V nenehno razvijajočem se okolju CNC obdelave se proizvajalci nenehno soočajo z odločitvijo o izbiri najbolj učinkovitega in ekonomičnega postopka za izdelavo natančnih delov. Dve temeljni subtraktivni proizvodni tehniki, struženje in rezkanje, že dolgo prevladujeta v delavnicah. Vendar pa je vzpon kompozitne obdelave na stružnih strojih, ki se pogosto imenuje večopravilnost ali stružna tehnologija, zabrisal tradicionalne meje. Ta hibridni pristop združuje rotacijske obdelovance z rotacijskimi rezalnimi orodji, kar omogoča, da se operacije struženja in rezkanja izvajajo na enem samem stroju. Osrednje vprašanje za vodje proizvodnje in lastnike trgovin ni, ali tehnologija deluje, ampak kdaj se zares izplača. Razumevanje natančnih pogojev, pod katerimi kompozitna obdelava s stružnim strojem postane stroškovno učinkovitejša od samostojnega struženja ali rezkanja, je ključnega pomena za optimiziranje proizvodne ekonomike.
Tradicionalno ločevanje struženja in rezkanja izhaja iz njunih geometrijskih in kinematičnih razlik. Struženje vrti cilindrični obdelovanec proti mirujočemu enotočkovnemu rezalnemu orodju, ki je odličen pri izdelavi koncentričnih elementov, kot so gredi, obroči in puše. Po drugi strani pa rezkanje vrti večtočkovno rezalno orodje proti mirujočemu obdelovancu, obdeluje kompleksne konture, ravne površine, žepe in nerotacijske geometrije. Desetletja so deli, ki so zahtevali cilindrične in prizmatične značilnosti, zahtevali več nastavitev, pogosto prenašanje obdelovancev med stružnicami in rezkalnimi stroji. Vsak prenos povzroči napake pri poravnavi, stroške vpenjanja, čas nedejavnosti stroja in nakopičene tolerance. Običajni pristop lahko vključuje grobo struženje na CNC stružnici, ki mu sledijo operacije rezkanja na VMC in morda sekundarno struženje za zaključne prehode. Med temi koraki morajo operaterji izmeriti, prestaviti in ponovno navesti del, pri čemer porabijo delovne ure in tvegajo odpad.
Kompozitni stroji za struženje odpravljajo te vmesne korake z izvajanjem vseh operacij znotraj ene same nastavitve. Tipičen stružni center združuje vreteno, ki drži in vrti obdelovanec za struženje, z gnanim sistemom orodij, ki omogoča neodvisno vrtenje rezkal. Stroj lahko indeksira delovno vreteno v natančen kotni položaj za rezkanje plošč, vrtanje prečnih lukenj ali obdelavo utorov za ključe. Naprednejši stroji imajo drugo vreteno za povratno delo in nagibno glavo orodja po osi B, ki omogoča petosno hkratno obdelavo. Neposredna korist je skrajšan čas rokovanja in odpravljene napake pri ponovnem pritrjevanju. Vendar pa naložbeni strošek stružnega stroja znatno presega stroške samostojne stružnice ali rezkalnega stroja. Zato je enačba stroškovne učinkovitosti odvisna od tega, ali prihranki v času nastavitve, času cikla in izboljšanju kakovosti odtehtajo višjo urno postavko stroja.
En jasen scenarij, kjer se struženje izkaže za bolj ekonomično, je proizvodnja kompleksnih delov s številnimi funkcijami struženja in rezkanja v srednjih do velikih količinah. Razmislite o ohišju hidravličnega ventila, ki ima cilindrično zunanjo obliko, navojne konce, notranje izvrtine, prečne odprtine in ravne pritrdilne površine. Na ločenih strojih lahko del zahteva tri ali štiri nastavitve, od katerih ima vsaka namensko vpenjalo in poravnavo ničelne točke. Skupni proizvodni čas bi lahko bil dvajset minut na kos, s petimi minutami brez rezanja za vpenjanje, odpenjanje in premikanje med stroji. Stružni rezkalni stroj lahko dokonča isti del v dvanajstih minutah, vključno z vsemi operacijami, ker del nikoli ne zapusti obdelovanca. Tudi če je urna postavka stružnega stroja dvakrat večja od običajne stružnice, skupni strošek na del pogosto pade za trideset do štirideset odstotkov. Ključni prag je indeks kompleksnosti, opredeljen kot število orientacij funkcij. Ko del zahteva lastnosti na več ravninah in premerih, režijski stroški več nastavitev hitro presežejo višje amortizirane stroške kapitala.
