Ποια σχεδιαστικά χαρακτηριστικά να αλλάξετε σε ένα σύνθετο εξάρτημα CNC πριν εκδώσετε τα σχέδια

Γιατί ο επανασχεδιασμός γίνεται στο σχέδιο και όχι στη μηχανή

Τα χαρακτηριστικά που καθορίζουν το κόστος του εξαρτήματός σας επιλέγονται πριν ζητήσει κανείς προσφορά. Οι σύνθετες θήκες, τα βαθιά λεπτά τοιχώματα, οι υποκοπές, οι στενές ανοχές και τα πολλαπλά πανσώματα αναφέρονται από ανεξάρτητους εκδότες ως οι μεγαλύτεροι παράγοντες κόστους, γιατί καθένα προσθέτει χρόνο προγράμματος, φθορά εργαλείου, χρόνο χωρίς κοπή ή απορρίψεις^89101219.

Ένας εκδότης αναφέρει ότι οι αποφάσεις του σταδίου σχεδιασμού κλειδώνουν το 70–80% του τελικού κόστους προϊόντος, γι' αυτό η απλοποίηση σε αυτό το στάδιο πολλαπλασιάζεται προς τα κάτω⁸.

Το στοιχείο αυτό προέρχεται από πηγή επιπέδου προμηθευτή και είναι εκτίμηση εμπειρίας της αγοράς, όχι μετρημένο σημείο αναφοράς, οπότε χρησιμοποιήστε το για να δικαιολογήσετε την επισκόπηση, όχι για να χτίσετε επιχειρηματική υπόθεση. Αυτό που δεν σας δίνουν οι πηγές είναι κατάταξη.

Καμία πηγή δεν ποσοτικοποιεί το μερίδιο του συνολικού κόστους κατεργασίας που αναλογεί σε κάθε τύπο χαρακτηριστικού. Δεν μπορείτε λοιπόν να πείτε ότι μια βαθιά θήκη κοστίζει γενικά περισσότερο από μια υποκοπή — μόνο ότι και τα δύο επισημαίνονται επανειλημμένα^8101219.

Η πρακτική συνέπεια είναι ότι δουλεύετε τα χαρακτηριστικά με τη σειρά παρακάτω. Η οποία ακολουθεί τη σειρά που προτείνουν οι ίδιες οι πηγές: πρώτα γεωμετρία και πανσώματα, έπειτα ακτίνες και αναλογίες θηκών, μετά ανοχές, και τέλος χαρακτηριστικά που απαιτούν ειδικά εργαλεία.

Μειώστε τον αριθμό πανσωμάτων πριν αγγίξετε οτιδήποτε άλλο

Κάθε πρόσθετο πάνσωμα προσθέτει χρόνο χωρίς κοπή και κίνδυνο σφάλματος θέσης μεταξύ όψεων, και η ενοποίηση χαρακτηριστικών σε λιγότερους προσανατολισμούς είναι ο μοχλός που οι πηγές βάζουν πρώτο⁹¹³¹⁸. Ένα μηχανουργείο αναφέρει 15–45 λεπτά χρόνου χωρίς κοπή ανά πρόσθετο πάνσωμα, στοιχείο επιπέδου προμηθευτή αλλά χρήσιμο ως τάξη μεγέθους όταν μετράτε προσανατολισμούς σε ένα σχέδιο⁹.

Ο μηχανισμός είναι γεωμετρικός. Χαρακτηριστικά που δεν ευθυγραμμίζονται με τους άξονες X, Y και Z δεν είναι προσβάσιμα σε έναν μόνο προσανατολισμό 3 αξόνων, οπότε επιβάλλουν είτε κατεργασία 5 αξόνων είτε σύνθετες διατάξεις και εξειδικευμένα εργαλεία¹²¹⁸¹⁹.

Όπου το επιτρέπει η λειτουργία, ο σχεδιασμός εντός των δυνατοτήτων 3 αξόνων είναι η συνιστώμενη διαδρομή, με το 5 αξόνων να αναφέρεται με προσαύξηση 30–50% έναντι του 3 αξόνων^{18 17} (στοιχείο δηλωμένο από προμηθευτή).

Μια μηχανή 4 αξόνων βρίσκεται ανάμεσα στις δύο και μειώνει τα πανσώματα για πολύπλευρα εξαρτήματα, αλλά ο σχεδιασμός πρέπει και πάλι να αφήνει προσβάσιμο τον περιστροφικό άξονα και τη συγκράτηση⁶. Πριν αλλάξετε προσανατολισμό, ελέγξτε πού βρίσκονται τα datum σας.

Τα datum που τοποθετούνται ώστε όλα τα κρίσιμα χαρακτηριστικά να μπορούν να αναφερθούν σε ένα πάνσωμα είναι αυτό που καθιστά δυνατή την κατεργασία με ένα πάνσωμα. Αν τα κρίσιμα χαρακτηριστικά σας είναι διάσπαρτα σε τρεις όψεις, καμία ενοποίηση χαρακτηριστικών δεν θα βοηθήσει².

