Các chi tiết kim loại hàng không vũ trụ được gia công chính xác bằng phương pháp phay, tiện và tiện-phay đa chức năng, được trưng bày trên bàn kiểm tra phía trước một dây chuyền máy công cụ CNC tiên tiến tại Thâm Quyến, Trung Quốc.
Sự lựa chọn giữaGia công phay CNC,Gia công tiện CNC, VàGia công đa nhiệm tiện-phayKích thước được xác định bởi hình dạng hình học, tính đối xứng quay, yêu cầu dung sai và khối lượng sản xuất của chi tiết:
1.Gia công phay CNC (Phôi cố định, dao quay):Tốt nhất chocác bộ phận hình lăng trụ, khối vuông, không đối xứng trục(vỏ thiết bị điện tử, ống góp thủy lực, giá đỡ, tấm khuôn). Gia công phay 3 trục đến 5 trục xử lý các đường viền bề mặt 3D phức tạp, các hốc sâu và các mặt phẳng với dung sai xuống đến ±0,010 mm (±0,0004"). Tuy nhiên, phay các trục trụ chậm hơn và tạo ra độ tròn kém hơn so với tiện.
2.Gia công tiện CNC (Phôi quay, dao cố định):Tốt nhất chocác bộ phận hình trụ, quay, đối xứng trục(Trục chính xác, chốt, bạc lót, ốc vít, phụ kiện). Do dụng cụ cắt một điểm cắt kim loại liên tục trong khi phôi quay với tốc độ lên đến 6.000 vòng/phút, quá trình tiện mang lại độ tròn vượt trội (≤0,003 mm / 0,0001"), độ đồng tâm tuyệt vời và bề mặt hoàn thiện mịn (Ra 0,4 µm đến 0,8 µm) với chi phí máy mỗi giờ thấp nhất.
3.Gia công tiện phay đa nhiệm (Phôi và dụng cụ cùng quay trên nhiều trục chính):Tốt nhất chocác thành phần lai phức tạpYêu cầu cả gia công tiện quay và phay lệch trục (ống dẫn chất lỏng hàng không vũ trụ, ốc vít xương, trục cam lệch tâm, vỏ khớp robot). Bằng cách kết hợp trục chính tiện mô-men xoắn cao (trục C), tháp dao dẫn động, đầu phay trục B khớp nối và trục phụ đồng bộ, máy tiện phay hoàn thành toàn bộ chi tiết chỉ trong một lần thiết lập duy nhất."Hoàn thành trong một lần"Mô hình sản xuất này loại bỏ hoàn toàn việc sắp xếp lại chi tiết thủ công, tránh các lỗi xếp chồng mẫu (độ đồng tâm được duy trì trong phạm vi ±0,005 mm / ±0,0002") và giảm tổng thời gian sản xuất từ 40% đến 70%.
Tại HONSCN Precision ở Thâm Quyến, Trung Quốc, hơn 20 năm kinh nghiệm sản xuất của chúng tôi cho thấy rằng:Gia công chi tiết hỗn hợp trên các máy tiện và máy phay riêng biệt làm tăng tổng chi phí đơn vị từ 35% đến 50% và tăng nguy cơ phế phẩm lên gấp ba lần.so với việc vận hành nó trên một trung tâm gia công tiện đa nhiệm hiện đại.
Để lựa chọn phương án sản xuất tiết kiệm chi phí nhất, các kỹ sư thiết kế cơ khí phải hiểu rõ những khác biệt cơ bản về vật lý và động học giữa ba cấu hình máy công cụ:
Trong gia công phay CNC, phôi thô được kẹp chắc chắn trong ê tô cơ khí, đồ gá hút chân không hoặc giá đỡ phôi trên bàn máy. Phôi gia công được giữ cố định so với hệ tọa độ của nó, trong khi dụng cụ cắt hình trụ (dao phay ngón, dao phay mặt, dao phay cầu) quay với tốc độ cao (6.000 đến 24.000 vòng/phút) dọc theo trục chính (trục Z).
Dao phay mặt carbide tốc độ cao đang gia công chính xác khối van thủy lực hình lăng trụ bằng nhôm 6061-T6 trên trung tâm gia công đứng CNC.