Drug ugoden pogoj je, če imajo deli stroge zahteve glede koncentričnosti ali pravokotnosti med struženimi in rezkanimi elementi. Pri samostojnih strojih sprememba položaja neizogibno povzroči manjše premike referenčne točke. Če stranka zahteva prečno izvrtino znotraj 0,0005 palca od pravega položaja glede na struženi premer, je doseganje tega na dveh strojih zahtevno in lahko zahteva obsežno tipanje in kompenzacijo. Pri postavitvi stružnega stroja se vse funkcije nanašajo na isti dogodek vpenjanja, tako da so geometrijska razmerja določena z inherentno natančnostjo stroja in ne z spretnostjo operaterja. Posledično zmanjšanje odpadkov in predelav lahko upraviči višjo hitrost stroja, zlasti za drage materiale, kot so titan, inkonel ali nerjavno jeklo medicinske kakovosti. Pri komponentah visoke vrednosti, kot so letalski in vesoljski aktuatorji, ortopedski vsadki ali deli sistema za gorivo, zaupanje v natančnost prvega dela prevlada nad upoštevanjem stroškov na minuto.
Proizvodnja v majhnih količinah in izdelava prototipov prav tako koristita tehnologiji stružnih strojev, čeprav iz različnih razlogov. Delavnice, ki prejmejo naročila od pet do petdeset kosov, se pogosto soočajo s predolgim časom namestitve običajnih strojev. Programiranje, nastavitev orodja in priprava vpenjala za tri različne stroje lahko traja štiri ure, medtem ko dejansko rezanje traja le dve uri. Stružni rezkalni stroj lahko celotno delo združi v eno uro nastavitve in eno uro in pol strojne obdelave. Točka preloma se pojavi, ko skrajšanje časa nastavitve preseže povečane stroške strojne obdelave. Pri velikosti serije desetih delov je lahko skupni čas na del, vključno z amortizacijo za nastavitev, trideset minut na običajnih strojih v primerjavi z dvanajstimi minutami na stružnici. Tudi z višjo urno postavko delo postane bolj donosno. Poleg tega se prototipi pogosto spreminjajo. Program stružnega rezkalnika je mogoče hitro spremeniti tako, da se doda rezkana utora ali stružen utor, medtem ko spreminjanje treh ločenih programov stroja in usklajevanje revizij predstavlja znatno tveganje in zamudo.
Vendar kompozitna obdelava na stružnici ni vedno rešitev. Za čisto struženje, kot so enostavne gredi brez ravnin ali lukenj, ostaja CNC stružnica z visoko produktivnostjo veliko bolj stroškovno učinkovita. Stružnica ima nižje stroške kapitala, preprostejše orodje, hitrejše pospeševanje vretena in višje stopnje odstranjevanja materiala. Dodajanje zmožnosti rezkanja takšnim delom bi samo podaljšalo čas cikla, ker ima gnani sistem orodij lahko nižjo največjo hitrost kot namensko rezkalno vreteno. Podobno je za dele, ki so popolnoma rezkani, kot so aluminijasti nosilci ali rezkalne plošče, vertikalni obdelovalni center z visokohitrostnimi vreteni in hitrimi menjalniki orodij boljši od stružnega rezkalnega stroja. Slednje pogosto žrtvuje nekaj togosti rezkanja zaradi inherentnih omejitev arhitekture, ki temelji na struženju. Zaradi previsa orodja in omejenega navora pri nizkih vrtljajih lahko težki rezki postanejo manj učinkoviti.
