انتقال یک محصول از یک مدل سه بعدی دیجیتال به یک جزء فیزیکی یک نقطه عطف مهم برای مهندسان، مخترعان و مدیران خرید است. با این حال، آپلود یک طرح جدید CAD برای اولین بار در یک سازنده اغلب می‌تواند منجر به شوک استیکر شود. از آنجایی که ماشینکاری کنترل عددی کامپیوتری (CNC) یک فرآیند تولید بسیار دقیق و فیزیکی است، هر برش، گوشه و انتخاب مواد مستقیماً بر فاکتور نهایی تأثیر می‌گذارد.
غریزه اولیه برای بسیاری از مبتدیان این است که فرض کنند هزینه های بالا به سادگی یک مانع اجتناب ناپذیر برای ورود برای تولید با کیفیت بالا-است. در واقعیت، هزینه‌های تولید به‌شدت توسط تصمیم‌هایی که در میز تهیه پیش‌نویس گرفته می‌شود، مدت‌ها قبل از اینکه یک ماشین به حیات خود بچرخد، دیکته می‌شود. با بهینه سازی استراتژیک طراحی خود و همکاری موثر با یک سرویس ماشینکاری CNC تجاری، می توانید هزینه های تولید را 30 تا 50 درصد بدون تغییر در عملکرد اصلی قطعه کاهش دهید. این راهنمای جامع مؤثرترین و قابل اجراترین استراتژی‌ها را برای به حداقل رساندن هزینه‌های سفارش ماشینکاری CNC افتتاحیه شما شرح می‌دهد.
طراحی برای ساخت (DFM): بهینه سازی هندسه ها
بزرگترین محرک هزینه های ماشینکاری CNC پیچیدگی هندسی است. هر ویژگی روی یک قطعه نیاز به یک ابزار برش فیزیکی برای عبور از یک مسیر از مواد جامد دارد. اگر دسترسی به یک ویژگی برای یک ابزار دشوار باشد، یا به ابزارهای غیر استاندارد- نیاز داشته باشد، قیمت بالا می رود. طراحی برای ساخت (DFM) عمل طراحی قطعات به گونه ای است که تولید آنها را تا حد امکان آسان-و ارزان-می کند.
1. قانون شعاع داخلی
یکی از رایج ترین اشتباهاتی که مبتدیان مرتکب می شوند، طراحی قطعات با جیب های داخلی کاملا مربع یا گوشه های عمودی 90 درجه است. از آنجایی که ابزارهای فرز CNC سیلندرهای چرخشی هستند (مانند مته ها)، به طور طبیعی هنگام برش، گوشه ای گرد به جا می گذارند که به عنوان فیله شناخته می شود. برای ماشینکاری گوشه داخلی 90 درجه تیز، سازنده باید از عملیات ثانویه تخصصی، آهسته و گران قیمت مانند ماشینکاری تخلیه الکتریکی (EDM) یا برشکاری استفاده کند.
برای به حداقل رساندن هزینه ها، همیشه گوشه های داخلی را با شعاع سخاوتمندانه طراحی کنید. حتی بهتر است، شعاع گوشه داخلی را کمی بزرگتر از شعاع ابزار برشی که انتظار دارید دستگاه استفاده کند، قرار دهید. اگر شعاع ابزاری 3 میلی متر است، شعاع گوشه خود را 3.5 میلی متر می کنید، به ابزار اتاق تنفس می دهد تا بدون اتصال، کاهش سرعت، یا پچ پچ، در گوشه حرکت کند، که زمان چرخه را کاهش می دهد.
2. از جیب های عمیق و دیوارهای نازک خودداری کنید
جیب‌های باریک و عمیق در نرم‌افزار CAD زیبا به نظر می‌رسند، اما در کف مغازه کابوس هستند. برای برش عمیق در یک قطعه مواد، یک دستگاه باید از ابزارهای برش بلند و باریک استفاده کند. این ابزارهای بلند بسیار مستعد انحراف، لرزش و شکستگی فاجعه‌بار هستند. برای جلوگیری از این امر، ماشین‌کارها باید نرخ تغذیه خود را به میزان قابل توجهی کاهش دهند، که باعث افزایش زمان کارکرد دستگاه و در نتیجه هزینه‌های نیروی کار شما می‌شود. به عنوان یک قانون کلی، عمق هر جیب داخلی را به چهار برابر عرض آن محدود کنید.
