Понимание шпинделей: станки с одним и несколькими шпинделями

В операциях токарной и фрезерной обработки количество шпинделями
определяет основную рабочую схему станка. Достаточно ли одного шпинделя или несколько шпинделей обеспечат большую производительность и возможность «сделал и готово»? Давайте рассмотрим оба подхода, их компромиссы и когда имеет смысл использовать каждый из них.

Основы токарных станков с одним и несколькими шпинделями

Что такое токарный станок с одним шпинделями?

Токарный станок с одним шпинделем вращает одну заготовку за раз. Шпиндель держит и вращает деталь, в то время как револьверная головка или группа с приводными инструментами добавляет операции точения, сверления и фрезерования. Станки с одним шпинделем гибки: они обрабатывают малые партии, сложные геометрии и частые изменения конструкции с минимальным приспособлением. Однако сложные детали, требующие обработки с двух сторон, часто требуют ручной переналадки или второй станции.

Что такое многошпиндельный автоматический токарный станок?

Многошпиндельный автоматический токарный станок — также называемый винторезным станком — оснащен вращающимся барабаном с пятью, шестью или восемью независимыми шпинделями. Каждый шпиндель несет пруток или заготовку, и по мере индексации барабана каждая заготовка перемещается через последовательность фиксированных станций инструмента. На каждой позиции встречная режущая пластина выполняет одну операцию. Как только все операции завершены за один оборот, готовая деталь отпадает. Поскольку несколько операций выполняются параллельно, время цикла может быть в 4–6 раз быстрее, чем на станке с одним шпинделем.

Экономические и эксплуатационные компромиссы

Капитальные затраты и занимаемая площадь

Токарный станок с одним шпинделем

Капитальные затраты: ниже за единицу (базовые ЧПУ-токарные станки стоят около $50k–$100k).

Занимаемая площадь: один станок; добавление операций требует отдельных станков или вторичных станций.

Многошпиндельный автоматический токарный станок

Капитальные затраты: более высокие первоначальные (например, станки Davenport Model B или гибридные часто превышают $200k).

Занимаемая площадь: занимает одно место на площадке для обработки шести или восьми деталей за цикл — эквивалентно нескольким станкам с одним шпинделем.

Труд, время цикла и производительность

Одношпиндельный

Труд: может требоваться ручная загрузка/разгрузка или обслуживание роботом; больше операций по манипуляции для многоэтапных деталей.

Время цикла: каждая деталь обрабатывается последовательно; добавление функций означает увеличение времени на операцию.

Производительность: подходит для низких и средних объемов (десятки-сотни деталей в день).

Многошпиндельный

Труд: часто автоматизирован с подающими устройствами и роботами; минимальная манипуляция до завершения партии.

Время цикла: несколько деталей продвигаются одновременно; каждая индексация барабана дает готовую деталь.

Производительность: идеально для больших объемов (тысячи в день), с временем цикла от 3 до 40 секунд на деталь.

Когда выбирать одношпиндельный станок вместо многошпиндельного (и наоборот)

Высокое разнообразие, низкий объем vs. высокий объем, низкое разнообразие

Одношпиндельный

Сценарий: машиностроительные цеха или НИОКР, где десятки уникальных номеров деталей меняются еженедельно.

Преимущество: быстрая настройка, простое программирование и минимальные инвестиции в инструменты.

Многошпиндельный

Сценарий: автомобильные крепежи, медицинские имплантаты или электронные штифты, где спрос постоянен и объем высок.

Преимущество: чрезвычайно низкая стоимость за деталь после настройки станка; шесть или восемь деталей завершены за один цикл.

Сложность детали и «сделал и готово» vs. специализированные ячейки

Одношпиндельный

Сильная сторона: выполнение сложных деталей «сделал и готово» в одной настройке — инструменты с активным Y-оси и субшпиндели позволяют точение, фрезеровку, сверление и обрезку без переконфигурации.

Ограничение: при очень больших объемах время цикла одношпиндельного станка становится узким местом.

Многошпиндельный

Сильная сторона: специализированные позиции инструмента выполняют одну операцию за индекс; отлично для прямых сверлений, точений или нарезаний резьбы.

Ограничение: детали, требующие частого сверления вне центра или пятиосевой фрезеровки, менее подходят (хотя новые многошпиндельные станки могут иметь Y-оси или субшпиндели).

Многошпиндельные фрезерные центры: расширение концепции за пределы токарной обработки

Двух- и четырехшпиндельные центры

Горизонтальные фрезерные центры с двумя, четырьмя или более шпинделями предлагают аналогичные преимущества во фрезеровании. Каждый шпиндель несет свою режущую фрезу; приспособления закрепляют несколько отливок или пластин, чтобы как только один шпиндель завершает операцию, следующая деталь уже находится в позиции. Некоторые двухшпиндельные фрезы обрабатывают алюминиевые шасси или батарейные поддоны, заменяя три одношпиндельных станка на небольшой площадке.

Сложность приспособления и использование пространства

Многошпиндельная фрезерная машина

Приспособление: пользовательская плита или поворотное приспособление удерживает несколько заготовок одновременно.

Использование пространства: до 66% меньше площади для той же скорости удаления материала (куб. дюймов) по сравнению с одношпиндельными фрезерами.

Энергия: PCI-SCEMM сообщает, что двухшпиндельное фрезерование может потреблять на 36% меньше электроэнергии на деталь, чем два одношпиндельных станка.

Сравнительный обзор

Заключение

Архитектура шпинделя—один или несколько—формирует каждый аспект стратегии обработки: от капитальных затрат и занимаемой площади до времени цикла, трудозатрат и гибкости. Одношпиндельные станки превосходят, когда разнообразие деталей, их сложность и частые изменения конструкции имеют решающее значение. Многошпиндельные станки блестят, когда объем ключевой фактор, и минимизация стоимости на деталь важна. Используя сравнительную таблицу и наше руководство, вы можете согласовать количество шпинделей с вашими производственными целями, будь то быстрые прототипы или массовое производство.