Нужна ли этой детали 5-осевая обработка или достаточно 3-осевой? Геометрия, наладки, стоимость и срок производства

Исключите 5-осевую обработку, если каждый элемент доступен в одной или двух ориентациях

Фиксированная 3-осевая наладка не позволяет переориентировать ни инструмент, ни заготовку, поэтому любой элемент за пределами доступных ориентаций требует либо переустановки, либо станка с поворотной осью¹⁵. Если каждый элемент доступен в одной или двух ориентациях, поворотные оси не дают детали никаких преимуществ⁴.

Геометрические условия, которые источники последовательно называют основанием для 5-осевой обработки, — это элементы со сложными составными углами, поднутрения, доступные только с нескольких направлений, неперпендикулярные поверхности и отверстия, глубокие полости, каналы рабочих колёс и лопаток. А также непрерывно формуемые поверхности, требующие наклона оси инструмента^13415161930.

Для призматической детали, завершаемой за две наладки или менее и не имеющей межповерхностных допусков GD&T, 3-осевая обработка описывается как значительно более выгодная по стоимости и быстрая¹⁹.

Сверьте свой чертёж с этим перечнем, прежде чем запрашивать коммерческое предложение на 5-осевую обработку: если ни одно из этих условий не выполняется, наценка за 5-осевую обработку оплачивает возможности, которыми деталь не воспользуется⁴²².

Выберите между позиционной обработкой 3+2 и одновременной 5-осевой обработкой

Позиционная обработка 3+2 фиксирует две поворотные оси перед резанием и затем ведёт обработку как 3-осевой станок под этим углом, что позволяет обрабатывать наклонные отверстия, наклонные карманы и многосторонние детали³¹⁵.

Одновременная 5-осевая обработка перемещает все пять осей в процессе резания, и именно это делает непрерывно криволинейные поверхности, лопатки рабочих колёс, турбинные аэродинамические профили и скульптурные имплантаты обрабатываемыми за одну траекторию инструмента¹⁵¹⁹.

Разделяющая черта — должна ли ось инструмента меняться, пока инструмент находится в резании: если нет, позиционное позиционирование описывается как часто самый выгодный по стоимости путь¹⁵¹⁶. Для многих прецизионных деталей обработка 3+2 обеспечивает ту же размерную точность, что и одновременная 5-осевая, сокращая при этом время программирования и производственные затраты¹⁶.

Если все элементы достижимы через позиционное позиционирование, непрерывное 5-осевое движение часто даёт мало дополнительной ценности¹⁶. Спросите поставщика, какой из двух видов операций предполагается в коммерческом предложении, потому что один и тот же 5-осевой станок может выполнять обе³.

Проверьте, не требуют ли межповерхностные допуски и непрерывность баз единой наладки

Каждая переустановка слегка смещает базу, поэтому чертёж, связывающий истинное положение или профиль нескольких поверхностей, — это именно та причина, по которой предпочтительна 5-осевая обработка за одну наладку, даже если сама геометрия этого не требует¹⁷¹⁹.

Там, где две или более критических поверхностей требуют истинного положения или профиля относительно общих баз, либо GD&T связывает несколько поверхностей между собой, источники указывают на 3+2 или одновременную 5-осевую обработку и рекомендуют стратегию единой базы, чтобы избежать накопления погрешностей при переустановках¹⁹.

Более жёсткие допуски и более гладкие поверхности также выигрывают от 5-осевой обработки, потому что инструмент может удерживать оптимальный угол резания при меньшем числе наладок⁴. 3-осевой маршрут разрывает связь баз при каждой переустановке, поэтому предложения с несколькими наладками с трудом удерживают межповерхностные требования¹⁷²².

Прежде чем передать чертёж в работу, отметьте, какие допуски действительно пересекают поверхности; именно они, а не количество элементов, решают, сможет ли предложение с несколькими наладками на 3-осевом станке обеспечить изготовление детали¹⁹.

Посчитайте ориентации, нужные 3-осевому маршруту, и оцените затраты на наладки

Больше ориентаций — больше приспособлений, больше переустановок и больше промежуточного контроля, и именно эти затраты сопоставляются с более высокой почасовой ставкой 5-осевой обработки¹⁷²²²³. Посчитайте их, прежде чем сравнивать ставки станков.

• ✓Перечислите каждую поверхность, несущую обработанный элемент, и ориентацию, необходимую для доступа к нему.
• ✓Посчитайте, сколько наладок потребовал бы 3-осевой маршрут; четыре наладки — цифра, которую один источник приводит для сложной детали.
• ✓Добавьте к каждой дополнительной наладке изготовление приспособления и время на переустановку.
• ✓Добавьте промежуточный контроль после каждой переустановки там, где действуют межповерхностные допуски.
• ✓Сравните совокупную стоимость детали, а не почасовые ставки станков, между двумя маршрутами.