به طور مشابه، از دیوارهای نازک{0}کاغذی خودداری کنید. هنگام ماشینکاری فلزاتی مانند آلومینیوم، دیوارهای نازک‌تر از 0.8 میلی‌متر (و نازک‌تر از 1.5 میلی‌متر برای پلاستیک‌ها) فاقد استحکام ساختاری هستند. نیروهای فیزیکی اعمال شده توسط ابزار برش باعث می شود که دیوارهای نازک خم شوند، تاب خورده و به هم بخورند و دقت ابعاد و پوشش سطح را از بین ببرند. اطمینان از مقاوم بودن دیوارها، سرعت پردازش را سریع نگه می دارد و نرخ ضایعات را کاهش می دهد.
3. تلرانس های تنگ را به طور عاقلانه اعمال کنید
تلورانس ها تعیین می کنند که یک قطعه چقدر می تواند از ابعاد CAD اسمی خود انحراف داشته باشد. یک دستگاه CNC استاندارد به راحتی می تواند تلورانس پیش فرض مثبت یا منفی 0.125 میلی متر را بدون هیچ تلاش اضافی نگه دارد. با این حال، طراحان اغلب به اشتباه برای هر بعد از طرح خود،{3}}تلرانس‌های بسیار دقیق-مثل مثبت یا منفی 0.005 میلی‌متر{6}} اعمال می‌کنند.
تلورانس‌های سخت نیازمند ابزارهای تخصصی،-دقیق، سرعت‌های برش آهسته‌تر، اندازه‌گیری دستی ثابت توسط تکنسین‌های کنترل کیفیت، و کنترل آب و هوای دقیق در داخل تأسیسات هستند. این تلورانس‌های سخت را دقیقاً روی ویژگی‌های عملکردی اعمال کنید که در آن قطعه با اجزای دیگر تعامل دارد، مانند صندلی‌های یاتاقان یا فشار{2}}پین‌های هم‌ترازی مناسب. برای نمای بیرونی لوازم آرایشی یا سوراخ‌های خالی ساده، از تلورانس‌های تجاری استاندارد استفاده کنید تا از پرداخت هزینه‌های دقیق پرهیز کنید.
انتخاب مواد استراتژیک و اندازه سهام
ماده‌ای که انتخاب می‌کنید به دو صورت متمایز بر قیمت نهایی شما تأثیر می‌گذارد: هزینه خام خود ماده و «رده‌بندی ماشینکاری» آن. ماشینکاری به این اشاره دارد که یک ابزار برش به راحتی می تواند از یک ماده برش بزند.
1. تعادل هزینه خام با قابلیت ماشینکاری
آلیاژهای-با عملکرد بالا مانند تیتانیوم یا اینکونل برای کاربردهای هوافضا و پزشکی ضروری هستند، اما استفاده از آنها برای یک براکت ساده یا یک محفظه تزئینی یک اشتباه گران قیمت است. خرید تیتانیوم به عنوان ماده خام نه تنها پرهزینه است، بلکه سختی بسیار زیاد و رسانایی حرارتی کم آن ابزارهای برش را به سرعت از بین می برد و به حرکات کند ماشین نیاز دارد.
برای اکثریت قریب به اتفاق برنامه ها، آلومینیوم 6061 راه حل نهایی صرفه جویی در هزینه است. این به طور قابل توجهی ارزان است، سبک وزن است، مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد و مانند کره برش می دهد. از آنجایی که آلومینیوم را می توان با سرعت های فوق العاده بالا ماشین کاری کرد، زمان کار دستگاه به حداقل می رسد. اگر برنامه شما به فولاد نیاز دارد، انتخاب یک آلیاژ بسیار قابل ماشین کاری مانند فولاد کم کربن 1018 یا فولاد ضد زنگ 303 به جای فولادهای ابزار دشوارتر باعث صرفه جویی فوری می شود. برای محفظه های غیر ساختاری یا نمونه سازی، تغییر از فلزات به پلاستیک های مهندسی پایدار مانند POM (Delrin) یا ABS می تواند هزینه های مواد را حتی بیشتر کاهش دهد.