Drug scenarij, kjer imajo ločeni stroji prednost, je izredno velika količina enostavnih delov. Razmislite o avtomobilskih kolesnih maticah ali ležajnih obročih, proizvedenih v serijah po petdeset tisoč kosov. Avtomatizirani stružni centri s podajalniki palic in portalnimi nakladalniki lahko dosežejo čas cikla manj kot trideset sekund. Dodajanje operacij rezkanja, ki niso potrebne na vsakem delu, bi po nepotrebnem zapletlo postopek. Tudi če je potrebno sekundarno rezkanje, je pogosto ekonomsko smiselno uporabiti namensko rezkalno celico ali prenosno linijo namesto večopravilnega stroja. Stroški dodatnih osi in zapletenost krmiljenja na stroju za struženje povečajo stroške vzdrževanja in skrajšajo čas delovanja v visoko optimizirani masovni proizvodnji.
Na odločitev vpliva tudi vrsta materiala. Trdo struženje kaljenih jekel ali toplotno obdelanih zlitin ima koristi od visoke togosti namenske stružnice. Stružni stroji, zlasti tisti z glavami osi B, imajo več sklepov in potencialno skladnost. Pri obdelavi eksotikov, kot sta Rene 88 ali Waspaloy, so rezalne sile znatne. Samostojna težka stružnica s togo škatlasto konstrukcijo lahko doseže boljšo obdelavo površine in daljšo življenjsko dobo orodja. Nasprotno, za mehkejše materiale, kot so medenina, plastika ali aluminij, so zaradi nižjih rezalnih sil stroji za struženje popolnoma primerni, zmožnost dokončanja kompleksnih delov naenkrat postane zelo privlačna.
Stroškovna učinkovitost kompozitne obdelave na stružnici je odvisna tudi od razpoložljivosti kvalificirane delovne sile. Številne trgovine se soočajo s pomanjkanjem izkušenega osebja za nastavitev. Usposabljanje strojnika za vodenje enostružnega rezkalnega stroja je pogosto lažje kot usposabljanje nekoga, da ločeno obvlada struženje in rezkanje ter usklajuje poteke dela. Konsolidirani proces zmanjša število odločitev, dodelitev orodij in korakov pregleda. Za trgovino z omejenim številom usposobljenih delavcev se lahko višja cena stroja izravna z nižjimi stroški dela na del. Poleg tega so prihranki prostora otipljivi. En stružni stroj zavzema približno enako površino kot ena stružnica, vendar lahko nadomesti dva ali tri običajne stroje. Na dragih industrijskih nepremičninskih trgih ta prostorska učinkovitost prispeva k ekonomski upravičenosti.
Sodoben napredek programske opreme je še dodatno prevrnil tehtnico. Sistemi CAM s strojno simulacijo in naknadno obdelavo za večopravilne stroje so močno dozoreli. Kompleksnost programiranja, ki je nekoč trgovine odvračala od sprejemanja tehnologije stružnih strojev, se je zmanjšala. Za dele z zmerno kompleksnostjo lahko izkušen programer ustvari program za struženje v le malo daljšem času kot pri programiranju ločenih operacij struženja in rezkanja. V kombinaciji s skrajšanim časom namestitve v delavnici se skupni inženiring skrči na krajši delovni čas. Trgovine, ki uporabljajo stružne stroje, pogosto ugotovijo, da lahko ponudijo krajše dobavne roke in pridobijo naročila, ki zahtevajo hitro izvedbo.
Primeri iz resničnega sveta ponazarjajo točko preloma. Proizvajalec pnevmatskih fitingov je izdelal medeninasto komponento s struženim telesom, rezkanim šesterokotnikom, prečno izvrtano luknjo in navojno izvrtino. Na stružnici in rezkalnem stroju je bil skupni čas cikla osem minut na kos z dvema operaterjema in tremi nastavitvami. Cena na del je bila devet dolarjev pri predpostavljeni prodajni ceni osemdeset dolarjev na uro za vsak stroj. Stroj za struženje s ceno sto šestdeset dolarjev na uro je del dokončal v treh minutah in stal osem dolarjev na del. Prihranki so se povečali z velikostjo serije. Za serijo petsto kosov je skupni prihranek dosegel petsto dolarjev. Obdobje povračila za stružni rezkalni stroj, ki stane dvesto tisoč dolarjev v primerjavi s prihranki takih delov, bi bilo približno osemsto serij ali štiristo tisoč delov. Ko pa ima trgovina različne delne družine, kumulativni prihranki pri številnih delovnih mestih pospešijo vračilo.
