Roterende værktøj vs. sekundær fræsning på schweiziske drejebænke

Roterende værktøj vs. sekundær fræsning på schweiziske drejebænke: Optimering af CNC-præcisionsdrejning

PFT, Shenzhen

Resumé: Drejebænke af schweizisk type opnår komplekse emnegeometrier ved hjælp af enten roterende værktøjer (integrerede roterende værktøjer) eller sekundær fræsning (efterdrejningsfræsningsoperationer). Denne analyse sammenligner cyklustider, nøjagtighed og driftsomkostninger mellem begge metoder baseret på kontrollerede bearbejdningsforsøg. Resultaterne indikerer, at roterende værktøjer reducerer den gennemsnitlige cyklustid med 27 % og forbedrer positionstolerancen med 15 % for funktioner som krydshuller og flade huller, selvom den oprindelige værktøjsinvestering er 40 % højere. Sekundær fræsning viser lavere omkostninger pr. emne for volumener under 500 enheder. Undersøgelsen konkluderer med udvælgelseskriterier baseret på emnekompleksitet, batchstørrelse og tolerancekrav.

1 Introduktion

Schweiziske drejebænke dominerer højpræcisionsproduktion af små dele. En afgørende beslutning involverer valget mellemroterende værktøj(fræsning/boring på maskine) ogsekundær fræsning(dedikerede efterbehandlingsoperationer). Branchedata viser, at 68 % af producenterne prioriterer at reducere opsætningsmulighederne for komplekse komponenter (Smith,J. Manuf. Sci.(, 2023). Denne analyse kvantificerer ydeevneafvejninger ved hjælp af empiriske bearbejdningsdata.

2 Metodologi

2.1 Testdesign

• Arbejdsemner: 316L rustfri stålaksler (Ø8 mm x 40 mm) med 2x Ø2 mm tværhuller + 1x 3 mm fladt.

• Maskiner:

  • Roterende værktøj:Tsugami SS327 (Y-akse)

  • Sekundær fræsning:Hardinge Conquest ST + HA5C Indexer

• Sporede målinger: Cyklustid (sekunder), overfladeruhed (Ra µm), hulpositionstolerance (±mm).

2.2 Dataindsamling

Tre batcher (n=150 dele pr. metode) blev behandlet. Mitutoyo CMM målte kritiske funktioner. Omkostningsanalysen omfattede værktøjsslid, arbejdskraft og maskinafskrivning.

3 resultater

3.1 Ydelsessammenligning

*Figur 1: Roterende værktøj reducerer cyklustiden, men øger værktøjsomkostningerne pr. del.*

3.2 Cost-benefit-analyse

• Nulpunkt: Roterende værktøj bliver omkostningseffektivt ved ~550 enheder (figur 2).

• Præcisionspåvirkning: Roterende værktøj eliminerer omfikseringsfejl og reducerer Cpk-variationen med 22 %.

4 Diskussion

Reduktion af cyklustid: De integrerede operationer i roterende værktøj eliminerer forsinkelser i håndteringen af emner. Spindelkraftbegrænsninger begrænser dog tung fræsning.
Omkostningsbegrænsninger: Sekundærfræsnings lavere værktøjsomkostninger passer til prototyper, men akkumulerer håndteringsarbejde.
Praktisk implikation: For medicinske/luftfartskomponenter med ±0,015 mm tolerancer er roterende værktøj optimal på trods af højere initialinvestering.

5 Konklusion

Roterende værktøjsfremstilling på schweiziske drejebænke leverer overlegen hastighed og præcision til komplekse dele i mellem- til høj volumen (>500 enheder). Sekundærfræsning er fortsat mulig til enklere geometrier eller lave serier. Fremtidig forskning bør undersøge dynamisk værktøjsbaneoptimering til roterende værktøjsfremstilling.