2. طراحی حول اندازه سهام استاندارد
مواد اولیه در ضخامت‌های صفحه، قطر میله‌ها و اندازه‌های بلوک استاندارد،-تولید انبوه به ماشین‌فروشی‌ها تحویل داده می‌شوند. اگر قطعه تمام شده شما دارای ضخامت 26 میلی‌متر است، ماشین‌فروشی باید یک صفحه استاندارد با ضخامت 30{4}} میلی‌متر بخرد و زمان با ارزش دستگاه را صرف کندن 4 میلی‌متر فلز کاملاً خوب کند تا بلوک خام به اندازه برسد.
قبل از نهایی کردن طرح خود، ابعاد استاندارد مواد استوک صنعتی را بررسی کنید. ضخامت قطعه خود را کمی تغییر دهید تا کاملاً با اندازه استاندارد--قفسه (مانند 25 میلی متر یا 1 اینچ) مطابقت داشته باشد، نیاز به عملیات آسیاب صورت را از بین می برد و ضایعات مواد اولیه و ساعات کار ماشین را کاهش می دهد.
به حداقل رساندن تنظیمات و پیچیدگی دستگاه
هنگامی که یک دستگاه CNC برش یک طرف یک قطعه را به پایان می رساند، دستگاه باید متوقف شود، درها باید باز شوند، و یک تکنسین باید به صورت دستی قطعه را باز کند، آن را برگرداند و دوباره آن را تراز کند تا سطوح باقی مانده را برش دهد. هر بار که یک قسمت تغییر مکان می دهد، یک "راه اندازی" جدید در نظر گرفته می شود.
1. قیمت بالای تنظیمات چندگانه
نصب ها دشمن پنهان ماشینکاری CNC مقرون به صرفه هستند. یک قطعه واحد که برای ماشینکاری تمام سوراخ ها و جیب هایش به پنج جهت مختلف نیاز دارد، نیاز به پنج تنظیم فیزیکی جداگانه دارد. این بدان معناست که ماشین‌کار باید برای هر زاویه، وسایل یا فک‌های سفارشی بسازد و پنج بار جداگانه مختصات صفر دستگاه را دوباره کالیبره کند. کار مورد نیاز برای راه‌اندازی اغلب زمان برش واقعی را برای سفارش‌های با حجم کم کم می‌کند.
برای پایین نگه داشتن هزینه ها، قطعات خود را با ویژگی هایی طراحی کنید که تا حد امکان در جهت های کمتری قرار دارند. در حالت ایده‌آل، سعی کنید تمام جیب‌ها، سوراخ‌ها و شکاف‌ها را جهت‌گیری کنید تا بتوان به همه آنها از یک جهت (یک راه‌اندازی) یا حداکثر از دو طرف مقابل دسترسی داشت. اگر یک قطعه کاملاً به ویژگی‌هایی در چندین طرف نیاز دارد، یک جزء بسیار پیچیده را به دو قطعه ساده‌تر تقسیم کنید که بعداً به راحتی به یکدیگر متصل شوند.
2. سوراخ های رزوه ای و ویژگی های داخلی را استاندارد کنید
اگر طرح شما دارای پنج اندازه مختلف سوراخ رزوه ای است (مانند M3، M4، M5، M6 و M8)، دستگاه CNC باید برای هر تغییر اندازه یک تغییر ابزار را انجام دهد. ماشین باید مسیر برش خود را متوقف کند، به چرخ و فلک ابزار بازگردد، ابزار را عوض کند، ارتفاع آن را دوباره-تأیید کند، و به قطعه برگردد.
با استاندارد کردن همه ویژگی‌های داخلی{0}}مانند ساختن هر سوراخ رزوه‌شده در قسمت شما به اندازه یکنواخت M4-ماشین می‌تواند با استفاده از ابزارهای مشابه، تمام سوراخ‌ها را متوالی سوراخ کند و ضربه بزند. به حداقل رساندن تغییرات ابزار، کارایی دستگاه را به حداکثر می‌رساند و تراشه‌ها را با هزینه نهایی حذف می‌کند.
سفارش لجستیک و همکاری فروشنده
طراحی فیزیکی قطعه تنها نیمی از معادله هزینه است. نحوه مدیریت فرآیند خرید، مقیاس حجم و تدارکات نقشی به همان اندازه در هزینه نهایی شما دارد.