Za dele z ekstremnimi razmerji med dolžino in premerom stroji za struženje morda niso primerni. Dolge vitke gredi tvegajo tresenje med rezkanjem, ker vpenjalna glava drži obdelovanec le na enem koncu. Namenski rezkalni stroj s podporno mizo ali vodoravni mlin z nagrobniki bi lahko bolje obvladal takšne dele. Podobno so lahko deli, ki zahtevajo obsežno notranje rezkanje globoko v notranjosti votlin, še vedno bolj primerni za obdelovalni center z orodjem z dolgim dosegom. Stružni rezkalni stroji so odlični, če so rezkani elementi na zunanjih površinah ali na ploskvah dela, blizu vpenjalne glave.
Na področju visoko natančnih medicinskih naprav so stružni rezkalni stroji postali standard. Tipičen vijak za kost združuje stružene navoje, rezkane pogonske lastnosti in prečne luknje za pritrditev šiva. Zahtevana koncentričnost med navojem in pogonsko funkcijo je kritična. Preklapljanje med stružnico in mlinom bi povzročilo napake zaradi iztekanja. Tehnologija stružnih rezkov proizvaja te vijake z enim vpenjanjem, pri čemer dosledno dosega tolerance pod deset mikronov. Strošek zavrnjenega vijaka v medicinski proizvodnji ni le strošek materiala, temveč regulativna sledljivost in tveganje. Tako resnična stroškovna učinkovitost struženja vključuje izogibanje napakam v kakovosti, dejavniku, ki je pogosto spregledan pri preprostih urnih primerjavah.
Prihodnost CNC obdelave kaže na večjo uporabo večopravilnosti, ne pa univerzalne zamenjave. Pojavljajo se hibridni stroji, ki združujejo aditivne in subtraktivne zmožnosti, vendar temeljna odločitev glede struženja proti rezkanju ostaja. Stroškovno najbolj učinkovita strategija za katerega koli proizvajalca vključuje analizo nabora funkcij, obsega, tolerance, materiala in konteksta dela. Iz industrijskih podatkov se je pojavilo pravilo: če del zahteva več kot dve postavitvi na ločenih strojih ali če ima rezkane elemente na treh ali več ploskvah cilindričnega surovca, je kompozitna obdelava s stružnim rezkom verjetno cenejša. Če skupni čas obdelave na stružnici in rezkarju presega dvanajst minut in je količina delov večja od petdeset kosov, raziščite stružni rezkar. Za preproste rotacijske dele brez rezkanja ostanite pri struženju. Za povsem prizmatične dele brez cilindričnih značilnosti ostanite pri rezkanju.
Proizvajalci bi morali razmisliti tudi o sekundarnih prednostih manjšega dela v procesnih zalogah, manjše površine in hitrejših inženirskih sprememb. Ti mehki prihranki pogosto prevesijo tehtnico v mejnih primerih. Ko se cene večopravilnih strojev postopoma znižujejo in programska oprema za nadzor postaja bolj intuitivna, se točka preloma premakne v korist kompozitne obdelave s stružnimi stroji. Kar je bila nekoč nišna tehnologija za letalsko in vesoljsko industrijo, je zdaj dostopna avtomobilskim dobaviteljem, splošnim trgovinam in celo obratom za izdelavo prototipov za kratkoročno proizvodnjo. Odločitev ni več samo glede cene stroja na minuto, temveč glede skupnih stroškov za izdelavo končnega dela, pripravljenega za sestavljanje. Ko se ta skupni strošek pošteno izračuna in primerja več nastavitev z eno nastavitvijo, pride trenutek, ko struženje postane bolj stroškovno učinkovito, prej, kot mnogi lastniki trgovin pričakujejo. Tisti, ki so že integrirali stružne centre v svoj proizvodni tok, poročajo o skrajšanih dobavnih časih, izboljšani kakovosti in boljši zmožnosti konkurenčnega ponudbe kompleksnih delov. Obdobje strogega ločevanja struženja in rezkanja se umika hibridni miselnosti, kjer ni vprašanje, kateri stroj kupiti, temveč katera kombinacija postopkov zagotavlja najnižjo ceno dela ob zahtevani kakovosti. Za vse več aplikacij je ta odgovor kompozitna obdelava s stružnim rezkarjem.
