В точном механическом обработке два основных вида оборудования незаменимы для изготовления сложных высокоточных деталей в медицинском оборудовании, аэрокосмической и автомобильной промышленности: токарные станки швейцарского типа (часто называемые швейцарскими токарными станками) и фрезерно-токарные станки. Хотя оба эти станка относятся к инструментам точного механического обработки, они существенно различаются по конструкции, возможностям и экономичности — особенно при создании опытных образцов малыми партиями и в масштабном производстве. Многие специалисты задаются вопросами: почему изготовление опытных образцов малыми партиями с помощью этих станков является затратным? В чём заключаются их различия в стоимости, возможностях обработки и адаптивности к различным материалам? Какой из них предлагает лучшие экономические преимущества при крупносерийном производстве? В этом блоге мы подробно разберём эти ключевые вопросы, чтобы прояснить области их применения и избежать ошибок при принятии производственных решений.

Ключевые отличия: швейцарские токарные станки против фрезерно-токарных станков

Чтобы понять различия в их стоимости и применении, крайне важно прояснить их основную логику проектирования и технологические особенности обработки: токарные станки швейцарского типа ориентированы на «высокую точность и специализацию», тогда как фрезерно-токарные станки подчеркивают «универсальность и эффективность», занимая при этом чётко выраженные позиции.

Токарные станки швейцарского типа: специализированные для точных мелких тонких деталей

Зародившись в Швейцарии для часовщества, токарные станки швейцарского типа превосходно справляются с… Высокоточная обработка малых, тонких деталей Обычно максимальный диаметр составляет 32 мм (некоторые модели высокого класса способны обрабатывать детали большего размера). Их характерная особенность — подвижная головка, перемещающаяся параллельно инструменту, в сочетании с направляющей втулкой, которая обеспечивает поддержку заготовки на протяжении всего процесса обработки. Такая конструкция минимизирует отклонения и легко позволяет достигать строгих допусков ±0,001 мм, что идеально подходит для легко деформируемых деталей, таких как тонкие и микро-валы.

Ещё одно преимущество — «механическая обработка в едином центре»: большинство моделей интегрируют вторичные операции, такие как сверление, нарезание резьбы и лёгкое фрезерование, что исключает необходимость смены оборудования и оснастки и сокращает время на переходы между процессами. Однако такая специализация приводит к низкой гибкости — она имеет очевидные ограничения при обработке крупных, сложных асимметричных деталей и не способна адаптироваться к потребностям многооперационной и многоформатной обработки.

Токарно-фрезерные станки: универсальны для обработки сложных крупногабаритных деталей

В отличие от специализации токарных станков швейцарского типа, фрезерно-токарные станки являются... Универсальное оборудование, интегрирующее токарную, фрезерную, сверлильную, шлифовальную и другие операции. Они используют конструкцию с неподвижной головкой, при которой заготовка вращается вместе со шпинделем, а несколько инструментальных револьверов (некоторые из которых оснащены осями Y и C) позволяют одновременно выполнять токарную и фрезерную обработку, включая даже такие сложные процессы, как нарезание зубьев и обработка поверхностей. Основное преимущество заключается в «сокращении времени зажима»: сложные асимметричные детали (например, аэрокосмические компоненты, крупные узлы медицинских устройств) можно полностью обработать за один зажим, что значительно снижает ошибки, связанные с зажимом, и сокращает производственные циклы.

Машины для фрезерно-токарной обработки имеют более широкий диапазон обработки; их стандартный диаметр превышает 50 мм, что позволяет легко обрабатывать крупные детали. Однако их точность при обработке чрезвычайно малых и тонких деталей не может сравниться с точностью токарных станков швейцарского типа — без поддержки направляющей втулки тонкие детали во время обработки склонны к прогибу, что не позволяет им соответствовать допускам, характерным для токарных станков швейцарского типа.

Ключевой вопрос: Почему прототипирование малыми партиями дорогое?

В точном механическом производстве высокие затраты на прототипирование малых партий (обычно от 1 до 50 деталей) являются распространённой проблемой, особенно выраженной в обработке на станках швейцарского типа и фрезерно-токарных станках. Основная причина заключается не в «дороговизне самой обработки деталей», а в нераспределяемых постоянных расходах, в частности в двух следующих моментах:

1. Высокие затраты на настройку и программирование оснастки, не подлежащие разделению

Обе машины являются высокоточным оборудованием, требующим соблюдения высоких стандартов при настройке инструментов и программировании; затраты на настройку и программирование фиксированы — время и трудозатраты одинаковы независимо от того, обрабатываются 1 или 1000 деталей.