1. صرفه جویی در مقیاس
ماشینکاری CNC دارای ساختار هزینه‌ای-در جلو است. برنامه نویسی کد G- و تنظیم تجهیزات فیزیکی ماشین به همان میزان زمان نیاز دارد، چه یک قطعه یا یک هزار قطعه سفارش دهید. اگر یک مغازه 300 دلار برای کار راه اندازی و 10 دلار برای ماشینکاری واقعی قطعه دریافت کند، سفارش یک نمونه اولیه منجر به هزینه 310 دلاری واحد می شود. با این حال، اگر 50 قطعه سفارش دهید، این هزینه نصب 300 دلاری در کل دسته توزیع می‌شود و هزینه هر واحد شما را به تنها 16 دلار کاهش می‌دهد.
در صورت امکان، سعی کنید از سفارش نمونه‌های اولیه و مجزا خودداری کنید، اگر می‌دانید تولید بزرگ‌تری قریب‌الوقوع است. ترکیب مراحل آزمایش یا سفارش یک دسته آزمایش اولیه کمی بزرگتر می تواند اساساً قابلیت مالی پروژه را تغییر دهد.
2. در مورد پایان های آرایشی سطحی تجدید نظر کنید
مگر اینکه قطعه شما برای یک محصول مصرفی بسیار قابل مشاهده یا یک محیط خورنده خشن باشد، در اولین سفارش خود از مشخص کردن روکش‌های زیبایی شناسی ممتاز مانند آنودایز رنگی سفارشی، پولیش{0}}براق بالا یا پوشش پودری خودداری کنید.
روکش استاندارد "به عنوان-ماشین کاری شده" که دارای علائم جزئی ابزار از تیغه های برش است، برای براکت ها، مکانیسم های داخلی و اجزای صنعتی کاملاً کاربردی و از نظر ساختاری مناسب است. اگر بدون صرف هزینه گزافی به ظاهری تمیزتر نیاز دارید، انتخاب مهره‌ای ساده و خودکار-علامت‌های ابزار را پنهان می‌کند و ظاهری مات یکنواخت را با کسری از هزینه پرداخت دستی یا آبکاری شیمیایی ارائه می‌کند.
3. در همکاری اولیه با تامین کنندگان شرکت کنید
بهترین راه برای تضمین اجرای مقرون به صرفه{0}}این است که با سازنده خود به عنوان یک شریک مشارکتی رفتار کنید تا یک فروشنده کور. هنگام آپلود فایل های خود در یک سرویس ماشینکاری CNC معتبر، صریحاً گزارش بازخورد DFM را در کنار قیمت اولیه خود درخواست کنید.
ماشین‌کاران صنعتی سال‌ها تجربه دارند-و می‌توانند فرصت‌های صرفه‌جویی در هزینه‌های ظریف- را که روی مانیتور رایانه قابل مشاهده نیستند، تشخیص دهند. آنها می توانند به سرعت به یک جیب خاص اشاره کنند که می تواند برای جا دادن یک ابزار استاندارد باز شود، یا یک نخ داخلی که می تواند برای جلوگیری از شکستن ابزار کوتاه شود را یادداشت کنند. اجرای پیشنهادات آنها قبل از کلیک بر روی "سفارش" اجرای یکنواخت و بسیار مقرون به صرفه تولید را تضمین می کند.
نتیجه گیری
کاهش هزینه ها در اولین سفارش ماشینکاری CNC شما نیازی به مصالحه در یکپارچگی ساختاری یا عملکرد محصول خود ندارد. در عوض، نیاز به تغییر ذهنیت از طراحی انتزاعی به سمت قابلیت ساخت عملی دارد. با اجتناب از جیب های عمیق، به حداکثر رساندن شعاع داخلی، چسبیدن به اندازه های استاندارد و به حداقل رساندن تعداد دفعاتی که یک قطعه باید در داخل دستگاه چرخانده شود، شما مستقیماً محرک های اصلی سربار تولید را از بین می برید.
وقتی با یک استراتژی تدارکات هوشمند-مثل ادغام اندازه ابزار، استفاده از اندازه دسته‌ای و حفظ ارتباط شفاف با ارائه‌دهنده تولید خود مرتبط می‌شوید-می‌توانید با اطمینان در فرآیند نقل‌قول با کارایی مالی پیمایش کنید. پذیرش این اصول طراحی و تدارکات تضمین می کند که اولین سرمایه گذاری شما در تولید دقیق خودکار نه تنها یک موفقیت فنی، بلکه یک موفقیت مالی نیز هست.
