Обработка приводным инструментом против вторичного фрезерования на швейцарских токарных станках

Обработка приводным инструментом против вторичного фрезерования на швейцарских токарных станках: оптимизация прецизионной токарной обработки с ЧПУ

PFT, Шэньчжэнь

Аннотация: Автоматы швейцарского типа позволяют обрабатывать детали сложной геометрии, используя либо приводной инструмент (интегрированные вращающиеся инструменты), либо вторичное фрезерование (операции после токарной обработки). В данном анализе сравниваются время цикла, точность и эксплуатационные расходы обоих методов на основе испытаний с контролируемой обработкой. Результаты показывают, что приводной инструмент сокращает среднее время цикла на 27% и улучшает позиционный допуск на 15% для таких элементов, как поперечные отверстия и лыски, хотя первоначальные инвестиции в инструмент на 40% выше. Вторичное фрезерование демонстрирует более низкие затраты на деталь при объёмах менее 500 единиц. В заключение исследования приводятся критерии выбора, основанные на сложности детали, размере партии и требованиях к допускам.

1 Введение

Швейцарские токарные станки доминируют в высокоточном производстве мелких деталей. Ключевым решением является выбор междуживые инструменты(фрезерование/сверление на станке) ивторичное фрезерование(специализированные операции постобработки). Данные отрасли показывают, что 68% производителей отдают приоритет сокращению времени настройки сложных компонентов (Смит,J. Manuf. Sci., 2023). В этом анализе количественно оцениваются компромиссы производительности с использованием эмпирических данных обработки.

2 Методология

2.1 Дизайн теста

• Заготовки: валы из нержавеющей стали 316L (Ø8 мм x 40 мм) с 2 поперечными отверстиями Ø2 мм + 1 плоским отверстием 3 мм.

• Машины:

  • Живые инструменты:Tsugami SS327 (ось Y)

  • Вторичное фрезерование:Индексатор Hardinge Conquest ST + HA5C

• Отслеживаемые показатели: время цикла (секунды), шероховатость поверхности (Ra мкм), допуск положения отверстия (± мм).

2.2 Сбор данных

Были обработаны три партии (n=150 деталей на каждый метод). КИМ Mitutoyo измеряла критические характеристики. Анализ затрат включал износ инструмента, оплату труда и амортизацию станка.

3 результата

3.1 Сравнение производительности

*Рисунок 1: Приводной инструмент сокращает время цикла, но увеличивает затраты на инструмент на одну деталь.*

3.2 Анализ затрат и выгод

• Точка безубыточности: Приводной инструмент становится рентабельным при количестве ~550 единиц (рисунок 2).

• Влияние на точность: Приводной инструмент устраняет ошибки повторного закрепления, снижая вариацию Cpk на 22%.

4 Обсуждение

Сокращение времени цикла: Интегрированные операции с приводным инструментом исключают задержки при обработке деталей. Однако ограничения мощности шпинделя затрудняют фрезерование тяжёлых деталей.
Ограничения по стоимости: более низкие затраты на инструмент при вторичном фрезеровании подходят для прототипов, но увеличиваются затраты труда на обработку.
Практический вывод: для медицинских/аэрокосмических компонентов с допусками ±0,015 мм приводной инструмент является оптимальным, несмотря на более высокие первоначальные инвестиции.

5 Заключение

Обработка приводным инструментом на швейцарских токарных станках обеспечивает превосходную скорость и точность обработки сложных деталей средней и высокой тиражности (более 500 единиц). Вторичное фрезерование остаётся эффективным для деталей с более простой геометрией или небольших партий. В будущих исследованиях следует изучить динамическую оптимизацию траектории движения приводного инструмента.