Определите, ставят ли объём и сложность деталь в положение, где совокупная стоимость 5-осевой обработки может выиграть

Почасовые ставки 5-осевой обработки сообщаются более высокими, чем у 3-осевой, но для сложных деталей меньшее число наладок, меньше оснастки и меньше брака могут компенсировать эту разницу в ставке^3222324. Крупносерийные партии простых деталей благоприятствуют 3-осевой обработке, которая удерживает короткое время цикла и устраняет потребность в продвинутом CAM-программировании и высококвалифицированных операторах⁴²².

Сложные детали малых и средних объёмов благоприятствуют 5-осевой обработке, которая сокращает время наладки и повышает повторяемость⁴²². Точка безубыточности зависит от конкретной геометрии и объёма производства, и ни один источник не даёт числового порога²².

Попросите поставщика подготовить коммерческие предложения по обоим маршрутам на одном и том же чертеже и при одном и том же объёме, а затем сравнивайте итоговые суммы, а не ставки³.

Определите, сокращает ли 5-осевая обработка указанный срок производства или удлиняет его

Меньшее число наладок сокращает манипуляции и время наладки для сложных деталей, но срок производства также определяется изготовлением оснастки и приспособлений, закупкой материала, временем ожидания в очереди, финишной обработкой и переделками⁴⁵²⁸. Цеху, располагающему только 3-осевыми станками, потребовались бы несколько наладок со специальными приспособлениями, что увеличивает время программирования, наладки и производства в целом²⁸.

Для простой детали наладка на 3-осевом станке может оказаться даже быстрее, чем на 5-осевом⁴. Время работы станка — лишь часть срока производства, поэтому более короткий цикл сам по себе не сокращает указанный срок⁵.

Сравнивая сроки, попросите поставщика разбить коммерческое предложение на программирование, изготовление приспособлений, механическую обработку, финишную обработку и контроль, а также указать предполагаемое место в очереди⁵²⁸.

Проверьте, не устраняет ли альтернативный процесс потребность в 5-осевой обработке

Позиционная обработка 3+2 — основной альтернативный вариант, способный снять потребность в одновременной 5-осевой обработке для наклонных и многосторонних элементов. И она описывается как часто самый выгодный по стоимости путь, когда непрерывно криволинейные поверхности отсутствуют³¹⁵¹⁶.

Литьё и порошковая металлургия (MIM) — другой маршрут со своими характеристиками допусков, объёмов и сроков, а дообработка резанием обычна для элементов с жёсткими допусками²⁹. Более важный вопрос — нуждается ли деталь вообще в 5-осевой обработке, или 3-осевая либо 3+2 могли бы достичь требуемого результата с меньшими затратами³⁰.

Если на вашей детали есть наклонные отверстия или неперпендикулярные поверхности, но нет непрерывной кривизны, запросите предложение по 3+2, прежде чем остановиться на одновременной 5-осевой обработке¹⁵¹⁶.

Убедитесь, что поставщик 5-осевой обработки способен сертифицировать и проконтролировать работу

Заявление о возможностях — не доказательство того, что цех способен документально оформить деталь. Эти проверки охватывают документацию, стоящую за коммерческим предложением на 5-осевую обработку.

• ✓Спросите, какими сертификатами располагает цех, например ISO 9001 или AS9100D, если деталь их требует.
• ✓Спросите, применима ли регистрация ITAR к вашему чертежу и кто получит доступ к данным.
• ✓Запросите пакет контроля первой детали (FAI) для новой детали, изменённой ревизии, изменённого материала или нового приспособления.
• ✓Определите, какие элементы требуют измерения на КИМ, а какие можно контролировать выборочно.
• ✓Подтвердите, какие протоколы контроля вы получите, прежде чем материал будет разрезан.

В чём источники расходятся относительно стоимости 5-осевой обработки

Обе приведённые ниже позиции где-то заявлены, и источники не дают ответа, какая применима к вашей детали. Последний столбец подсказывает, что нужно проверить.

Чего источники не подтверждают

• Ни один источник не даёт количественного геометрического порога (угла, глубины поднутрения или соотношения сторон), при котором 3-осевая обработка становится невозможной.
• Ни один источник не даёт конкретных значений допусков или Ra/Rz, недостижимых при переориентации на 3-осевой обработке.
• Ни один источник не даёт числовой точки безубыточности по объёму или размеру партии для 5-осевой против 3-осевой обработки.
• Ни один источник не даёт абсолютных почасовых ставок станков или показателей затрат на программирование и наладку для 3-осевой против 5-осевой обработки.
• Ни один источник не приводит сопоставления указанных сроков производства для 3-осевой против 5-осевой обработки, включающего программирование, изготовление приспособлений, доступность станков и время ожидания в очереди.
• Ни один источник не сравнивает ЭЭО, ковку или аддитивное производство как альтернативы 5-осевой обработке.
• Ни один источник не даёт специфических для 5-осевой обработки характеристик точности или допусков станков, а также требований NADCAP.
• Ни один источник не предлагает общего правила подсчёта требуемых ориентаций детали для произвольной детали.