Стоимость обработки на станке с ЧПУ: 16 советов по снижению затрат при проектировании

Изобретение первого станка с ЧПУ можно отнести к 17 веку истории, но только в 1940-х годах инженеры начали широко рассматривать и применять технологию числового компьютерного управления (ЧПУ). С быстрым развитием технологий, несмотря на появление таких инновационных технологий, как 3D печать, Обработка на станках с ЧПУ остается одним из наиболее экономичных способов производства товаров по требованию. В настоящее время все больше и больше компаний обращают внимание на обработку с ЧПУ и считают ее ключевым фактором повышения эффективности производства и снижения затрат.

Однако стоимость остается серьезной проблемой для многих предприятий, когда дело касается обработки на станках с ЧПУ. От выбора сырья до оптимизации процесса обработки, а также обслуживания и управления на более поздних этапах — каждый шаг может повлиять на общую стоимость обработки с ЧПУ. Поэтому эффективный контроль и снижение затрат на обработку с ЧПУ стали актуальной проблемой, которую необходимо решить предприятиям.

В этой статье будут рассмотрены различные факторы, влияющие на стоимость обработки на станках с ЧПУ, и представлен ряд эффективных методов снижения затрат на этапе проектирования. За счет оптимизации стратегий проектирования и обработки можно добиться значительного снижения затрат на обработку на станках с ЧПУ.

Факторы, влияющие на стоимость станков с ЧПУ

Стоимость обработки на станках с ЧПУ не фиксирована, а зависит от различных факторов. Для предприятий глубокое понимание и понимание этих ключевых факторов, влияющих на затраты, имеет решающее значение для оптимизации операций, повышения эффективности производства и достижения эффективного управления затратами.

Основные факторы, влияющие на стоимость обработки на станках с ЧПУ:

• Сложность дизайна
• Стоимость сырья
• Количество обрабатываемых деталей
• Затраты на оплату труда
• Расходы на постобработку
• Тип используемого станка с ЧПУ
• Время работы машины

16 советов по дизайну Сокращение Стоимость обработки с ЧПУ

После глубокого понимания различных факторов, влияющих на стоимость обработки с ЧПУ, можно принять целевые меры по снижению затрат, чтобы эффективно снизить затраты на обработку с ЧПУ. Вот 16 практических и эффективных методов проектирования, которые могут помочь предприятиям снизить затраты на обработку с ЧПУ, обеспечивая при этом качество продукции.

Советы по дизайну №1: закруглите внутренние вертикальные углы

При обработке на станках с ЧПУ форма инструмента обычно цилиндрическая, что приводит к естественному образованию угла того же размера, что и форма инструмента, особенно при обработке пазов на стыке вертикальных поверхностей. Этот угол является неизбежной частью процесса обработки, но его размер можно контролировать при проектировании изделия.

Если при проектировании изделия угол на стыке вертикальных поверхностей слишком мал, для обработки необходимо использовать инструменты меньшего размера. Инструменты меньшего размера не только имеют относительно более низкую эффективность обработки, но также могут привести к увеличению времени обработки и смены инструмента, тем самым увеличивая общее время обработки и затраты.

Чтобы эффективно снизить затраты на обработку, вот несколько ключевых конструктивных предложений:

Разумно установленный размер угла

Размер угла должен составлять не менее 1/3 глубины паза, и на практике углы большего размера обычно более выгодны для механической обработки. Большие углы могут снизить нагрузку на инструмент во время обработки, тем самым повышая эффективность обработки. Например, для паза глубиной 12 мм разумным выбором будет угловая конструкция шириной 5 мм или больше.

Единые размеры углов

Чтобы упростить процесс обработки и повысить эффективность, рекомендуется сохранять одинаковые размеры всех углов. Таким образом, во всем процессе обработки может использоваться один и тот же инструмент, что сокращает количество смен инструмента и время наладки обработки.