Trong gia công tiện CNC, mối quan hệ động học bị đảo ngược: thanh hình trụ hoặc phôi đã cắt sẵn được kẹp trong mâm cặp (hoặc kẹp giữ) khí nén hoặc thủy lực có độ chính xác cao và quay với tốc độ cao quanh trục chính của máy (trục Z). Một mảnh dao cắt cacbua đơn điểm cố định được đưa vào phôi đang quay dọc theo trục X (kiểm soát đường kính) và trục Z (kiểm soát chiều dài).
Trục quay bậc thang bằng thép tôi cứng 4140 được kẹp chặt trong mâm cặp 3 chấu với trục chính gia công hướng tâm bằng động cơ, cắt rãnh then và lỗ ngang.
Các trung tâm gia công đa chức năng tiện-phay (như DMG MORI NTX, Mazak Integrex và Okuma MULTUS) tích hợp đầy đủ khả năng tiện và phay 5 trục vào một thiết bị duy nhất.
|
Thông số kỹ thuật |
Gia công phay CNC tiêu chuẩn (3 đến 5 trục) |
Gia công tiện CNC tiêu chuẩn (máy tiện 2 trục) |
Gia công tiện phay đa nhiệm nâng cao |
|
Chuyển động của phôi |
Cố định (được kẹp vào bàn/bia mộ) |
Quay tốc độ cao (500–6.000 vòng/phút) |
Xoay toàn phần + định vị trục C (0,0001°) |
|
Chuyển động của dụng cụ cắt |
Quay tốc độ cao (6.000–24.000 vòng/phút) |
Chèn một điểm cố định |
Các mảnh dao tiện cố định + dụng cụ dẫn động tốc độ 12.000+ vòng/phút |
|
Trục chuyển động chính |
X, Y, Z (tuyến tính) + A, B, C (bàn xoay) |
X (đường kính) và Z (chiều dài) |
X, Y, Z, C (trục chính/trục phụ) + B (đầu phay) |
|
Hành động cắt |
Cắt gián đoạn (va đập dụng cụ theo chu kỳ) |
Cắt liên tục (tải phoi không đổi) |
Kết hợp liền mạch (liên tục + gián đoạn) |
|
Phù hợp hình học tốt nhất |
Hình lăng trụ, hình lập phương, phẳng, hình dạng tự do 3D |
Hình trụ, quay, đối xứng trục |
Thân máy đối xứng trục với gia công phay lệch trục phức tạp. |
|
Độ tròn điển hình (Đường kính ngoài/Đường kính trong) |
Từ 0,010 mm đến 0,025 mm (nội suy) |
0,002 mm đến 0,005 mm (gia công tiện) |
0,003 mm đến 0,005 mm (gia công tiện) |
|
Hoàn thiện bề mặt điển hình |
Ra 0,8 µm đến 1,6 µm (32–63 µin) |
Ra 0,4 µm đến 0,8 µm (16–32 µin) |
Ra 0,4 µm đến 0,8 µm (16–32 µin) |
|
Cần có các thiết lập phụ |
2 đến 4 cách thiết lập cho các bộ phận 6 cạnh |
2 cấu hình (OP10 phía trước, OP20 phía sau) |
1 lần lắp đặt ("Hoàn thành trong một bước" cả mặt trước và mặt sau) |
Việc lựa chọn cấu trúc máy công cụ không phù hợp sẽ dẫn đến thời gian chu kỳ tăng cao, các đồ gá tùy chỉnh đắt tiền và độ chính xác GD&T bị ảnh hưởng.
Nếu hình dạng hình học chính của một chi tiết được giới hạn bởi các mặt phẳng hình chữ nhật, các hốc và các mặt bích lắp đặt với ít hơn 20% các chi tiết hình trụ, thì nó phù hợp với máy phay CNC.
Nếu mặt cắt ngang của một chi tiết có hình tròn và có thể được tạo ra hoàn toàn bằng cách quay chi tiết đó so với các dụng cụ cố định, thì việc gia công nó trên máy phay CNC sẽ là một thảm họa kinh tế.