Токарные станки швейцарского типа требуют точной настройки направляющих втулок, шпинделей и инструментов; даже незначительные отклонения могут привести к браку деталей. Фрезерно-токарные станки требуют координации многокоординатного управления, разработки сложных синхронных программ обработки, а также отладки положений инструментальных револьверов и методов зажима для обеспечения плавного перехода между различными технологическими операциями. Такая настройка и программирование требуют высококвалифицированных специалистов с многолетним опытом, чья оплата обычно составляет 100–200 долларов в час; время настройки может варьироваться от 2–3 часов до более чем полусуток. При изготовлении малотиражных опытных образцов эти фиксированные расходы невозможно распределить между несколькими деталями — они полностью ложатся на небольшое количество деталей, что напрямую увеличивает себестоимость единицы опытного образца.

2. Инструменты, приспособления и отходы материалов — ещё больше увеличивают затраты

Точная обработка зависит от высококачественного специализированного инструмента и приспособлений — твердосплавных вставок и направляющих втулок для станков швейцарского типа, многоосных специализированных инструментов для фрезерно-токарных станков; все они намного дороже обычных режущих инструментов, причём набор специализированных инструментов может стоить сотни или даже тысячи долларов. В процессе создания прототипов часто тестируется несколько конфигураций инструментов и приспособлений, чтобы оптимизировать результаты обработки и адаптироваться к размерам деталей; некоторые инструменты после использования нельзя повторно использовать, что приводит к прямым потерям.

Между тем, повторная отладка параметров в процессе прототипирования неизбежно приводит к браку деталей. Кроме того, токарные станки швейцарского типа вызывают определённые потери материала на головку (запасая длину зажима направляющей втулки для обработки тонкостенных деталей), а фрезерно-токарные станки также ведут к отходам материала при зажиме заготовки. Эти потери дополнительно повышают удельные затраты при мелкосерийном производстве прототипов, тогда как в крупносерийном производстве коэффициенты износа инструмента и потерь материала значительно снижаются, и затраты распределяются соответствующим образом.

Основные отличия: стоимость, возможности обработки и адаптируемость материалов

Помимо различий в стоимости прототипирования, станки швейцарского типа и фрезерно-токарные станки также обладают очевидными отличиями в обычных производственных затратах, возможностях обработки и адаптивности к материалам, что напрямую определяет их области применения, как подробно описано ниже:

1. Различия в стоимости (этап массового производства)

В массовом производстве разница в стоимости в основном заключается в амортизации оборудования, трудовых затратах и эффективности:

Токарные станки швейцарского типа: относительно низкая стоимость приобретения оборудования (1–3 миллиона юаней для стандартных моделей), небольшое давление амортизации; высокая эффективность обработки, особенно при непрерывной обработке мелких тонкостенных деталей, с коротким временем обработки единицы и отсутствием необходимости в соединении нескольких процессов, что снижает затраты на рабочую силу. Однако износ инструментов происходит сравнительно быстро (при высокоскоростной непрерывной обработке инструменты быстро изнашиваются), что приводит к несколько более высоким расходам на замену инструментов при длительном массовом производстве.

Фрезерно-токарные станки: высокая стоимость приобретения оборудования (3–8 миллионов юаней для традиционных моделей), высокие амортизационные расходы; хотя эти станки способны выполнять одновременно несколько процессов обработки, многокоординатная связь сложна в эксплуатации, что требует более высокой квалификации операторов и немного большей трудоёмкости. Однако фрезерно-токарные станки сокращают необходимость соединения различных процессов, исключают потери, связанные с переносом между несколькими устройствами, обладают более высокой адаптивностью инструментов и меньшим уровнем износа при длительном массовом производстве, что в определённой степени компенсирует недостатки, связанные с амортизацией и трудозатратами.

2. Различия в возможностях обработки

Токарные станки швейцарского типа: преимущества сосредоточены на «малых, тонких и высокоточных» деталях — диаметр обработки ≤32 мм (для некоторых моделей возможна расширение диапазона), допуск до ±0,001 мм; отлично подходят для обработки тонких валов, микровалов, точных винтов и т.п.; могут интегрировать простую вторичную обработку, однако не способны обрабатывать сложные асимметричные детали и имеют относительно однотипные формы обработки.

Токарно-фрезерные станки: преимущества сосредоточены на обработке «крупных, сложных многооперационных деталей» — диаметр обработки ≥50 мм, допуск до ±0,005 мм (отвечает обычным требованиям к точности); отлично подходят для обработки асимметричных деталей, деталей с криволинейной поверхностью и сложных многостанционных деталей (например, аэрокосмических соединений, крупных оснований медицинских устройств). Эти станки позволяют одновременно выполнять токарную обработку, фрезерование, сверление и шлифование без необходимости подключения нескольких устройств; они подходят для комплексной обработки сложных деталей, однако менее точны и эффективны, чем токарные станки швейцарского типа при обработке мелких и длинных деталей.

3. Различия в адаптируемости материалов

Материальная адаптируемость обоих в основном зависит от методов обработки и конструкции оборудования, при этом ключевые различия заключаются в следующем:

Токарные станки швейцарского типа: более подходят для обработки материалов умеренной твёрдости и хорошей обрабатываемости, таких как латунь, алюминиевый сплав, нержавеющая сталь (304, 316), медный сплав и др.; из-за поддержки направляющей втулки и высокоскоростной резки обработка материалов высокой твёрдости (например, закалённой стали, титанового сплава) приводит к быстрому износу инструмента, снижению эффективности и легкому растрескиванию деталей, а также к плохой адаптивности.