Дизайн в корне слота

У основания прорези рассмотрите возможность создания угла меньшего размера (например, 0.5 мм или 1 мм) или не закругляйте его. Это делается главным образом для поддержания структурной прочности паза и удовлетворения конкретных требований к проектированию.

Сопоставьте инструменты с углами

Идеальный размер угла должен быть немного больше радиуса инструмента. Это позволяет инструменту скользить более плавно во время обработки, уменьшая трение и сопротивление, что еще больше снижает затраты на обработку. Например, для инструмента диаметром 8 мм (радиусом 4 мм) хорошо подойдет угловая конструкция размером 5 мм или больше.

Обработка особых случаев

Если из-за особых требований к проектированию углы на стыке вертикальных поверхностей не могут быть закруглены (например, если здесь требуется плотное прилегание к другой квадратной детали), чтобы избежать меньших углов, можно реализовать следующую конструкцию:

Советы по дизайну №2: уменьшение глубины прорезей

Потому что формирование пазов предполагает съем большого количества материала, что напрямую приводит к значительному увеличению времени обработки.

Глубина обработки инструментами с ЧПУ в основном зависит от конструкции инструмента, материала и производительности станка. Как правило, когда глубина паза в 2–3 раза превышает диаметр инструмента, производительность инструмента является наиболее идеальной, а эффективность обработки и долговечность инструмента могут достигать оптимального уровня. Например, для концевой фрезы диаметром 12 мм максимальная безопасная глубина обработки пазов составляет 25 мм.

Конечно, в особых случаях может потребоваться обработка более глубоких пазов для удовлетворения функциональных требований детали, при этом максимальная глубина не превышает 4-кратного диаметра инструмента, но это приведет к увеличению затрат, особенно при обработке на многокоординатном станке с ЧПУ. машины.

Чтобы снизить затраты на обработку с ЧПУ, производители могут принять следующие стратегии:

1. Глубина пазов должна быть в пределах 4-кратной длины.
2. По возможности избегайте проектирования слишком глубоких пазов, чтобы сократить ненужный съем материала и время обработки.
3. Оптимизируйте конструкцию детали, по возможности используя более тонкие стенки или меньшие пазы.

Совет №3 по дизайну: избегайте тонких стен

Тонкостенные конструкции при обработке на станках с ЧПУ могут привести к увеличению затрат на обработку. Если нет особых требований, мы обычно рекомендуем избегать тонкостенных конструкций.

Обработка тонкостенных деталей требует больше времени, так как они очень хрупкие. Из-за их склонности к вибрации или деформации соблюдение точных допусков затруднено, а в тяжелых случаях они могут даже сломаться. Медленная обработка, специализированные методы и высокий уровень брака способствуют увеличению стоимости этих тонкостенных компонентов.

Обработка толстостенных деталей более стабильна и экономически эффективна. Чтобы снизить затраты на обработку, избегайте тонкостенных конструкций. Толщина стенок металлических компонентов должна быть более 0.8 мм, а пластиковых компонентов — более 1.5 мм.

Кроме того, тонкие стенки особенно часто возникают при проектировании отверстий (включая сквозные отверстия и отверстия для винтов) или прорезей по краям деталей. В этих случаях следует уделить особое внимание соблюдению приведенных выше рекомендаций по проектированию, чтобы обеспечить как структурную целостность, так и эффективность обработки детали.

Советы по проектированию №4: уменьшите глубину резьбы

ненужный Размер резьбы Глубина не только увеличивает сложность обработки, но и значительно увеличивает затраты, поскольку обработка слишком глубокой резьбы требует использования специально разработанных инструментов. Специальные инструменты не только дороги, но и относительно менее эффективны при обработке.

Стоит подчеркнуть, что многие инженеры и проектировщики часто ошибочно полагают, что увеличение глубины резьбы может повысить прочность соединения. Однако на самом деле слишком большая глубина резьбы (более 3-х диаметров отверстия) не увеличивает прочность соединения.

