Prijelaz proizvoda s digitalnog 3D modela na fizičku komponentu velika je prekretnica za inženjere, izumitelje i menadžere nabave. Međutim, učitavanje novonastalog CAD dizajna proizvođaču po prvi put često može rezultirati šokom od naljepnice. Budući da je strojna obrada s računalnim numeričkim upravljanjem (CNC) vrlo precizan, vrlo fizički subtraktivan proizvodni proces, svaki rez, kut i izbor materijala izravno utječu na konačnu fakturu.
Početni instinkt za mnoge početnike je pretpostaviti da su visoki troškovi jednostavno neizbježna prepreka za ulazak u visoko-kvalitetnu proizvodnju. U stvarnosti, troškovi proizvodnje uvelike su diktirani odlukama koje se donose za stolom za crtanje mnogo prije nego što se stroj uopće okrene. Strateškim optimiziranjem vašeg dizajna i učinkovitom suradnjom s komercijalnom uslugom CNC strojne obrade, potpuno je moguće smanjiti proizvodne troškove za 30% do 50% bez mijenjanja temeljne funkcionalnosti vaše komponente. Ovaj sveobuhvatni vodič detaljno opisuje najučinkovitije, djelotvorne strategije za smanjivanje troškova vaše prve narudžbe CNC strojne obrade.
Dizajn za proizvodnju (DFM): Optimiziranje geometrija
Najveći pojedinačni pokretač troškova CNC obrade je geometrijska složenost. Svaka značajka na dijelu zahtijeva fizički alat za rezanje kako bi prešao put kroz čvrsti materijal. Ako je značajka teško dostupna alatu ili zahtijeva ne-standardne alate, cijena raste. Dizajn za proizvodnju (DFM) je praksa dizajniranja dijelova na način koji ih čini što jednostavnijim-i jeftiniji-za proizvodnju.
1. Pravilo unutarnjeg radijusa
Jedna od najčešćih pogrešaka početnika je projektiranje dijelova sa savršeno kvadratnim unutarnjim džepovima ili okomitim kutovima od 90 stupnjeva. Budući da su CNC alati za glodanje okrugli rotirajući cilindri (poput svrdla), oni prirodno ostavljaju iza sebe zaobljeni kut, poznat kao zaokruživanje, dok režu. Za obradu oštrog unutarnjeg kuta od 90 stupnjeva, proizvođač mora koristiti specijalizirane, spore i skupe sekundarne operacije kao što je obrada električnim pražnjenjem (EDM) ili provlačenje.
Kako biste smanjili troškove, uvijek dizajnirajte unutarnje kutove velikog radijusa. Još bolje, polumjer unutarnjeg kuta neka bude malo veći od polumjera alata za rezanje koji očekujete da će stroj koristiti. Ako alat ima radijus od 3 milimetra, radijus kuta od 3,5 milimetara daje alatu prostora za navigaciju kutom bez zapinjanja, usporavanja ili klepetanja, što smanjuje vrijeme ciklusa.
2. Izbjegavajte duboke džepove i tanke stijenke
Duboki, uski džepovi izgledaju elegantno u CAD softveru, ali su noćna mora u radnji. Za duboko rezanje u blok materijala, stroj mora koristiti duge, vitke alate za rezanje. Ovi dugački alati vrlo su osjetljivi na deformacije, vibracije i katastrofalne lomove. Kako bi to spriječili, strojari moraju znatno usporiti svoje brzine napredovanja, što povećava vrijeme rada stroja i, posljedično, vaše troškove rada. Kao opće pravilo, ograničite dubinu bilo kojeg unutarnjeg džepa na četiri puta njegovu širinu.
Slično tome, izbjegavajte papir{0}}tanke zidove. Kod strojne obrade metala poput aluminija, stijenke tanje od 0,8 milimetara (i tanje od 1,5 milimetara za plastiku) nemaju strukturnu krutost. Fizičke sile kojima djeluje alat za rezanje uzrokovat će savijanje, iskrivljenje i tresenje tankih stijenki, uništavajući točnost dimenzija i završnu obradu površine. Osiguravanje robusnosti zidova održava visoku brzinu obrade i smanjuje stopu otpada.
3. Razborito primijenite uske tolerancije
Tolerancije određuju koliko odstupanja dio može imati od svojih nominalnih CAD dimenzija. Standardni CNC stroj može lako držati zadanu toleranciju od plus ili minus 0,125 milimetara bez dodatnog napora. Međutim, dizajneri često pogrešno primjenjuju hiper{3}}stroge tolerancije-kao što je plus ili minus 0,005 milimetara-na svaku pojedinačnu dimenziju na svom nacrtu.
