Εργαλεία σε κίνηση έναντι δευτερογενούς φρεζαρίσματος σε ελβετικούς τόρνους

Εργαλειομηχανές σε κίνηση έναντι δευτερογενούς άλεσης σε ελβετικούς τόρνους: Βελτιστοποίηση της ακριβούς τόρνευσης CNC

PFT, Σενζέν

Περίληψη: Οι τόρνοι ελβετικού τύπου επιτυγχάνουν σύνθετες γεωμετρίες εξαρτημάτων χρησιμοποιώντας είτε ενεργά εργαλεία (ενσωματωμένα περιστρεφόμενα εργαλεία) είτε δευτερογενή φρεζάρισμα (λειτουργίες φρεζαρίσματος μετά την τόρνευση). Αυτή η ανάλυση συγκρίνει τους χρόνους κύκλου, την ακρίβεια και το λειτουργικό κόστος μεταξύ των δύο μεθόδων με βάση ελεγχόμενες δοκιμές κατεργασίας. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα ενεργά εργαλεία μειώνουν τον μέσο χρόνο κύκλου κατά 27% και βελτιώνουν την ανοχή θέσης κατά 15% για χαρακτηριστικά όπως εγκάρσιες οπές και επίπεδες οπές, αν και η αρχική επένδυση σε εργαλεία είναι 40% υψηλότερη. Η δευτερογενής φρεζάρισμα καταδεικνύει χαμηλότερο κόστος ανά εξάρτημα για όγκους κάτω των 500 μονάδων. Η μελέτη ολοκληρώνεται με κριτήρια επιλογής που βασίζονται στην πολυπλοκότητα του εξαρτήματος, το μέγεθος της παρτίδας και τις απαιτήσεις ανοχής.

1 Εισαγωγή

Οι ελβετικοί τόρνοι κυριαρχούν στην κατασκευή μικρών εξαρτημάτων υψηλής ακρίβειας. Μια κρίσιμη απόφαση περιλαμβάνει την επιλογή μεταξύζωντανά εργαλεία(φρεζάρισμα/διάτρηση σε μηχανή) καιδευτερογενής άλεση(ειδικές λειτουργίες μετά την επεξεργασία). Τα δεδομένα του κλάδου δείχνουν ότι το 68% των κατασκευαστών δίνουν προτεραιότητα στη μείωση των ρυθμίσεων για σύνθετα εξαρτήματα (Smith,J. Manuf. Sci., 2023). Αυτή η ανάλυση ποσοτικοποιεί τους συμβιβασμούς απόδοσης χρησιμοποιώντας εμπειρικά δεδομένα κατεργασίας.

2 Μεθοδολογία

2.1 Σχεδιασμός Δοκιμών

• Τεμάχια εργασίας: Άξονες από ανοξείδωτο χάλυβα 316L (Ø8mm x 40mm) με 2 εγκάρσιες οπές Ø2mm + 1 επίπεδη οπή 3mm.

• Μηχανές:

  • Εργαλεία σε κίνηση:Tsugami SS327 (άξονας Y)

  • Δευτερεύουσα άλεση:Hardinge Conquest ST + HA5C Indexer

• Μετρήσεις που παρακολουθούνται: Χρόνος κύκλου (δευτερόλεπτα), τραχύτητα επιφάνειας (Ra µm), ανοχή θέσης οπών (±mm).

2.2 Συλλογή Δεδομένων

Υποβλήθηκαν σε επεξεργασία τρεις παρτίδες (n=150 μέρη ανά μέθοδο). Το Mitutoyo CMM μέτρησε κρίσιμα χαρακτηριστικά. Η ανάλυση κόστους περιελάμβανε τη φθορά των εργαλείων, την εργασία και την απόσβεση του μηχανήματος.

3 Αποτελέσματα

3.1 Σύγκριση Απόδοσης

*Σχήμα 1: Τα περιστρεφόμενα εργαλεία μειώνουν τον χρόνο κύκλου αλλά αυξάνουν το κόστος των εργαλείων ανά εξάρτημα.*

3.2 Ανάλυση Κόστους-Οφέλους

• Σημείο Νεκρού Σημείου: Τα εργαλεία σε κίνηση γίνονται οικονομικά αποδοτικά στις ~550 μονάδες (Σχήμα 2).

• Επίδραση στην ακρίβεια: Τα εργαλεία σε κίνηση εξαλείφουν τα σφάλματα επανατοποθέτησης, μειώνοντας τη διακύμανση Cpk κατά 22%.

4 Συζήτηση

Μείωση Χρόνου Κύκλου: Οι ενσωματωμένες λειτουργίες των εργαλείων σε κίνηση εξαλείφουν τις καθυστερήσεις στη διαχείριση των εξαρτημάτων. Ωστόσο, οι περιορισμοί στην ισχύ του άξονα περιορίζουν την έντονη άλεση.
Περιορισμοί κόστους: Το χαμηλότερο κόστος εργαλείων της δευτερογενούς άλεσης είναι κατάλληλο για πρωτότυπα, αλλά συσσωρεύει εργασία χειρισμού.
Πρακτική εφαρμογή: Για ιατρικά/αεροδιαστημικά εξαρτήματα με ανοχές ±0,015 mm, τα ενεργά εργαλεία είναι βέλτιστα παρά την υψηλότερη αρχική επένδυση.

5 Συμπέρασμα

Η κατεργασία με κινούμενα εργαλεία σε ελβετικούς τόρνους προσφέρει ανώτερη ταχύτητα και ακρίβεια για σύνθετα, μεσαίου έως υψηλού όγκου εξαρτήματα (>500 μονάδες). Η δευτερογενής κατεργασία με φρεζάρισμα παραμένει βιώσιμη για απλούστερες γεωμετρίες ή μικρές παρτίδες. Η μελλοντική έρευνα θα πρέπει να διερευνήσει τη δυναμική βελτιστοποίηση της διαδρομής των εργαλείων για τα κινούμενα εργαλεία.