Чтобы снизить затраты на обработку на станках с ЧПУ, мы рекомендуем при проектировании резьбы следовать следующим принципам:

1. Глубину резьбы следует контролировать в пределах 3-кратного диаметра резьбового отверстия.
2. Для нарезания резьбы в глухом отверстии рекомендуется добавить дополнительную длину не менее 1/2 диаметра резьбы в нижней части отверстия. Это поможет избежать трещин или повреждений в процессе обработки.

№5 Советы по проектированию: проектируйте отверстия стандартного размера

Использование стандартных сверл позволяет выполнять быструю и высокоточную обработку отверстий, сокращая при этом частоту смены и регулировки инструмента. Напротив, обработка отверстий нестандартного размера с использованием концевых фрез увеличивает затраты на оснастку.

Обычно глубина ямы не должна превышать ее диаметр в четыре раза. Чрезмерно глубокие отверстия увеличивают сложность и затраты на обработку, поскольку для них требуются более длинные инструменты и более сложные траектории обработки. Хотя глубокие отверстия (диаметром до 10 раз) технически осуществимы, они резко увеличивают затраты и время обработки, поэтому их следует избегать, когда это возможно.

Связанный: Методы глубокого сверления: применение в механической обработке

Чтобы снизить затраты на обработку с ЧПУ, При проектировании желательно следовать следующим принципам:

1. Отдавайте приоритет выбору отверстий стандартного размера.
2. Сведите к минимуму использование отверстий нестандартного размера.
3. Контролируйте глубину отверстий.
4. Спроектируйте отверстия разумных размеров и глубины.

Совет №6 по проектированию: избегайте строгих требований к допускам

Строгие требования к допускам при обработке на станках с ЧПУ часто приводят к более высоким затратам и более сложным процессам обработки. При определении допусков на размеры детали важно подходить к ним внимательно и избегать произвольных аннотаций допусков. Допуски следует указывать только тогда, когда это действительно необходимо, а слишком строгие допуски по точности следует сводить к минимуму.

Если на этапе проектирования детали допуски не определены на чертеже детали, деталь будет обработана в соответствии со стандартными допусками (± 0.1 мм или меньше), что достаточно для большинства некритических размеров и значительно снижает затраты на обработку.

Также необходимо уделить внимание механической обработке внутренних особенностей деталей. При обработке отверстий или пазов, пересекающихся внутри, на краях могут возникать небольшие дефекты, такие как заусенцы, из-за таких факторов, как силовая деформация. Чтобы улучшить качество продукции, многие компании требуют снятия заусенцев с деталей. Однако удаление заусенцев зачастую является трудоемким и дорогостоящим процессом. Для некоторых специальных конструкций или труднодоступных мест удаление вручную зачастую является единственным вариантом, что не только увеличивает трудозатраты, но и отнимает значительное количество времени.

Связанный: Что такое удаление заусенцев: 10 простых методов удаления заусенцев

Для снижения затрат мы можем принять следующие меры:

• Определяйте прецизионные допуски только тогда, когда это действительно необходимо, чтобы избежать увеличения затрат из-за чрезмерного стремления к точности.
• Стандартизируйте все аннотации размеров, чтобы уменьшить ошибки и сложность процессов обработки и контроля.
• Строго контролируйте количество десятичных знаков в допусках. Количество десятичных знаков определяет степень точности и используемые измерительные инструменты. Например, два знака после запятой можно измерить с помощью штангенциркуля, а три знака после запятой требуют более точных микрометров или координатно-измерительных машин.
• Избегайте жестких требований к допускам за счет оптимизации дизайна продукта. Например, сокращение размерных цепей, использование позиционирующих элементов и т. д. для повышения точности и стабильности обработки деталей.
• Сотрудничайте с BoYi, чтобы сократить расходы. После обработки деталей мы непосредственно выполняем постобработку, что исключает затраты на вторичный аутсорсинг услуг по удалению заусенцев.