Uske tolerancije zahtijevaju specijalizirani, ultra{0}}precizan alat, manje brzine rezanja, stalna ručna mjerenja od strane tehničara za kontrolu kvalitete i rigoroznu kontrolu klime unutar objekta. Primijenite ove uske tolerancije striktno na funkcionalne značajke gdje je dio u interakciji s drugom komponentom, kao što su sjedišta ležajeva ili igle za-prilagodbu poravnanja. Za kozmetičke vanjske površine ili jednostavne otvore koristite standardne komercijalne tolerancije kako biste izbjegli plaćanje velike premije za preciznost.
Odabir strateškog materijala i veličine zaliha
Materijal koji odaberete utječe na vašu krajnju vrijednost na dva različita načina: na sirovu cijenu samog materijala i njegovu "ocjenu obradivosti". Obradivost se odnosi na to koliko lako alat za rezanje može prorezati tvar.
1. Uravnotežite sirovi trošak s obradivošću
-Legura visokih performansi poput titana ili inconela bitna je za zrakoplovnu i medicinsku primjenu, ali njihova upotreba za jednostavan nosač ili ukrasno kućište skupa je pogreška. Titan nije samo skup za kupnju kao sirovinu, već njegova ekstremna tvrdoća i niska toplinska vodljivost brzo uništavaju alate za rezanje i zahtijevaju spore pokrete stroja.
Za veliku većinu primjena, aluminij 6061 je krajnje rješenje za-uštedu troškova. Nevjerojatno je jeftin, lagan, ima izvrsnu otpornost na koroziju i reže kao puter. Budući da se aluminij može obrađivati nevjerojatno velikim brzinama, vrijeme rada stroja je minimalizirano. Ako vaša primjena zahtijeva čelik, odabir legure s visokom obradivošću kao što je niskougljični čelik 1018 ili nehrđajući čelik 303 umjesto složenijih alatnih čelika rezultirat će trenutnim uštedama. Za ne-strukturalna kućišta ili izradu prototipova, prelazak s metala na stabilnu inženjersku plastiku kao što je POM (Delrin) ili ABS može dodatno smanjiti troškove materijala.
2. Dizajn oko standardnih veličina zaliha
Sirovine se isporučuju u tvornice strojeva u standardnim, masovno{0}}proizvedenim debljinama ploča, promjerima šipki i veličinama blokova. Ako vaš gotovi dio ima debljinu od 26 milimetara, strojarska radionica mora kupiti standardnu ploču debljine 30-milimetara i potrošiti dragocjeno vrijeme stroja na glodanje 4 milimetra savršeno dobrog metala samo da bi se sirovi blok smanjio na potrebnu veličinu.
Prije dovršetka dizajna, pregledajte standardne dimenzije industrijskog materijala. Lagana promjena debljine vašeg dijela kako bi savršeno odgovarala standardnoj, --veličini ploče s polica (kao što je 25 milimetara ili 1 inč) eliminira potrebu za operacijama čeonog glodanja, smanjujući i otpad od sirovina i radne sate stroja.
Minimiziranje postavki stroja i složenosti učvršćenja
Kada CNC stroj završi s rezanjem jedne strane dijela, stroj se mora zaustaviti, vrata se moraju otvoriti, a tehničar mora ručno otkopčati dio, okrenuti ga i ponovno poravnati kako bi izrezao preostale površine. Svaki put kada se dio premjesti, smatra se novom "postavom".
1. Visoka cijena višestrukih postavki
Postavke su skriveni neprijatelj pristupačne CNC obrade. Jedan dio koji zahtijeva pet različitih orijentacija za obradu svih svojih rupa i džepova zahtijeva pet zasebnih fizičkih postavki. To znači da strojar mora izraditi prilagođene učvršćivače ili čeljusti za svaki kut i ponovno-kalibrirati nulte koordinate stroja pet odvojenih puta. Rad potreban za postavljanje često je manji od stvarnog vremena rezanja za male-narudžbe.
Kako biste održali niske troškove, dizajnirajte svoje dijelove sa značajkama koje su okrenute uz što je moguće manje smjerova. U idealnom slučaju, pokušajte sve džepove, rupe i utore usmjeriti tako da se do njih može doći iz istog smjera (jedna postavka) ili najviše s dvije suprotne strane. Ako dio apsolutno zahtijeva značajke na više strana, razmislite o dijeljenju jedne vrlo složene komponente u dva jednostavnija dijela koji se kasnije mogu jednostavno spojiti.
2. Standardizirajte rupe s navojem i unutarnje značajke
Ako vaš dizajn uključuje pet različitih veličina rupa s navojem (npr. M3, M4, M5, M6 i M8), CNC stroj mora izvršiti promjenu alata za svaku pojedinačnu varijaciju veličine. Stroj mora zaustaviti svoju putanju rezanja, vratiti se na vrtuljak alata, zamijeniti alat, ponovno -provjeriti njegovu visinu i vratiti se na dio.