Bất cứ khi nào một chi tiết hình trụ cần các thao tác gia công phụ không phải hình trụ (chẳng hạn như lỗ khoan ngang, mặt phẳng lục giác được phay, rãnh then, cam lệch tâm hoặc cổng van góc cạnh), phương pháp truyền thống yêu cầu hai máy riêng biệt:
Quy trình làm việc sử dụng hai máy này là nơi mà chất thải sản xuất và các lỗi về chất lượng gia tăng.Gia công đa nhiệm tiện và phay kết hợp cả hai hoạt động thành một chu trình liên tục duy nhất.
|
Đặc điểm hình học |
Máy phay CNC tiêu chuẩn |
Máy tiện CNC tiêu chuẩn |
Gia công đa nhiệm tiện-phay |
Thực hành tốt nhất được khuyến nghị |
|
Các mặt phẳng lớn |
Tối ưu |
Khó (chỉ đối mặt) |
Xuất sắc (Máy phay mặt trục Y) |
Máy phay hoặc máy tiện |
|
Gia công tiện chính xác cao đường kính ngoài/trong |
Kém (nội suy) |
Tối ưu |
Tối ưu |
Tiện hoặc Tiện phay |
|
Các ngăn bên trong hình chữ nhật sâu |
Tối ưu |
Không thể nào |
Xuất sắc (dao phay đầu có động cơ) |
Máy phay hoặc máy tiện |
|
Lỗ xuyên tâm trên đường kính ngoài |
Yêu cầu chỉ số trục thứ 4 |
Không thể (cần công cụ trực tiếp) |
Tối ưu (máy khoan dẫn động) |
Máy tiện phay trục C |
|
Cổng góc cạnh (Góc phức hợp) |
Yêu cầu máy phay 5 trục |
Không thể nào |
Tối ưu (xoay trục B) |
Máy phay 5 trục hoặc máy tiện phay trục B |
|
Lục giác ngoài / Mặt phẳng vặn cờ lê |
Vừa phải |
Không thể nào |
Tối ưu (phay đa giác) |
Máy tiện phay trục C |
|
Đầu hình trụ có ren |
Mức độ vừa phải (máy chạy bộ) |
Nhanh (điểm đơn) |
Nhanh (điểm đơn) |
Tiện hoặc Tiện phay |
|
Chốt lệch tâm / Hồ sơ cam |
Khó (chậm) |
Yêu cầu mâm cặp 4 chấu điều khiển bằng tay. |
Tối ưu (nội suy cực) |
Đa nhiệm tiện-phay |
Trung tâm tiện phay đa chức năng cao cấp với đầu phay trục B và hai trục chính đồng bộ, gia công khớp nối thủy lực phức tạp trong ngành hàng không vũ trụ.
Khi đánh giá báo giá gia công, người mua thiếu kinh nghiệm thường so sánh giá thuê trục chính máy móc tại các xưởng gia công:
Thoạt nhìn, người mua có thể kết luận: *"Máy tiện phay có giá thành mỗi giờ gấp đôi. Chắc chắn sẽ rẻ hơn nếu gia công chi tiết của tôi trên máy tiện tiêu chuẩn, sau đó chuyển sang máy phay 3 trục."*
Trong sản xuất chính xác thực tế,Lý luận này hoàn toàn sai.Chi phí vận hành trục chính theo giờ chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng chi phí sản xuất. Các yếu tố thực sự ảnh hưởng đến chi phí là...Chi phí nhân công thiết lập, khấu hao đồ gá, thời gian chờ hàng tồn kho (WIP) và tỷ lệ phế phẩm do lỗi định vị lại kẹp phôi..
1.Chi phí trang thiết bị chuyên dụng (từ 300 đến 1.200 đô la):Việc di chuyển một chi tiết đã được gia công một phần đến máy phay đòi hỏi phải có các kẹp mềm hoặc khối định vị collet được phay tùy chỉnh để giữ thân hình trụ mà không làm vỡ hoặc trầy xước bề mặt đã hoàn thiện.
2.Tích lũy dung sai chuyển đổi dữ liệu:Mỗi lần người vận hành tháo kẹp một chi tiết và kẹp lại nó trên một máy khác, độ đồng tâm và độ vuông góc giữa trục tiện và các lỗ phay sẽ bị suy giảm.0,020 mm đến 0,050 mm (0,0008" đến 0,0020").