Советы по проектированию №7: сокращение количества операций зажима

По возможности проектируйте детали так, чтобы для завершения всех процессов обработки требовалось зажатие только один раз. Это сводит к минимуму затраты времени и накопление ошибок, связанных с фиксацией. Когда детали необходимо обрабатывать с нескольких сторон, продуманная конструкция может гарантировать, что все требования к обработке будут выполнены за один зажим.

Чтобы сократить расходы:

• Спроектируйте детали так, чтобы требовалась только одна операция зажима.
• Если это невозможно, разделите сложные детали на несколько компонентов и скрепите их вместе как одно целое посредством последующих процессов.

Совет №8 по проектированию: избегайте конструктивных особенностей, невозможных для обработки на станках с ЧПУ

Не все функции доступны для обработки на станках с ЧПУ. Типичным примером является внутренний угол 90 °, поскольку фрезерные инструменты с ЧПУ обычно имеют цилиндрическую форму, что приводит к закруглению углов, а не к острым или другим угловым углам при резке кромок полости.

Если необходим острый угол, обычно используется технология электроэрозионной обработки (EDM). Однако электроэрозионная обработка является более дорогим и сложным производственным процессом по сравнению с обработкой на станках с ЧПУ, что может значительно увеличить производственные затраты. Поэтому в большинстве случаев дизайнерам следует избегать прямого требования острых углов в своих проектах.

Если острые углы неизбежны из-за сборки или других функциональных требований, рекомендуется использовать скругленные углы. Скругленные углы могут быть получены с помощью обработки на станке с ЧПУ и в некоторой степени могут частично соответствовать требованиям острых углов, как показано на схеме ниже.

Совет №9 по дизайну: избегайте мелких шрифтов и тисненого текста

Ваша часть может потребовать текстовое фрезерование номеров деталей, описаний или логотипов компаний на его поверхности. Однако добавление текста и символов на поверхность детали значительно увеличивает затраты на обработку с ЧПУ, поскольку они требуют дополнительных операций обработки, требуют больше времени обработки и могут ускорить износ инструмента.

Если текст и символы на детали необходимы, то мы можем рассмотреть возможность использования других методов с меньшими затратами для их достижения. Например, для добавления текста и символов можно использовать методы обработки поверхности, такие как шелкография или окраска распылением. Альтернативно, выберите гравировку, а не тиснение, так как последнее требует удаления большего количества материала.

Связанный: Тиснение против гравировки: изучение различий

Если в вашем программном обеспечении для дизайна нет специального шрифта для гравировки, рекомендуется использовать шрифт San Serif размером 20 пунктов. Это связано с тем, что в этом шрифте нет дополнительных линий (засечек) в конце каждого штриха буквы, что может увеличить затраты на обработку. Кроме того, рекомендуется использовать размер 20, поскольку размеры меньше этого считаются меньшими деталями, которые труднее обрабатывать и приводят к более высоким затратам.

№ 10. Советы по проектированию: учитывайте обрабатываемость материалов

Обрабатываемость материалов напрямую определяет сложность обработки и конечную стоимость.

Материалы с хорошей обрабатываемостью легче резать, шлифовать и формовать, что сокращает время обработки и износ инструмента. Например, латунь С360 известна своей превосходной обрабатываемостью и подходит для высокоскоростной обработки.

Однако не все материалы обладают превосходной обрабатываемостью. Типичным примером является сталь с относительно низкой обрабатываемостью, часто требующая более чем в два раза больше времени обработки по сравнению с алюминиевыми сплавами. Стоит отметить, что разные марки стали имеют разную степень обрабатываемости. Например, нержавеющая сталь 304 имеет индекс обрабатываемости всего 45%, в то время как нержавеющая сталь 303 имеет индекс до 78%, что делает ее более подходящей для обработки на станках с ЧПУ.

Связанный: Разница между легированной сталью и нержавеющей сталью

Обрабатываемость пластмассовых материалов зависит от их жесткости и термических свойств. Поскольку пластмассы склонны к плавлению и деформации при высоких температурах, необходимо уделять особое внимание контролю температуры обработки и сил резания во время обработки на станках с ЧПУ. ПОМ является одним из наиболее легко обрабатываемых на станках с ЧПУ пластиковых материалов, тогда как АБС немного менее выгоден. Конструкционные пластмассы, такие как PEEK и нейлон, обычно считаются трудными для обработки из-за их уникальных физических свойств.