Токарно-фрезерные станки с ЧПУ: обладают повышенной адаптивностью к различным материалам и способны обрабатывать как легкообрабатываемые материалы (латунь, алюминиевые сплавы), так и высокотвёрдые, труднообрабатываемые материалы (закалённая сталь, титановые сплавы, суперсплавы и др.); их многокоординатная связка и надёжная конструкция зажимов снижают вибрации и деформации при обработке высокотвёрдых материалов, обеспечивая стабильность процесса. Однако обработка мягких материалов (например, чистой меди) часто приводит к образованию заусенцев, что требует дополнительных операций по удалению заусенцев.

Массовое производство: при каких технических характеристиках оно обладает лучшими преимуществами по стоимости?

При массовом производстве выбор между станками швейцарского типа и фрезерно-токарными станками в основном зависит от размера деталей, их сложности и масштаба производства. Основные критерии приведены ниже для непосредственной справки:

1. Токарные станки швейцарского типа: лучше подходят для мелкосерийного производства деталей небольшого размера с простой или средней сложностью.

Когда детали имеют «диаметр обработки ≤32 мм, относительно простую форму (например, тонкие валы, микровинты, малые точные валы) и среднюю сложность (требуется только простое сверление и нарезание резьбы)», токарные станки швейцарского типа обладают более очевидными преимуществами в плане затрат на массовое производство.

В частности, когда объём производства превышает 500 штук, высокая эффективность высокоскоростной обработки на токарных станках швейцарского типа проявляется в полной мере, при этом время обработки единицы изделия сокращается (на 30–50% быстрее, чем на фрезерно-токарных станках). После разделения расходов на оплату труда и амортизацию оборудования себестоимость единицы продукции существенно снижается; особенно заметно это снижение при объёме производства свыше 1000 штук, когда коэффициенты износа инструментов и отходов материалов further уменьшаются, что делает преимущества по стоимости ещё более очевидными. Такие детали широко применяются в медицинских микроприборах, электронных компонентах, точных деталях часов и других изделиях.

2. Фрезерно-токарные станки: лучше подходят для крупногабаритных и сложных деталей в массовом производстве

Когда детали имеют «диаметр обработки ≥50 мм, сложную форму (асимметричную, многокриволинейную, многостаночную) и требуют многооперационной обработки (токарная + фрезерная + сверлильная + шлифовальная), станки типа «фрезер-токарный» обладают более очевидными преимуществами в плане затрат на массовое производство».

В частности, когда объем производства превышает 300 штук, преимущество фрезерно-токарных станков — «полная обработка в одном зажиме» — становится особенно заметным: отсутствует необходимость переноса между различными устройствами или повторного зажима, что сокращает время на соединение процессов и снижает вероятность ошибок при зажиме, повышает процент годности деталей и позволяет сэкономить на затратах на трудовые ресурсы, связанные с эксплуатацией нескольких устройств. Особенно при объемах свыше 500 штук расходы на амортизацию оборудования полностью распределяются, и удельные издержки оказываются ниже, чем при «комбинированной обработке на нескольких устройствах», и даже ниже, чем на токарных станках швейцарского типа (если токарные станки швейцарского типа не способны выполнять обработку самостоятельно и требуют совместной работы с другими устройствами). Такие детали широко применяются в компонентах авиакосмической техники, крупногабаритных медицинских приборах, высокоточных автомобильных узлах и других отраслях.

Заключение: Как выбрать экономически эффективное обрабатывающее оборудование?

Основная логика проста: для деталей малого размера, высокой точности и простой/средней сложности предпочтение следует отдавать токарным станкам швейцарского типа — их преимущества в стоимости наиболее заметны при объемах свыше 500 штук; для деталей большого размера, сложных и требующих многоэтапной обработки предпочтение следует отдавать фрезерно-токарным станкам, которые максимально повышают универсальность и снижают затраты при объемах свыше 300 штук.

Для прототипирования небольшими партиями затраты относительно высоки независимо от типа оборудования. Рекомендуется оптимизировать конструкцию деталей, чтобы сократить время на отладку, или объединять аналогичные заказы на прототипирование, чтобы разделить расходы на настройку инструментов.

Предыдущая страница

Как выбрать надежного поставщика услуг ЧПУ-обработки

Следующая страница

Медицинское машиностроение: применение, ключевые аспекты и перспективы на будущее

Предыдущая страница

Как выбрать надежного поставщика услуг ЧПУ-обработки

Медицинское машиностроение: применение, ключевые аспекты и перспективы на будущее

Следующая страница

Предыдущая страница

Как выбрать надежного поставщика услуг ЧПУ-обработки

Следующая страница

Медицинское машиностроение: применение, ключевые аспекты и перспективы на будущее