Poháněné nástroje vs. sekundární frézování na švýcarských soustruzích

Poháněné nástroje vs. sekundární frézování na švýcarských soustruzích: Optimalizace přesného CNC soustružení

PFT, Šen-čen

Abstrakt: Soustruhy švýcarského typu dosahují složitých geometrií součástí buď pomocí poháněných nástrojů (integrované rotační nástroje), nebo sekundárního frézování (operace frézování po soustružení). Tato analýza porovnává doby cyklu, přesnost a provozní náklady mezi oběma metodami na základě kontrolovaných obráběcích zkoušek. Výsledky ukazují, že poháněné nástroje zkracují průměrnou dobu cyklu o 27 % a zlepšují polohovou toleranci o 15 % u prvků, jako jsou příčné otvory a plošky, ačkoli počáteční investice do nástrojů je o 40 % vyšší. Sekundární frézování vykazuje nižší náklady na díl u objemů do 500 kusů. Studie uzavírá kritéria výběru založená na složitosti dílu, velikosti dávky a požadavcích na toleranci.

1 Úvod

Švýcarské soustruhy dominují ve vysoce přesné výrobě malých dílů. Rozhodující rozhodnutí zahrnuje výběr mezi...poháněné nástroje(frézování/vrtání na stroji) asekundární frézování(specializované postprocesní operace). Data z oboru ukazují, že 68 % výrobců upřednostňuje snižování počtu nastavení pro složité součásti (Smith,J. Manuf. Sci.(2023). Tato analýza kvantifikuje kompromisy ve výkonu s využitím empirických dat z obrábění.

2 Metodologie

2.1 Návrh testu

• Obrobky: hřídele z nerezové oceli 316L (Ø8 mm x 40 mm) s 2x příčnými otvory Ø2 mm + 1x plochým otvorem 3 mm.

• Stroje:

  • Živé nástroje:Tsugami SS327 (osa Y)

  • Sekundární frézování:Hardinge Conquest ST + indexer HA5C

• Sledované metriky: Doba cyklu (sekundy), drsnost povrchu (Ra µm), tolerance polohy otvoru (±mm).

2.2 Sběr dat

Byly zpracovány tři šarže (n=150 dílů na metodu). Souřadnicový měřicí stroj Mitutoyo CMM měřil kritické prvky. Analýza nákladů zahrnovala opotřebení nástrojů, práci a odpisy stroje.

3 výsledky

3.1 Porovnání výkonu

*Obrázek 1: Poháněné nástroje zkracují dobu cyklu, ale zvyšují náklady na nástroje na díl.*

3.2 Analýza nákladů a přínosů

• Bod zvratu: Poháněné nástroje se stávají nákladově efektivními při ~550 jednotkách (obrázek 2).

• Vliv na přesnost: Poháněné nástroje eliminují chyby při opětovném upínání a snižují odchylky Cpk o 22 %.

4 Diskuse

Zkrácení doby cyklu: Integrované operace poháněných nástrojů eliminují zpoždění při manipulaci s díly. Omezení výkonu vřetena však omezují těžké frézování.
Omezení nákladů: Nižší náklady na nástroje pro sekundární frézování jsou vhodné pro prototypy, ale zvyšují manipulační pracnost.
Praktické důsledky: Pro lékařské/letecké součásti s tolerancemi ±0,015 mm je poháněné nástroje optimální i přes vyšší počáteční investici.

5 Závěr

Poháněné nástroje na švýcarských soustruzích poskytují vynikající rychlost a přesnost pro složité díly se středním až vysokým objemem výroby (> 500 kusů). Sekundární frézování zůstává použitelné pro jednodušší geometrie nebo malé série. Budoucí výzkum by se měl zabývat optimalizací dynamické dráhy nástroje pro poháněné nástroje.