№ 11. Советы по дизайну: учитывайте цену и размер сырья

В следующей таблице указаны цены на обычное металлическое и пластиковое сырье с размерами заготовок 150 х 150 х 25 мм.

Сырье	Цены на сырье
Алюминий 6061	$ 23
Алюминий 7075	$ 74
304 из нержавеющей стали	$ 84
303 из нержавеющей стали	$ 138
Латунь C360	$ 146
ABS	$ 15
нейлон	$ 28
ПОМ	$ 24
PEEK	$ 276

Алюминий 6061 предлагает отличное соотношение цены и качества. Его легко резать, шлифовать и придавать ему форму, что делает его идеальным для прототипирования.

Нержавеющая сталь 303 и латунь C360 также демонстрируют превосходную обрабатываемость, высокую эффективность обработки и короткое время обработки, что отвечает требованиям высокой точности и качества обработки. Однако цены на эти два материала относительно высоки, что делает их пригодными для массового производства. Благодаря массовому производству высокая стоимость сырья компенсируется более коротким временем обработки.

Пластиковые материалы, такие как АБС, нейлон и ПОМ, имеют цену, аналогичную алюминию 6061, но их относительно сложнее обрабатывать на станках с ЧПУ. Затраты на обработку на станках с ЧПУ относительно высоки. PEEK — очень дорогой материал, высокая стоимость которого объясняется, главным образом, его уникальными физическими и химическими свойствами. PEEK может похвастаться превосходными свойствами, такими как устойчивость к высоким температурам и устойчивость к химической коррозии, поэтому он используется только в некоторых особых случаях.

Чтобы обеспечить точность размеров деталей без потерь материала, при покупке сырья размеры сырья должны быть как минимум на 3 мм больше размеров детали. Например, для детали внешними размерами 30х30х30мм мы можем выбрать для обработки заготовку размерами 35х35х35мм; а для детали внешними размерами 27х27х27мм мы можем подобрать заготовку размерами 30х30х30мм, чтобы сэкономить на материальных затратах.

Кроме того, вы можете проконсультироваться с поставщиками по поводу стандартных размеров заготовок и спроектировать детали, максимально приближенные к спецификациям размеров исходного материала, чтобы минимизировать отходы материала.

№ 12. Советы по дизайну: сократите использование элементов криволинейной поверхности

При проектировании деталей, обработанных на станках с ЧПУ, чтобы минимизировать затраты и время обработки, рекомендуется максимально сократить или избегать использования сложных криволинейных поверхностей.

Эта цель может быть достигнута с помощью некоторых стратегий проектирования. Например, при снятии фасок с наружных кромок, если позволяют условия, вместо закругленных углов следует использовать наклонные фаски. Постарайтесь свести к минимуму ненужные внутренние пазы и выступы, упростить форму поперечного сечения деталей, избегать слишком компактных компоновок.

№ 13. Советы по дизайну: избегайте нескольких вариантов отделки поверхности

Многократная обработка поверхностей не только означает увеличение времени обработки и трудоемкости, но также влечет за собой дополнительные затраты. Одним из подходов к смягчению этой проблемы является использование технологии отделки поверхности, которая может удовлетворить различные требования, тем самым сокращая процессы и снижая затраты.

Для таких материалов, как алюминий, которые по своей природе легко поддаются механической обработке и требуют минимальной полировки поверхности, всегда, когда требуется чистовая обработка поверхности, следует использовать механическую обработку. Это связано с тем, что чистовая механическая обработка обычно является самым дешевым вариантом чистовой обработки при обработке на станках с ЧПУ. Он может напрямую создавать желаемые поверхностные эффекты с помощью режущих инструментов без необходимости дополнительных процессов обработки поверхности.

