Frezowanie narzędziowe a frezowanie wtórne na tokarkach szwajcarskich

Toczenie narzędziowe a frezowanie wtórne na tokarkach szwajcarskich: optymalizacja precyzyjnego toczenia CNC

PFT, Shenzhen

Streszczenie: Tokarki typu szwajcarskiego umożliwiają obróbkę skomplikowanych geometrii detali przy użyciu narzędzi obrotowych (zintegrowanych narzędzi obrotowych) lub frezowania wtórnego (frezowanie po toczeniu). Niniejsza analiza porównuje czasy cykli, dokładność i koszty operacyjne obu metod w oparciu o kontrolowane próby obróbkowe. Wyniki wskazują, że narzędzia obrotowe skracają średni czas cyklu o 27% i poprawiają tolerancję położenia o 15% dla elementów takich jak otwory poprzeczne i spłaszczenia, chociaż początkowa inwestycja w narzędzia jest o 40% wyższa. Frezowanie wtórne charakteryzuje się niższymi kosztami jednostkowymi dla wolumenów poniżej 500 sztuk. Badanie kończy się kryteriami wyboru opartymi na złożoności detalu, wielkości partii i wymaganiach dotyczących tolerancji.

1 Wprowadzenie

Tokarki szwajcarskie dominują w produkcji precyzyjnych detali o małej średnicy. Kluczowa decyzja wiąże się z wyborem pomiędzynarzędzia na żywo(frezowanie/wiercenie na maszynie) ifrezowanie wtórne(dedykowane operacje postprocesowe). Dane branżowe pokazują, że 68% producentów priorytetowo traktuje redukcję liczby konfiguracji dla złożonych komponentów (Smith,J. Manuf. Sci.(, 2023). Niniejsza analiza służy do ilościowego określenia kompromisów w zakresie wydajności przy użyciu empirycznych danych dotyczących obróbki.

2 Metodologia

2.1 Projektowanie testów

• Przedmioty obrabiane: wały ze stali nierdzewnej 316L (Ø8 mm x 40 mm) z 2 otworami poprzecznymi Ø2 mm + 1 otworami płaskimi 3 mm.

• Maszyny:

  • Narzędzia na żywo:Tsugami SS327 (oś Y)

  • Frezowanie wtórne:Hardinge Conquest ST + indeksator HA5C

• Śledzone parametry: czas cyklu (sekundy), chropowatość powierzchni (Ra µm), tolerancja położenia otworu (±mm).

2.2 Gromadzenie danych

Przetworzono trzy partie (n = 150 części na metodę). Współrzędnościowa maszyna pomiarowa Mitutoyo zmierzyła krytyczne cechy. Analiza kosztów obejmowała zużycie narzędzi, robociznę i amortyzację maszyny.

3 wyniki

3.1 Porównanie wydajności

*Rysunek 1: Narzędzia obrotowe skracają czas cyklu, ale zwiększają koszty narzędzi na część.*

3.2 Analiza kosztów i korzyści

• Próg rentowności: Narzędzia produkcyjne stają się opłacalne przy produkcji ok. 550 jednostek (rysunek 2).

• Wpływ na dokładność: narzędzia pracujące na żywo eliminują błędy ponownego mocowania, zmniejszając wahania Cpk o 22%.

4 Dyskusja

Skrócenie czasu cyklu: Zintegrowane operacje narzędzi roboczych eliminują opóźnienia w obsłudze części. Jednak ograniczenia mocy wrzeciona utrudniają intensywne frezowanie.
Ograniczenia kosztów: Niższe koszty narzędzi w procesie frezowania wtórnego są odpowiednie dla prototypów, ale wiążą się z koniecznością nakładu pracy.
Znaczenie praktyczne: W przypadku komponentów medycznych/lotniczych o tolerancjach ±0,015 mm, optymalne jest stosowanie narzędzi pracujących pod obciążeniem, pomimo wyższych początkowych nakładów inwestycyjnych.

5. Wnioski

Narzędzia obrotowe na tokarkach szwajcarskich zapewniają doskonałą prędkość i dokładność w przypadku złożonych detali o średniej i dużej liczbie sztuk (>500 sztuk). Frezowanie wtórne pozostaje wykonalne w przypadku prostszych geometrii lub małych partii. Dalsze badania powinny skupić się na optymalizacji dynamicznej ścieżki narzędzia dla narzędzi obrotowych.