1 Μέθοδος Έρευνας 

1.1 Προσέγγιση Σχεδιασμού

Η μελέτη αξιολόγησε πώς συγκεκριμένες γεωμετρικές αποφάσεις και αποφάσεις ανοχών επηρεάζουν το κόστος μηχανουργικής κατεργασίας CNC. Επιλέχθηκαν τρεις αντιπροσωπευτικές κατηγορίες εξαρτημάτων:

1. λεπτότοιχα περιβλήματα,

2. άξονες ακριβείας,

3. λειτουργικά στηρίγματα από αλουμίνιο 6061-T6, ανοξείδωτο χάλυβα 304 και POM.

Κάθε κατηγορία μοντελοποιήθηκε με μεταβλητά χαρακτηριστικά, συμπεριλαμβανομένου του βάθους της θήκης, της ακτίνας στρογγυλοποίησης, του αριθμού οπών, της γεωμετρίας λοξοτμήσεων και του εύρους ζώνης ανοχής. Όλες οι παραλλαγές χαρακτηριστικών σχεδιάστηκαν ώστε να ταιριάζουν με συνήθεις βιομηχανικούς περιορισμούς και εύρη δυνατοτήτων προμηθευτών.

1.2 Πηγές Δεδομένων

Τα δεδομένα προήλθαν από:

• αρχεία χρόνου κύκλου που ελήφθησαν από κέντρα μηχανουργικής κατεργασίας τριών και τεσσάρων αξόνων που χρησιμοποιούνται σε τακτική παραγωγή,
• μετρήσεις φθοράς εργαλείων που συλλέχθηκαν μέσω προρυθμιστών,
• προσομοιώσεις διαδρομής εργαλείου που δημιουργήθηκαν από CAM με βάση το Mastercam 2024,
• δελτία ανάλυσης κόστους που παρέχονται από το τμήμα σχεδιασμού παραγωγής.

Για να διασφαλιστεί η συνέπεια, όλες οι παράμετροι μηχανουργικής κατεργασίας κανονικοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας την ίδια ποιότητα εργαλείου κοπής, το εύρος ταχύτητας ατράκτου και τις συνθήκες ψυκτικού.

1.3 Εργαλεία και Αναπαραγωγιμότητα

Το πείραμα χρησιμοποίησε:

• Mastercam 2024 για τη δημιουργία διαδρομής εργαλείου,
• ψηφιακά μικρόμετρα Mitutoyo για επικύρωση διαστάσεων,
• ένα τυποποιημένο μοντέλο κόστους (εργασία, κόστος μηχανήματος ανά ώρα, κόστος υλικού, κόστος εργαλείου).

Η ροή εργασίας είναι πλήρως αναπαραγώγιμη εφαρμόζοντας πανομοιότυπες γεωμετρίες CAD, ρυθμίσεις CAM και απόθεμα υλικού.

2 Αποτελέσματα και Ανάλυση

2.1 Σύγκριση Χρόνου Κύκλου

Ο Πίνακας 1 συνοψίζει την αλλαγή στον χρόνο κύκλου κατά την απλοποίηση μη λειτουργικών χαρακτηριστικών.
(Στο τελικό έγγραφο, χρησιμοποιήστε έναν πίνακα τριών γραμμών με σωστή ευθυγράμμιση και μονάδες.)

Πίνακας 1 Μείωση Χαρακτηριστικών έναντι Αλλαγής Χρόνου Κύκλου

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι απλοποιημένες θήκες και οι τυποποιημένες ακτίνες μειώνουν σημαντικά τα περάσματα μηχανουργικής κατεργασίας. Οι βαθύτερες θήκες και οι μικρές προσαρμοσμένες ακτίνες έδειξαν την υψηλότερη συσχέτιση με αυξημένη φθορά εργαλείων και εκτεταμένους κύκλους αδρής/τελικής κατεργασίας.

2.2 Επίδραση Ανοχής

Η επέκταση των ζωνών ανοχής από ±0,01 mm σε ±0,05 mm μείωσε τον χρόνο τελικής κατεργασίας κατά 14–19%. Τα βήματα αντιστάθμισης εκτροπής εργαλείου μειώθηκαν ανάλογα και απαιτήθηκαν λιγότερες επαναλήψεις επιθεώρησης.

2.3 Σύγκριση με Υπάρχοντα Ευρήματα

Υπάρχουσες μελέτες για τη μοντελοποίηση κόστους CNC αναφέρουν παρόμοιες τάσεις στη σχέση μεταξύ ζωνών ανοχής και χρόνου τελικής κατεργασίας. Το πείραμα επιβεβαιώνει αυτές τις παρατηρήσεις και ποσοτικοποιεί το όφελος για την παραγωγή πολλαπλών υλικών.

3 Συζήτηση

3.1 Ερμηνεία των Ευρημάτων

Οι περισσότερες μειώσεις κόστους προέρχονται από την απλοποίηση της διαδρομής εργαλείου και τη βελτιστοποιημένη εμπλοκή του κόφτη. Οι μεγαλύτερες ακτίνες επιτρέπουν στρατηγικές υψηλής τροφοδοσίας, μειώνοντας τη φθορά των εργαλείων. Η διεύρυνση της ανοχής μειώνει άμεσα τα περάσματα τελικής κατεργασίας, ειδικά για εξαρτήματα από ανοξείδωτο χάλυβα όπου η αντίσταση κοπής είναι υψηλή.

3.2 Περιορισμοί

• Αξιολογήθηκαν μόνο τρία υλικά. Δεν συμπεριλήφθηκαν κράματα ανθεκτικά στη θερμότητα και τιτάνιο.
• Η μηχανουργική κατεργασία πέντε αξόνων αποκλείστηκε, γεγονός που περιορίζει την εφαρμοσιμότητα σε πολύπλοκες αεροδιαστημικές γεωμετρίες.
• Η μοντελοποίηση κόστους υπέθεσε σταθερά ποσοστά εργασίας και ηλεκτρικής ενέργειας, τα οποία ενδέχεται να διαφέρουν μεταξύ των περιοχών.

3.3 Πρακτικές Επιπτώσεις

Οι κατασκευαστές που σχεδιάζουν εξαρτήματα CNC για ταχεία παραγωγή μπορούν να ενσωματώσουν αυτές τις συμβουλές DFM για να μειώσουν το κόστος ανά μονάδα χωρίς να αλλοιώσουν τη δομική απόδοση. Η τυποποίηση των ακτίνων και η προσαρμογή των μη κρίσιμων ανοχών είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικές σε μεγέθη παρτίδων κάτω των 500 τεμαχίων/μήνα.

4 Συμπέρασμα

Η αξιολόγηση δείχνει ότι η συνεπής χρήση των οδηγιών DFM—γεωμετρική απλοποίηση, βελτιστοποιημένες ακτίνες και εύλογες ζώνες ανοχής—μειώνει το κόστος μηχανουργικής κατεργασίας κυρίως μέσω της μείωσης του χρόνου κύκλου και της χρήσης εργαλείων. Αυτές οι πληροφορίες υποστηρίζουν μελλοντικές εφαρμογές στον επανασχεδιασμό εξαρτημάτων και τη συγκριτική αξιολόγηση προμηθευτών. Περαιτέρω έρευνα μπορεί να επεκταθεί στη μηχανουργική κατεργασία πολλαπλών αξόνων και σε πολύπλοκα κράματα.