Poháňané nástroje vs. sekundárne frézovanie na švajčiarskych sústruhoch

Poháňané nástroje vs. sekundárne frézovanie na švajčiarskych sústruhoch: Optimalizácia presného CNC sústruženia

PFT, Šen-čen

Abstrakt: Sústruhy švajčiarskeho typu dosahujú zložité geometrie dielov pomocou poháňaných nástrojov (integrované rotačné nástroje) alebo sekundárneho frézovania (operácie frézovania po sústružení). Táto analýza porovnáva časy cyklov, presnosť a prevádzkové náklady medzi oboma metódami na základe kontrolovaných obrábacích pokusov. Výsledky naznačujú, že poháňané nástroje skracujú priemerný čas cyklu o 27 % a zlepšujú polohovú toleranciu o 15 % pre prvky, ako sú priečne otvory a ploché plochy, hoci počiatočná investícia do nástrojov je o 40 % vyššia. Sekundárne frézovanie preukazuje nižšie náklady na diel pri objemoch do 500 kusov. Štúdia sa uzatvára výberovými kritériami založenými na zložitosti dielu, veľkosti dávky a požiadavkách na toleranciu.

1 Úvod

Švajčiarske sústruhy dominujú vo vysoko presnej výrobe malých dielov. Rozhodujúce rozhodnutie zahŕňa výber medzipoháňané nástroje(frézovanie/vŕtanie na stroji) asekundárne frézovanie(špecializované operácie po spracovaní). Údaje z odvetvia ukazujú, že 68 % výrobcov uprednostňuje znižovanie počtu nastavení pre zložité komponenty (Smith,J. Manuf. Sci., 2023). Táto analýza kvantifikuje kompromisy vo výkone pomocou empirických údajov o obrábaní.

2 Metodika

2.1 Návrh testu

• Obrobky: Hriadele z nehrdzavejúcej ocele 316L (Ø8 mm x 40 mm) s 2x priečnymi otvormi Ø2 mm + 1x plochým otvorom 3 mm.

• Stroje:

  • Živé nástroje:Tsugami SS327 (os Y)

  • Sekundárne frézovanie:Hardinge Conquest ST + HA5C Indexer

• Sledované metriky: Čas cyklu (sekundy), drsnosť povrchu (Ra µm), tolerancia polohy otvoru (±mm).

2.2 Zber údajov

Boli spracované tri dávky (n=150 dielov na metódu). Súradnicový merací prístroj Mitutoyo CMM meral kritické prvky. Analýza nákladov zahŕňala opotrebovanie nástrojov, prácu a odpisy strojov.

3 výsledky

3.1 Porovnanie výkonu

*Obrázok 1: Poháňané nástroje skracujú čas cyklu, ale zvyšujú náklady na nástroje na jeden diel.*

3.2 Analýza nákladov a výnosov

• Bod zlomu: Poháňané nástroje sa stávajú nákladovo efektívnymi pri ~550 jednotkách (obrázok 2).

• Vplyv na presnosť: Poháňané nástroje eliminujú chyby pri opätovnom upínaní a znižujú odchýlky Cpk o 22 %.

4 Diskusia

Skrátenie času cyklu: Integrované operácie poháňaných nástrojov eliminujú oneskorenia pri manipulácii s dielmi. Obmedzenia výkonu vretena však obmedzujú ťažké frézovanie.
Obmedzenia nákladov: Nižšie náklady na nástroje pri sekundárnom frézovaní sú vhodné pre prototypy, ale zvyšujú manipulačnú prácu.
Praktické dôsledky: Pre zdravotnícke/letecké súčiastky s toleranciami ±0,015 mm je poháňané nástroje optimálne aj napriek vyššej počiatočnej investícii.

5 Záver

Poháňané nástroje na švajčiarskych sústruhoch poskytujú vynikajúcu rýchlosť a presnosť pre zložité diely so stredným až vysokým objemom výroby (> 500 kusov). Sekundárne frézovanie zostáva uskutočniteľné pre jednoduchšie geometrie alebo nízke série. Budúci výskum by mal preskúmať optimalizáciu dynamickej dráhy nástroja pre poháňané nástroje.