Questo pezzo richiede la lavorazione a 5 assi o a 3 assi? Geometria, attrezzaggi, costi e tempi di consegna

Escludere la lavorazione a 5 assi quando ogni caratteristica è raggiungibile in uno o due orientamenti

Un attrezzaggio fisso a 3 assi non può riorientare né l'utensile né il pezzo, quindi qualsiasi caratteristica esterna agli orientamenti raggiungibili impone o un nuovo bloccaggio o una macchina ad asse rotante¹⁵. Se ogni caratteristica è raggiungibile in uno o due orientamenti, la capacità rotativa non aggiunge nulla al pezzo⁴.

Le condizioni geometriche che le fonti citano costantemente come motivo di ricorso alla lavorazione a 5 assi sono le caratteristiche a angolo composto, i sottosquadri raggiungibili solo da più direzioni, le facce e i fori non ortogonali, le cavità profonde, i canali di giranti e pale.

E le superfici scolpite in modo continuo che richiedono l'inclinazione dell'asse utensile^13415161930. Per un pezzo prismatico che si completa in due attrezzaggi o meno e senza GD&T tra facce diverse, la lavorazione a 3 assi viene descritta come significativamente più conveniente e rapida¹⁹.

Verificate il vostro disegno rispetto a questo elenco prima di richiedere un preventivo a 5 assi: se nessuna di quelle condizioni è presente, il sovrapprezzo del 5 assi compra una capacità che il pezzo non utilizza⁴²².

Scegliere tra la lavorazione a 3+2 indicizzata e quella a 5 assi simultanei

La lavorazione a 3+2 indicizzata blocca i due assi rotativi prima della lavorazione e poi opera come una macchina a 3 assi a quell'angolo, raggiungendo così fori inclinati, tasche inclinate e pezzi multifaccia³¹⁵.

La lavorazione a 5 assi simultanei muove tutti e cinque gli assi durante la lavorazione, ed è questo che rende lavorabili in un unico percorso utensile le superfici a curvatura continua, le pale delle giranti, i profili aerodinamici delle turbine e gli impianti scolpiti¹⁵¹⁹.

La linea di demarcazione sta nel fatto che l'asse utensile debba variare mentre l'utensile è in taglio: se non deve variare, il posizionamento indicizzato viene descritto come spesso la via più conveniente¹⁵¹⁶.

Per molti componenti di precisione, la lavorazione a 3+2 offre la stessa accuratezza dimensionale della lavorazione a 5 assi simultanei, riducendo al tempo stesso i tempi di programmazione e i costi di fabbricazione¹⁶. Se tutte le caratteristiche sono raggiungibili tramite posizionamento indicizzato, il moto continuo a 5 assi spesso apporta poco valore aggiuntivo¹⁶.

Chiedete al vostro fornitore quale delle due modalità di lavorazione assume il preventivo, perché la stessa macchina a 5 assi può eseguire entrambe³.

Verificare se tolleranze tra facce diverse e continuità dei dati impongono un attrezzaggio unico

Ogni nuovo bloccaggio sposta leggermente il dato, quindi un disegno che vincola la vera posizione o il profilo su più facce è la ragione per cui la lavorazione a 5 assi in un solo attrezzaggio è preferita anche quando la sola geometria non lo imporrebbe¹⁷¹⁹.

Laddove due o più facce critiche richiedono la vera posizione o il profilo tra dati, o la GD&T vincola più facce tra loro, le fonti indicano la lavorazione a 3+2 o a 5 assi simultanei e raccomandano una strategia a dato unico per evitare il cumulo degli errori da re-bloccaggio¹⁹.

Anche tolleranze più strette e superfici più levigate traggono beneficio dalla lavorazione a 5 assi, perché l'utensile può mantenere un angolo di taglio ottimale con meno attrezzaggi⁴.

Un ciclo a 3 assi interrompe il collegamento del dato a ogni re-bloccaggio, ed è per questo che i preventivi multi-attrezzaggio faticano a rispettare le quote tra facce diverse¹⁷²².

Prima di rilasciare il disegno, contrassegnate quali tolleranze attraversano davvero le facce: sono quelle, e non il numero di caratteristiche, a decidere se un preventivo a 3 assi multi-attrezzaggio può rispettare il pezzo¹⁹.

Contare gli orientamenti necessari a un ciclo a 3 assi e valutare il costo degli attrezzaggi

Più orientamenti significano più attrezzature, più re-bloccaggi e più ispezioni in corso di lavorazione, e sono questi i costi rispetto ai quali viene valutata una tariffa oraria a 5 assi più elevata¹⁷²²²³. Contateli prima di confrontare le tariffe delle macchine.

• ✓Elencate ogni faccia che reca una caratteristica lavorata e l'orientamento necessario per raggiungerla.
• ✓Contate gli attrezzaggi che richiederebbe un ciclo a 3 assi; quattro attrezzaggi è la cifra che una fonte riporta per un pezzo complesso.
• ✓Aggiungete la fabbricazione delle attrezzature e il tempo di re-bloccaggio a ogni attrezzaggio aggiuntivo.
• ✓Aggiungete un'ispezione in corso di lavorazione dopo ogni re-bloccaggio laddove si applicano tolleranze tra facce diverse.
• ✓Confrontate il costo totale del pezzo, non le tariffe orarie delle macchine, tra i due cicli.

Valutare se volume e complessità collocano il pezzo nel territorio in cui il costo totale del 5 assi può vincere

Le tariffe orarie della lavorazione a 5 assi risultano più elevate di quelle a 3 assi, ma per i pezzi complessi un numero minore di attrezzaggi, meno attrezzature e meno scarti può compensare tale tariffa^3222324.