Standardizacijom svih unutarnjih značajki-kao što je izrada svake pojedine rupe s navojem na vašem dijelu jedinstvene veličine M4-stroj može bušiti i urezivati sve rupe uzastopce koristeći potpuno iste alate. Minimiziranje izmjena alata povećava učinkovitost stroja i odstranjuje strugotinu po konačnoj cijeni.
Logistika naručivanja i suradnja s dobavljačima
Fizički dizajn dijela samo je polovica jednadžbe troškova; način na koji upravljate procesom nabave, obujmom i logistikom igra jednako važnu ulogu u vašim konačnim izdacima.
1. Iskoristite ekonomiju razmjera
CNC obrada ima početnu -strukturu troškova. Programiranje G-koda i postavljanje fizičkih uređaja stroja traje jednako bez obzira naručujete li jedan komad ili tisuću komada. Ako trgovina naplaćuje 300 USD za rad na postavljanju i 10 USD za stvarnu strojnu obradu dijela, narudžba jednog prototipa rezultira nevjerojatnim jediničnim troškom od 310 USD. Međutim, ako naručite 50 komada, tih 300 USD naknade za postavljanje raspoređuje se na cijelu seriju, spuštajući vašu-jediničnu cijenu na samo 16 USD.
Kad god je to moguće, pokušajte izbjeći naručivanje pojedinačnih, izoliranih prototipova ako znate da je veća proizvodna serija neizbježna. Kombiniranje vaših faza testiranja ili naručivanje malo veće početne testne serije može iz temelja promijeniti financijsku održivost projekta.
2. Ponovno razmislite o kozmetičkim završnim obradama površina
Osim ako je vaš dio namijenjen vrlo vidljivom potrošačkom proizvodu ili u oštrom korozivnom okruženju, izbjegavajte navođenje vrhunskih estetskih završnih obrada kao što su eloksiranje u boji po narudžbi, poliranje visokog-sjaja ili premazivanje prahom pri prvoj narudžbi.
Standardna završna obrada "kao -obrađena", koja sadrži manje tragove alata od reznih oštrica, savršeno je funkcionalna i strukturno zdrava za nosače, unutarnje mehanizme i industrijske komponente. Ako vam je potreban čistiji izgled bez trošenja bogatstva, odlučite se za jednostavnu, automatiziranu završnu-pjeskarenje sakriti ćete tragove alata i pružiti ujednačen mat izgled uz djelić cijene ručnog poliranja ili kemijskog nanošenja.
3. Uključite se u ranu suradnju s dobavljačima
Apsolutno najbolji način da zajamčite tro-učinkovit rad je tretirati svog proizvođača kao partnera za suradnju, a ne kao slijepog dobavljača. Kada učitavate svoje datoteke u uglednu uslugu CNC strojne obrade, izričito zatražite DFM izvješće s povratnim informacijama uz svoju početnu ponudu.
Industrijski strojari posjeduju godine praktičnog-iskustva i mogu uočiti suptilne mogućnosti-uštede troškova koje su nevidljive na monitoru računala. Oni mogu brzo ukazati na određeni džep koji se može proširiti kako bi odgovarao standardnom alatu ili primijetiti unutarnji navoj koji se može skratiti kako bi se spriječilo lomljenje alata. Primjena njihovih prijedloga prije klika na "naruči" osigurava glatku, vrlo ekonomičnu proizvodnju.
Zaključak
Smanjenje troškova vaše prve narudžbe CNC strojne obrade ne zahtijeva od vas kompromis u pogledu strukturalnog integriteta ili performansi vašeg proizvoda. Umjesto toga, zahtijeva promjenu načina razmišljanja od apstraktnog dizajna prema praktičnoj proizvodnosti. Izbjegavanjem dubokih džepova, maksimiziranjem unutarnjih radijusa, pridržavanjem standardnih veličina zaliha i smanjenjem broja okretanja dijela unutar stroja na minimum, izravno uklanjate primarne pokretače troškova proizvodnje.
U kombinaciji s pametnom strategijom nabave-kao što je konsolidacija veličina alata, iskorištavanje veličina serija i održavanje transparentne komunikacije sa svojim dobavljačem proizvodnje-možete s pouzdanjem upravljati postupkom ponude uz fiskalnu učinkovitost. Prihvaćanje ovih načela dizajna i logistike osigurava da vaš prvi pothvat u automatiziranu preciznu proizvodnju nije samo tehnički uspjeh, već i financijski.