3.Thời gian chờ và thời gian sản xuất tại nhà máy:Trong một xưởng gia công bận rộn, việc chuyển một lô sản phẩm từ bộ phận tiện sang bộ phận phay sẽ gây ra thời gian vận chuyển và xếp hàng chờ từ 3 đến 5 ngày trong khi chờ trục phay trống.
4.Hệ số nhân phế liệu:Nếu công đoạn 10 (tiện) có tỷ lệ lỗi 1,5% và công đoạn 20 (phay) có tỷ lệ lỗi 2,5%, thì tổng lượng phế phẩm tích lũy sẽ lên tới 4,0%. Tệ hơn nữa, bất kỳ sai sót nào xảy ra trong công đoạn 20 đều phá hủy giá trị đã đầu tư vào công đoạn 10!
Để minh họa tác động tài chính thực tế, hãy xem xét một trục van thủy lực hàng không vũ trụ thực tế được sản xuất tại nhà máy Thâm Quyến của chúng tôi (trục tiện với 6 ổ trục, 4 lỗ dầu xuyên tâm khoan chéo và 2 mặt phẳng phay):
|
Yếu tố chi phí |
Gia công chia tuyến truyền thống (Máy tiện + Máy phay 4 trục) |
Tuyến đường đa nhiệm tiện-phay (HONSCN "Hoàn thành trong một lần") |
Chênh lệch chi phí ròng và lợi ích |
|
Số lần thiết lập máy |
3 cấu hình riêng biệt (Máy tiện OP10, OP20 + Máy phay OP30) |
Chỉ cần 1 lần thiết lập duy nhất (Hoàn thành trong một bước) |
Loại bỏ 2 lần thiết lập máy hoàn chỉnh. |
|
Đầu tư vào trang thiết bị tùy chỉnh |
650 đô la (bộ kẹp mềm tiện tùy chỉnh + đồ gá phay) |
$0 (mâm cặp thủy lực tiêu chuẩn & trục phụ) |
Tiết kiệm chi phí dụng cụ ban đầu 650 đô la. |
|
Thời gian chu kỳ gia công |
Tổng cộng 16,5 phút trên cả hai máy. |
Tổng thời gian 8,2 phút (chế độ chồng chéo trục chính kép) |
Giảm thời gian chu kỳ 50,3% |
|
Công lao động thiết lập và lập trình |
5,5 giờ sử dụng trên hai máy ($275) |
3,5 giờ tại trung tâm tiện phay ($260) |
Tiết kiệm được 15 đô la chi phí nhân công |
|
Chi phí gia công theo lô (250 chiếc) |
18,50 đô la mỗi đơn vị (tổng cộng 4.625 đô la) |
12,20 đô la mỗi đơn vị (tổng cộng 3.050 đô la) |
Tiết kiệm được $1,575 mỗi lô (-34%) |
|
Tỷ lệ phế phẩm (Sai số dữ liệu) |
3,2% (8 chi tiết bị loại bỏ do độ lệch tâm > 0,015 mm) |
0,4% (1 chi tiết bị loại bỏ do dụng cụ bị mòn) |
7 chi tiết được cứu khỏi phế liệu (129 đô la) |
|
Tổng thời gian sản xuất tại nhà máy |
12 ngày làm việc (thời gian vận chuyển bằng máy + thời gian chờ) |
4 ngày làm việc (vận chuyển trực tiếp bằng máy cấp liệu) |
Giao hàng nhanh hơn 66% |
Ba chi tiết kim loại chính xác trên tấm đá granit đen dùng để kiểm tra, so sánh khối phay hình lăng trụ, trục bậc thang tiện và chi tiết tiện-phay lai với thước đo micromet.