В некоторых случаях может потребоваться специальная обработка поверхности для повышения качества детали или удовлетворения особых требований к производительности. Они могут включать, среди прочего, химическое травление, пескоструйную обработку, электрополировку и анодирование. Однако при использовании этих методов отделки поверхности следует убедиться, что они действительно соответствуют проектным требованиям и используются только при необходимости.

№ 14. Советы по дизайну: крупносерийное производство

При обработке с ЧПУ существует обратная зависимость между объемом детали и затратами на обработку с ЧПУ. То есть, чем больше объем детали, тем ниже затраты на обработку на станке с ЧПУ. Эта взаимосвязь особенно очевидна при небольших объемах производства деталей, поскольку даже небольшое увеличение количества может привести к значительному снижению затрат. Например, когда объем детали увеличивается с 1 до 5, стоимость детали может снизиться более чем на 50%. То есть независимо от того, производится ли производство 5, 50 или 100 компонентов, проектирование САПР одинаково.

Крупносерийное производство: помогает снизить затраты, позволяя выполнять заказы большего количества вместо нескольких разрозненных заказов.

№ 15. Советы по проектированию: проектируйте осесимметричные детали

Процесс обработки осесимметричных деталей относительно прост, и эффективная обработка может быть достигнута с использованием такого оборудования, как токарные или фрезерные станки, машино-часы которых обычно намного ниже, чем у 3- или 5-осевых обрабатывающих центров.

Осесимметричная конструкция не только упрощает этапы обработки, но и уменьшает количество необходимых инструментов и приспособлений, что еще больше снижает производственные затраты.

№ 16. Советы по дизайну: использование альтернативных решений

Как упоминалось выше, затраты на обработку на станках с ЧПУ относительно высоки.

Стремясь к оптимизации затрат, мы должны расширить наше мышление, активно исследовать и использовать другие подходящие методы обработки для замены обработки на станках с ЧПУ.

При изготовлении прототипа стоимость 3D-печати ниже, чем обработка на станке с ЧПУ; При крупносерийном производстве стоимость литья под давлением ниже, чем стоимость обработки на станке с ЧПУ.

Связанный: Стоимость 3D-печати и литья под давлением: ваше полное руководство

В следующей таблице показан выбор процесса для различного количества деталей:

Количество деталей	<10	10-100	100-1000	> 1000
Металл	3D-печать и ЧПУ	ЧПУ	ЧПУ	литье под давлением
пластики	3D печать	ЧПУ и 3D-печать	ЧПУ и литье под давлением	литье под давлением

Гибко применяя различные методы обработки, мы можем добиться снижения затрат, повышения эффективности и улучшения качества.

BoYi: ваш надежный производитель станков с ЧПУ

Для предприятий, ищущих Обработка с ЧПУ, выбор подходящего механического цеха имеет решающее значение. Хороший продукт не обязательно имеет самую низкую цену, но он, безусловно, может предоставить пользователям лучшее соотношение цены и качества и отличные результаты.

Китайские компании, такие как Boyi, предлагают высококонкурентные варианты благодаря недорогим и высококачественным услугам обработки с ЧПУ. По сравнению с аналогами в более развитых странах, мы можем значительно снизить общие затраты на обработку для предприятий, не жертвуя при этом качеством продукции.

Если вы ищете компанию по производству станков с ЧПУ, которая предлагает отличное соотношение цены и качества, высочайшее качество и быструю доставку, Boyi, несомненно, станет вашим идеальным выбором. Не ждите больше — начните свой проект обработки с ЧПУ прямо сейчас и получите Цитата ЧПУ!

Заключение

Таким образом, в этой статье представлен ряд методов снижения затрат на обработку с ЧПУ. Эти стратегии проектирования можно использовать по отдельности или в сочетании, чтобы минимизировать затраты на обработку на станках с ЧПУ. Кроме того, важно гибко настраивать и оптимизировать их в соответствии с конкретными требованиями и условиями обработки.

FAQ

---

Метки: Руководство по обработке с ЧПУ