Le produzioni in grande serie di pezzi semplici favoriscono la lavorazione a 3 assi, che mantiene i tempi ciclo brevi ed evita costosi software CAM avanzati e operatori altamente specializzati⁴²².

I pezzi complessi in produzioni da piccole a medie serie favoriscono la lavorazione a 5 assi, che riduce il tempo di attrezzaggio e aumenta la ripetibilità⁴²². Il punto di pareggio dipende dalla geometria specifica e dal volume di produzione, e nessuna fonte fornisce una soglia numerica²².

Chiedete al vostro fornitore di quotare entrambi i cicli sullo stesso disegno e sulla stessa quantità, poi confrontate i totali anziché le tariffe³.

Valutare se la lavorazione a 5 assi accorcia o allunga il tempo di consegna quotato

Un numero minore di attrezzaggi riduce la movimentazione e il tempo di attrezzaggio sui pezzi complessi, ma il tempo di consegna dipende anche dalla fabbricazione di utensili e attrezzature, dall'approvvigionamento del materiale, dai tempi di attesa in coda, dalle finiture secondarie e dalle rilavorazioni⁴⁵²⁸.

Un'officina dotata solo di macchine a 3 assi dovrebbe ricorrere a più attrezzaggi con attrezzature dedicate, il che aumenta i tempi di programmazione, di attrezzaggio e di produzione complessivi²⁸. Per un pezzo semplice, l'attrezzaggio su una macchina a 3 assi può persino risultare più rapido che su una macchina a 5 assi⁴.

Il tempo macchina è solo una parte del tempo di consegna, quindi un ciclo più breve da solo non accorcia il preventivo⁵. Quando confrontate i tempi di consegna, chiedete al fornitore di scindere il preventivo in programmazione, fabbricazione delle attrezzature, lavorazione, finitura e ispezione, e di dichiarare la posizione in coda assunta⁵²⁸.

Verificare se un processo alternativo elimina il requisito della lavorazione a 5 assi

La lavorazione a 3+2 indicizzata è l'alternativa principale che può eliminare la necessità della lavorazione a 5 assi simultanei su caratteristiche inclinate e multifaccia. Ed è descritta come spesso la via più conveniente quando non sono presenti superfici a curvatura continua³¹⁵¹⁶.

La colata e la stampaggio a iniezione di metallo (MIM) sono una via diversa, con un proprio profilo di tolleranza, volume e tempo di consegna, e la post-lavorazione è comune per le caratteristiche a tolleranza stretta²⁹.

La domanda più importante è se il pezzo richieda davvero la lavorazione a 5 assi, o se la lavorazione a 3 assi o a 3+2 possa ottenere il risultato richiesto a costo inferiore³⁰.

Se il vostro pezzo presenta fori inclinati o facce non ortogonali ma nessuna curvatura continua, richiedete un preventivo a 3+2 prima di impegnarvi sulla lavorazione a 5 assi simultanei¹⁵¹⁶.

Verificare che il fornitore a 5 assi possa certificare e ispezionare il lavoro

Una dichiarazione di capacità non è la prova che l'officina sappia documentare il pezzo. Questi controlli riguardano la documentazione alla base di un preventivo a 5 assi.

• ✓Chiedete quali certificazioni detiene l'officina, ad esempio ISO 9001 o AS9100D laddove il pezzo le richieda.
• ✓Chiedete se la registrazione ITAR si applica al vostro disegno e chi accederà ai dati.
• ✓Richiedete un pacchetto di ispezione del primo pezzo (FAI) per un pezzo nuovo, una revisione modificata, un materiale modificato o una nuova attrezzatura.
• ✓Definite quali caratteristiche richiedono la misura con macchina di misura a coordinate (CMM) e quali possono essere campionate.
• ✓Confermate le registrazioni di ispezione che riceverete prima che il materiale venga tagliato.

Dove le fonti non concordano sul costo della lavorazione a 5 assi

Le due posizioni riportate di seguito sono entrambe documentate, e le fonti non risolvono quale si applichi al vostro pezzo. L'ultima colonna vi indica cosa verificare.

Ciò che le fonti non stabiliscono

• Nessuna fonte fornisce una soglia geometrica quantitativa (angolo, profondità del sottosquadro o rapporto di snellezza) alla quale la lavorazione a 3 assi diventa impossibile.
• Nessuna fonte fornisce valori specifici di tolleranza o Ra/Rz che non possano essere raggiunti con il riposizionamento a 3 assi.
• Nessuna fonte fornisce un punto di pareggio numerico di volume o dimensione di lotto per la lavorazione a 5 assi rispetto a quella a 3 assi.
• Nessuna fonte fornisce tariffe orarie macchina assolute o cifre di costo di programmazione e attrezzaggio per la lavorazione a 3 assi rispetto a quella a 5 assi.
• Nessuna fonte fornisce un confronto quotato dei tempi di consegna tra lavorazione a 3 assi e a 5 assi che includa programmazione, fabbricazione delle attrezzature, disponibilità delle macchine e tempi di attesa in coda.
• Nessuna fonte confronta l'elettroerosione (EDM), la forgiatura o la produzione additiva come alternative alla lavorazione a 5 assi.
• Nessuna fonte fornisce specifiche di accuratezza o tolleranza macchina specifiche per la lavorazione a 5 assi, né requisiti NADCAP.
• Nessuna fonte fornisce una regola generale per contare gli orientamenti richiesti di un pezzo arbitrario.