Hãy đối chiếu bản vẽ kỹ thuật của chi tiết với ma trận lựa chọn sản xuất chính xác này:
|
Đặc điểm chính của bộ phận |
Quy trình CNC được đề xuất |
Loại máy công cụ chính |
Lý do vận hành chính |
|
Khối lăng trụ/khối lập phương có các mặt phẳng, đường viền 3D, không có trục tròn trung tâm. |
Gia công phay CNC |
Máy phay CNC 3 trục hoặc 5 trục (VMC/HMC) |
Cố định bàn máy chắc chắn, gia công nhiều rãnh, phay mặt phẳng nặng. |
|
Trục, chốt, bạc lót hoặc vòng hình trụ thuần túy với độ đối xứng quay 100%. |
Gia công tiện CNC |
Máy tiện CNC 2 trục |
Chi phí vận hành máy theo giờ thấp nhất, thời gian chu kỳ nhanh nhất, Ra < 0,4 µm |
|
Trục tiện có từ 1 đến 2 lỗ ngang đơn giản hoặc rãnh then trên đường kính ngoài. |
Gia công tiện CNC với dụng cụ cắt hoạt động |
Trung tâm gia công tiện 3 trục hoặc 4 trục (trục C + tháp dao xoay) |
Bổ sung khả năng phay cho máy tiện; tránh việc phải thiết lập máy thứ hai. |
|
Chi tiết quay mảnh có tỷ lệ chiều dài trên đường kính L/D > 8:1 (lên đến 30:1) |
Gia công tiện CNC kiểu Thụy Sĩ |
Máy tiện phay Thụy Sĩ (đầu máy trượt với ống dẫn hướng) |
Không có sự biến dạng chi tiết trong quá trình tiện; gia công ngược đồng thời. |
|
Thân tiện phức tạp với các lỗ góc lệch trục, các hốc phay và các đặc điểm hai đầu. |
Gia công đa nhiệm tiện-phay |
Trung tâm tiện phay trục B hai trục chính (ví dụ: DMG MORI NTX) |
Hoàn thành trong mộthoàn thành; loại bỏ sự chồng chất dữ liệu; chuyển giao trục chính phụ |
|
Giá đỡ bất đối xứng thành mỏng yêu cầu khoét 5 cạnh và 1 lỗ chịu lực |
Gia công phay CNC 5 trục |
Trung tâm gia công 5 trục với bàn xoay |
Sự mất cân bằng ly tâm ngăn cản sự quay; cơ cấu chia vạch 5 cạnh mang lại hiệu quả tốt hơn. |
Câu trả lời trực tiếp:Không. Trong gia công tiện CNC, phôi quay liên tục so với một mảnh dao đơn điểm cố định, cứng chắc, tạo ra dung sai độ tròn thực sự xuống đến 0,002 mm đến 0,005 mm (0,0001" đến 0,0002") và độ nhám bề mặt Ra 0,4 µm (16 µin). Trong gia công phay CNC, lỗ hình trụ phải được tạo ra bằng phương pháp nội suy tròn (phối hợp đồng thời trục X và Y). Do độ rơ vi mô tại các điểm đảo trục và độ lệch của dao cắt, các lỗ được phay thường có độ tròn từ 0,010 mm đến 0,025 mm (0,0004" đến 0,0010"). Đối với các trục ổ bi yêu cầu độ tròn dưới mười micron, gia công tiện hoặc mài thứ cấp là bắt buộc.
Câu trả lời trực tiếp:Máy tiện CNC với dụng cụ quay về cơ bản là một máy tiện có các dụng cụ quay được điều khiển bằng động cơ gắn trong một tháp dụng cụ thông thường. Nó thường cung cấp khả năng định vị trục chính theo trục C và công suất dụng cụ quay hạn chế (3 kW đến 5 kW), giới hạn khả năng phay ở các thao tác khoan ngang nhẹ, taro và xẻ rãnh then vuông góc hoặc song song với trục chính. Ngược lại, một trung tâm gia công đa chức năng tiện-phay hoàn chỉnh có trục phay B độc lập, công suất cao (12 kW đến 25 kW) có thể xoay ±120°, hành trình trục Y đầy đủ và một trục phụ đối diện. Điều này cho phép gia công đường viền đồng thời 5 trục, phay mặt nặng và gia công góc phức hợp phức tạp ngoài khả năng tiện tốc độ cao.