Ευθυγραμμίστε τις εσωτερικές ακτίνες και τις αναλογίες θηκών με τυπικούς κόπτες

Τα τυπικά περιστροφικά εργαλεία δεν μπορούν να κόψουν αιχμηρή εσωτερική γωνία. Η γωνία επιβάλλει μικρότερο κόπτη, και ο μικρότερος κόπτης είναι λιγότερο άκαμπτος, οπότε λειτουργεί με βραδύτερες προώσεις και χρειάζεται περισσότερα περάσματα.

Γι' αυτό η αύξηση των εσωτερικών ακτινών ώστε να ταιριάζουν με τυπικά μεγέθη κόπτη είναι η τροποποίηση που οι πηγές συνιστούν με τη μεγαλύτερη συνέπεια^9101112.

Ένα μηχανουργείο συνιστά αντιστοίχιση ακτινών με τυπικά μεγέθη κόπτη όπως R3, R4 και R5 mm και αναφέρει ότι οι στενές γωνίες διπλασιάζουν ή τριπλασιάζουν τον χρόνο κύκλου σε βαθιές θήκες⁹.

Άλλο αναφέρει ότι εξαρτήματα επανασχεδιασμένα με ελάχιστη στρογγύλευση 0.5 mm αντί για αιχμηρές γωνίες μείωσαν τη θραύση εργαλείων και διατήρησαν ανοχές ±0.05 mm χωρίς εργασίες με προσαύξηση¹¹. Πρόκειται για δύο διαφορετικά σημεία εκκίνησης για την ίδια διόρθωση, οπότε επιλέξτε την ακτίνα που επιτρέπει η λειτουργία σας και επιβεβαιώστε ότι ο κόπτης είναι τυπικός.

Οι αναλογίες θηκών έχουν σημασία για τον ίδιο λόγο. Τρεις ανεξάρτητοι εκδότες συγκλίνουν στην αναλογία βάθους προς πλάτος 4:1 ως πρακτικό όριο πριν κλιμακωθούν οι επιβαρύνσεις εργαλείων και κόστους¹³¹⁸¹⁹.

Πάνω από αυτή την αναλογία, οι θήκες απαιτούν εργαλεία μεγάλης προεξοχής που εκτρέπονται, γεγονός που επιβάλλει ελαφρά περάσματα και αυξάνει τον κίνδυνο δονήσεων· μία πηγή τοποθετεί το κόστος κοιλοτήτων βαθύτερων από 4x το πλάτος στο 2–3x της τυπικής κατεργασίας κοιλότητας¹⁹.

Το ίδιο 4:1 δίνεται ως μέγιστη αναλογία διαστάσεων για τοιχώματα χωρίς υποστήριξη^{18 13} (στοιχείο δηλωμένο από προμηθευτή). Αντιμετωπίστε το 4:1 ως τιμή διαλογής, όχι ως πρότυπο¹³ (στοιχείο δηλωμένο από προμηθευτή)¹⁸.

Καμία πηγή δεν το συνδέει με τεχνικό πρότυπο αναφοράς και καμία δεν δίνει όριο βάθους προς διάμετρο ειδικά για οπές¹³¹⁸¹⁹. Αν ο σχεδιασμός σας πρέπει να πάει βαθύτερα, οι πηγές προτείνουν βαθμιδωτή διάτρηση ή επισκόπηση σχεδιασμού αντί για άκαμπτο κανόνα¹³.

Κρατήστε τις στενές ανοχές για τα χαρακτηριστικά που συζεύγνυνται

Η καθολική προδιαγραφή ανοχής είναι μία από τις ακριβότερες συνήθειες σε ένα σχέδιο. Η εφαρμογή ακρίβειας σε κάθε διάσταση αναγκάζει τον μηχανικό κατεργασίας να επιβραδύνει παντού και προσθέτει χρόνο ελέγχου, χωρίς να προσθέτει μηχανική αξία^13151722.

Ένα μηχανουργείο αναφέρει ως παράδειγμα το καθολικό ±0.02 mm που επιβραδύνει την κατεργασία σε όλο το εξάρτημα⁹· άλλο συνιστά ±0.025 mm μόνο σε λειτουργικά χαρακτηριστικά σύζευξης όπως οπές, πείρους και κρίσιμες διεπαφές¹³. Οι αναφερόμενες εξοικονομήσεις από επιλεκτική ανοχή είναι μεγάλες αλλά προέρχονται από μελέτες περίπτωσης και όχι από ελεγχόμενες συγκρίσεις.

