć, co odpowiada częściom z kilkoma funkcjami frezowanymi, jak złącze lub śruba ze specjalnym łbem. Część wychodzi gotowa, bez ręcznej ponownej obróbki, po odcięciu. Typowe zdolności obróbcze wynoszą od kilku milimetrów do 32 mm średnicy pręta, a niektóre maszyny sięgają dalej. Powyżej wybiera się tokarkę ze stałym wrzecionnikiem z podajnikiem prętów lub maszynę wielowrzecionową do bardzo dużych serii.

Tabela porównuje dwie najczęstsze rodziny; maszynom wielowrzecionowym poświęcona jest następna sekcja.

Automatyczna tokarka wielowrzecionowa nosi kilka prętów, cztery, sześć lub osiem w zależności od maszyny, na bębnie. Przy każdym indeksowaniu bęben przesuwa się o jedną pozycję i jedna część jest gotowa: każda pozycja wykonuje jedną operację własnymi narzędziami, jednocześnie z pozostałymi. Wydajność jest bardzo wysoka, co odpowiada seriom liczącym kilkadziesiąt tysięcy, a nawet kilka milionów sztuk: śruby, złączki, tuleje, części złączy lub dla motoryzacji.

Ceną jest długie i kosztowne ustawianie oraz konieczność, by część pasowała do kolejności pozycji. Maszyna wielowrzecionowa jest uzasadniona dla części stosunkowo prostych, o dużym wolumenie i regularnym odbiorze. Przy skromniejszych seriach lub bardziej złożonych częściach tokarka z ruchomym wrzecionnikiem lub toczenie CNC pozostają bardziej opłacalne.

Toczenie automatowe jest droższe w uruchomieniu i tańsze w produkcji. Ustawienie tokarki z ruchomym wrzecionnikiem zajmuje czas (narzędzia, prowadzenie, podajnik prętów, program z kilkoma zsynchronizowanymi ścieżkami), ale cykl jest krótki, ponieważ kilka narzędzi pracuje jednocześnie. To zwykła logika: koszty stałe ÷ ilość + koszt zmienny na część (zob. cena obróbki CNC).

• Od jednej do kilku sztuk: klasyczna tokarka CNC, prostsza do ustawienia, lub tokarka wielozadaniowa.
• Od kilkudziesięciu do kilkuset: toczenie CNC pozostaje w grze; ruchomy wrzecionnik staje się interesujący, jeśli część jest cienka, długa lub złożona.
• Od kilkuset do kilku tysięcy i więcej: toczenie automatowe z ruchomym wrzecionnikiem jest zazwyczaj najbardziej konkurencyjne, a następnie maszyny wielowrzecionowe przy bardzo dużych wolumenach.

Te granice to rzędy wielkości, bez wartości uniwersalnej: zależą od średnicy, materiału, złożoności i obłożenia zakładu. Warto prosić o ceny dla kilku ilości, a w razie wątpliwości dla obu rodzin maszyn. Przy bardzo dużym wolumenie, dla niektórych geometrii, pałeczkę może przejąć tłoczenie na zimno, forma kucia.

Zaopatrzenie w pręty ma też znaczenie przy małych partiach: typowe długości wynoszą około trzech metrów, a niektóre gatunki kupuje się tylko w minimalnych ilościach. Przy stałej potrzebie zamówienie ramowe z dostawami etapowymi pozwala zakładowi zaopatrzyć się w materiał jednorazowo i wyrównać harmonogram.

Obie techniki zwykle utrzymują tolerancje rzędu kilku setnych milimetra na średnicach. Ruchomy wrzecionnik wyróżnia się przy częściach długich i smukłych oraz powtarzalnością w serii, ponieważ skrawanie odbywa się blisko podparcia. Węższe tolerancje wymagają opanowanego procesu, a nawet szlifowania: należy je potwierdzić z zakładem, wymiar po wymiarze. Dla tolerancji ogólnych narzędzie ISO 2768 podaje wartości z normy.

Ra rzędu 0,8 do 1,6 µm (klasy N6 i N7) jest typowe w toczeniu, drobniejsze przy narzędziach wykańczających lub dodatkowej operacji. Przelicznik chropowatości pozwala przejść z jednego zapisu na drugi. Drobną chropowatość należy narzucać tylko na powierzchniach funkcjonalnych: wydłuża cykl.

Toczenie automatowe wychodzi od prętów kalibrowanych, już tolerowanych, co ogranicza liczbę operacji. Gatunki przeznaczone do toczenia automatowego (stale automatowe, mosiądz, aluminium 2011, stal nierdzewna 303) łamią wiór i obrabia się je szybciej. Typowe stale nierdzewne, tytan czy tworzywa techniczne również można obrabiać, ale z mniejszą wydajnością: zob. materiały na części obrabiane.

W serii kontrola odbywa się w trakcie produkcji: operator mierzy części w regularnych odstępach sprawdzianami lub odpowiednimi przyrządami, co pozwala śledzić dryf wymiarów krytycznych. Jeśli wymagają Państwo identyfikowalności partii materiału, raportu z kontroli lub pierwszego wyrobu, proszę to zapisać w zapytaniu: dokumenty te mają swój koszt.

1. Wychodzić od standardowej średnicy pręta: maksymalna średnica zbliżona do dostępnego wymiaru pręta pozwala uniknąć zbędnego usuwania materiału i marnowania czasu skrawania.
2. Przewidzieć ślad po odcięciu: odcięta ściana zachowuje mały czop lub rysy; proszę wskazać, czy jest funkcjonalna, a w razie potrzeby jakiego wykończenia Państwo oczekują.
3. Wolić fazki od ostrych krawędzi i promienie od kątów wewnętrznych, które oszczędzają narzędzia i ułatwiają gratowanie.
4. Grupować funkcje frezowane (otwory poprzeczne, ścięcia płaskie) w minimalnej liczbie pozycji, aby ograniczyć liczbę narzędzi napędzanych.
5. Tolerować tylko to, co potrzebne: każdy ciasny wymiar wydłuża ustawianie i kontrolę, zwłaszcza gdy wystarczają tolerancje ogólne normy ISO 2768.

Dla części obrotowej z dużą ilością frezowania lepsza może być tokarka wielozadaniowa lub maszyna wieloosiowa. Zegarmistrzostwo korzysta szczególnie często z toczonych części o małej średnicy.

• Rysunek z wymiarami i tolerancjami oraz plik 3D: długość, średnica maksymalna, stosunek długości do średnicy, strefy o wąskiej tolerancji.
• Materiał: dokładny gatunek, stan pręta, ewentualny certyfikat materiałowy.
• Ilości: partia, zapotrzebowanie roczne, rytm dostaw i progi cenowe do wyceny.
• Operacje: gwinty, otwory poprzeczne, ścięcia płaskie, radełkowanie, znakowanie, gratowanie.
• Obróbki po obróbce skrawaniem (pasywacja, cynkowanie, anodowanie) oraz wymiar przed lub po obróbce.
• Kontrola: wymiary do sprawdzenia, sprawdziany, częstotliwość, oczekiwane dokumenty.
• Pakowanie: części delikatne, czystość, luzem lub w tackach.
• Termin i oczekiwany rytm dostaw, ze wskazaniem, co pozostaje do negocjacji.

W Meaflow dodanie zapytania jest bezpłatne i bez prowizji: zakłady toczenia i obróbki CNC mogą przesłać Państwu ofertę, którą porównacie, zanim zaczniecie rozmowę przez komunikator.