Câu trả lời trực tiếp:Gia công đa nhiệm tiện-phay trở nên kinh tế hơn khi một chi tiết được gia công bằng tiện cần các thao tác phay thứ cấp mà nếu không sẽ đòi hỏi đồ gá tùy chỉnh, thiết lập máy riêng biệt hoặc dung sai hình học chặt chẽ (độ lệch tâm hoặc độ vuông góc ≤ 0,020 mm). Mặc dù các trung tâm tiện-phay có tốc độ trục chính theo giờ cao hơn (75–110 đô la/giờ so với 35–50 đô la/giờ đối với máy phay 3 trục), nhưng chúng hoàn thành chi tiết chỉ trong một lần kẹp ("Hoàn thành trong một lần"). Điều này giúp loại bỏ chi phí đồ gá thứ cấp (500–1.200 đô la), loại bỏ thời gian chờ đợi giữa các bộ phận từ 3 đến 5 ngày, giảm tổng thời gian chu kỳ từ 30% đến 50% và giảm phế phẩm do lỗi kẹp lại phôi.
Câu trả lời trực tiếp:Máy tiện CNC tiêu chuẩn kẹp phôi vào mâm cặp và đỡ đầu đối diện bằng ụ sau. Đối với các chi tiết dài, mảnh có tỷ lệ chiều dài trên đường kính (L/D) vượt quá 4:1, lực cắt sẽ làm cho phôi bị lệch và rung. Máy CNC kiểu Thụy Sĩ sử dụng đầu máy trượt để dẫn phôi thanh qua ống dẫn hướng bằng vonfram cacbua chính xác. Dao cắt được đặt cách điểm đỡ của ống dẫn hướng chỉ vài phần milimét, có nghĩa là độ lệch gần như bằng không bất kể tổng chiều dài của chi tiết. Điều này cho phép máy kiểu Thụy Sĩ sản xuất các chốt siêu chính xác, ốc vít xương y tế và trục có tỷ lệ L/D từ 20:1 trở lên với dung sai trong vòng ±0,003 mm.
Câu trả lời trực tiếp:"Gia công trong một chu trình" là một phương pháp sản xuất được phát triển dựa trên các máy công cụ đa nhiệm, trong đó tất cả các thao tác gia công—nạp nguyên liệu, tiện, phay 5 trục, khoan ngang, taro, khoan lỗ sâu, mài cạnh và cắt rời sản phẩm cuối cùng—đều được thực hiện trên một máy duy nhất trong một chu trình tự động duy nhất. Bằng cách chuyển phôi từ trục chính sang trục phụ trong khi được đồng bộ hóa giữa không trung, sản phẩm hoàn thiện sẽ ra khỏi máy và sẵn sàng để kiểm tra, mà không cần sự can thiệp của người vận hành hoặc thiết lập bàn làm việc phụ.
Được thành lập vào năm 2003,HONSCN Công ty TNHH Phụ tùng Chính xácCông ty vận hành một nhà máy sản xuất OEM hiện đại tại Thâm Quyến, Trung Quốc, được chứng nhận theo tiêu chuẩn...ISO 9001:2015Trong hơn hai thập kỷ qua, chúng tôi liên tục đầu tư vào công nghệ động học máy công cụ tiên tiến để mang lại cho khách hàng quốc tế lợi thế cạnh tranh vượt trội về độ chính xác, tốc độ giao hàng và chi phí.
Bạn đang cân nhắc xem nên gia công chi tiết chính xác tiếp theo bằng phương pháp phay, tiện hay gia công trên trung tâm phay-tiện đa năng?
Hãy tải các tệp CAD 3D (.STEP, .IGES) và bản vẽ kỹ thuật 2D (.PDF) của bạn lên cho đội ngũ kỹ sư của chúng tôi tại Thâm Quyến. Trong vòng 12 đến 24 giờ, các lập trình viên CAM cao cấp của chúng tôi sẽ đánh giá hình học của bạn, xác định động học máy tối ưu và cung cấp bảng phân tích chi phí sản xuất chi tiết cùng với tiến độ sản xuất trung thực.
Liên hệ với đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi: https://www.HONSCN.com/contact
Email trực tiếp cho bộ phận kỹ thuật:vicky@HONSCN.com
Mục lục