Μία πηγή αναφέρει εξοικονόμηση κόστους 30–50% από χαλάρωση ανοχών σε μη κρίσιμες επιφάνειες^{17 18}. Άλλη αναφέρει μείωση 25% στον χρόνο κατεργασίας και στο κόστος εργαλείων σε άξονα όπου ο κρίσιμος λαιμός έμεινε στενός και όλα τα υπόλοιπα χαλαρώθηκαν¹⁹.

Τρίτη αναφέρει έως 30% από πέντε σχεδιαστικές αλλαγές συνδυαστικά, από τις οποίες η ανοχή ήταν μόνο μία¹⁶. Κανένα από αυτά δεν είναι γενικεύσιμος ρυθμός, οπότε επικαλεστείτε τα ως απόδειξη ότι ο μοχλός υπάρχει, όχι ως νούμερο στο οποίο μπορείτε να βασιστείτε.

Για σημείο εκκίνησης του τι είναι ρεαλιστικό, μία πηγή δίνει ±0.05 mm για τα περισσότερα μεταλλικά εξαρτήματα και ±0.1 mm για πλαστικά ως οικονομικά αποδοτικές τιμές, με στενότερες ανοχές εφικτές αλλά μόνο για κρίσιμα χαρακτηριστικά¹⁷. Πρόκειται για καθοδήγηση μίας πηγής, όχι πίνακα ικανοτήτων.

Ρωτήστε το μηχανουργείο σας τι κρατά ως πρότυπο πριν γράψετε στενότερο νούμερο στο σχέδιο.

Κοστολογήστε τα χαρακτηριστικά που απαιτούν ειδικούς κόπτες ή πρόσθετες εργασίες

Κάποια γεωμετρία δεν μπορεί να παραχθεί από τυπικό κόπτη ακροφυσίου με μία προσέγγιση, και αυτά τα χαρακτηριστικά φέρουν δικό τους κόστος. Οι υποκοπές και οι ανάστροφες κωνικότητες απαιτούν κόπτες T-slot ή χελιδονοουράς και συχνά πρόσθετα πανσώματα ή ειδικές διατάξεις, κάτι που επίσης μειώνει την ακαμψία και την ακρίβεια της κατεργασίας¹⁹.

Μία πηγή τοποθετεί το πρόσθετο κόστος στα $200–800 ανά χαρακτηριστικό υποκοπής¹⁹· άλλη αναφέρει ότι η εξάλειψη υποκοπών που απαιτούν δευτερεύοντα πανσώματα εξοικονομεί 2–3 ώρες ανά εξάρτημα, τις οποίες αποτιμά σε $120–180 εργατικού κόστους¹¹.

Και τα δύο είναι στοιχεία επιπέδου προμηθευτή από διαφορετικά μηχανουργεία, οπότε τα εύρη δεν συμβιβάζονται — χρησιμοποιήστε τα για να δικαιολογήσετε την αφαίρεση του χαρακτηριστικού, όχι για να προβλέψετε την προσφορά. Οι αιχμηρές γωνίες και τα μη ορθογώνια χαρακτηριστικά ανήκουν στην ίδια επισκόπηση.

Οι αιχμηρές γωνίες σε κατεργασμένες κοιλότητες απαιτούν πρόσθετες εργασίες για να επιτευχθούν οι αναγκαίες ακτίνες, και τα μη ορθογώνια χαρακτηριστικά επιβάλλουν κατεργασία 5 αξόνων ή σύνθετες διατάξεις, πολλαπλασιάζοντας τον χρόνο πανσώματος και προγραμματισμού¹².

Τα τυπικά σπειρώματα, τα μεγέθη οπών, οι ακτίνες γωνιών και τα πάχη υλικού μειώνουν την ανάγκη για ειδικούς κόπτες και πρόσθετα βήματα, που είναι ο φθηνότερος τρόπος να αποφύγετε εντελώς αυτή την κατηγορία¹⁵. Μετρήστε αυτά τα χαρακτηριστικά στο μοντέλο σας και κοστολογήστε τα ένα προς ένα πριν δεσμευτείτε στη γεωμετρία.

Οι πηγές δεν εξετάζουν το EDM, το καρφώσιμο (broaching) ή τους χρόνους παράδοσης ειδικών κοπτών. Αν λοιπόν ο σχεδιασμός σας εξαρτάται από κάποιο από αυτά, είναι ερώτηση για το μηχανουργείο και όχι κάτι που λύνεται από το σχέδιο.

Έλεγχοι σχεδίου πριν φύγει το αίτημα προσφοράς

Εφαρμόστε τους στο μοντέλο πριν το εκδώσετε. Καθένας αντιστοιχεί σε ένα χαρακτηριστικό που οι πηγές ονομάζουν παράγοντα κόστους, και καθένας διορθώνεται φθηνότερα τώρα παρά μετά την προσφορά.

• ✓Μετρήστε τους προσανατολισμούς: είναι προσβάσιμο κάθε κρίσιμο χαρακτηριστικό σε ένα πάνσωμα 3 αξόνων ή το εξάρτημα χρειάζεται 5 άξονες ή ειδικές διατάξεις;
• ✓Ελέγξτε τις εσωτερικές ακτίνες γωνιών έναντι τυπικών μεγεθών κόπτη αντί να αφήνετε αιχμηρές γωνίες.
• ✓Ελέγξτε τις αναλογίες βάθους προς πλάτος θήκης έναντι του 4:1 και σημειώστε ό,τι είναι βαθύτερο για βαθμιδωτή διάτρηση ή επισκόπηση.
• ✓Καταγράψτε κάθε διάσταση που φέρει στενή ανοχή και επιβεβαιώστε ότι καθεμία είναι χαρακτηριστικό σύζευξης ή λειτουργικό.
• ✓Σημειώστε υποκοπές, ανάστροφες κωνικότητες και μη ορθογώνια χαρακτηριστικά και κοστολογήστε τα ανά χαρακτηριστικό πριν δεσμευτείτε.
• ✓Ενοποιήστε μεγέθη οπών και τύπους σπειρωμάτων όπου το επιτρέπει η λειτουργία, αφού κάθε μοναδικό μέγεθος είναι αλλαγή εργαλείου.
• ✓Επιβεβαιώστε ότι το μέγεθος του ημικατεργασμένου είναι κοντά στην τελική γεωμετρία, ώστε να μην πληρώνετε εκτράχυνση υλικού χωρίς λειτουργικό όφελος.

Μέγεθος ημικατεργασμένου και κλάση υλικού: το κόστος που ορίζετε πριν από την πρώτη κοπή

Η επιλογή υλικού επηρεάζει το κόστος δύο φορές — μία στην τιμή ανά χιλιόγραμμο και άλλη στην ταχύτητα με την οποία το εργαλείο διαπερνά το υλικό. Τα κράματα αλουμινίου όπως 6061 και 6082 ισορροπούν επιδόσεις και κατεργασιμότητα.

Κάτι που κρατά χαμηλό τον χρόνο μηχανής, ενώ οι κλάσεις ανοξείδωτου όπως 304 και 316 λειτουργούν σε χαμηλότερες ταχύτητες κοπής και προκαλούν μεγαλύτερη φθορά εργαλείου, ανεβάζοντας τον χρόνο κύκλου και το κόστος αντικατάστασης εργαλείων²¹.

Αν το εξάρτημά σας δεν χρειάζεται αντοχή στη διάβρωση ή αντοχή που μόνο το ανοξείδωτο παρέχει, η κλάση είναι απόφαση κόστους όσο και λειτουργική. Το μέγεθος του αποθέματος είναι ο πιο διακριτικός μοχλός.

Τα υπερμεγέθη ημικατεργασμένα απαιτούν περισσότερη εκτράχυνση, που προσθέτει χρόνο και απόβλητα χωρίς λειτουργικό όφελος. Η προσαρμογή του ημικατεργασμένου στην τελική γεωμετρία, ή η χρήση διεργασίας σχεδόν τελικής μορφής όπως η χύτευση σε μεγαλύτερους όγκους, μειώνει και τα δύο²¹.

Το μέγεθος του εξαρτήματος καθορίζει επίσης την επιλογή μηχανής, αφού τα μεγαλύτερα εξαρτήματα απαιτούν μεγαλύτερες και ακριβότερες μηχανές¹⁸. Καμία πηγή δεν ποσοτικοποιεί τη διαφορά κόστους ή χρόνου παράδοσης μεταξύ κλάσεων ή μεταξύ ζωνών μεγέθους, οπότε δεν μπορείτε να δώσετε νούμερο σε αυτόν τον συμβιβασμό από τα στοιχεία²¹¹⁸.

Ζητήστε από το μηχανουργείο τον χρόνο κύκλου για την κλάση και το ημικατεργασμένο που εξετάζετε, και συγκρίνετέ τον με τη λειτουργική απαίτηση για την οποία πληρώνετε την προσαύξηση.

Πού οι πηγές διαφωνούν για το μέγεθος της επιβάρυνσης

Η κατεύθυνση κάθε τροποποίησης παρακάτω είναι κοινή στις πηγές. Το μέγεθος δεν είναι, και τα στοιχεία προέρχονται από σελίδες επιπέδου προμηθευτή και όχι από ελεγχόμενες μελέτες.

Χρησιμοποιήστε τον πίνακα για να δείτε ποιο νούμερο χρειάζεται επαλήθευση με το δικό σας μηχανουργείο πριν μπει σε επιχειρηματική υπόθεση.

Before you request a quote

• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.
• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.
• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.
• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.
• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.
• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.
• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.
• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.
• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.
• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.