هنگام طراحی قطعات ماشین‌کاری شده CNC، چگونه می‌توانیم هزینه‌های ماشین‌کاری را از طریق بهینه‌سازی ساختاری کاهش دهیم؟

هنگام طراحی قطعات ماشین‌کاری CNC، کاهش هزینه‌های ماشین‌کاری از طریق بهینه‌سازی ساختاری، کلید تعادل بین الزامات عملکردی و مقرون به صرفه بودن تولید است. استراتژی‌های بهینه‌سازی خاص زیر از ابعاد مختلف ارائه شده‌اند:

1. بهینه‌سازی انتخاب مواد
   • اولویت دادن به مواد با ماشین‌کاری آسان: مواد با قابلیت ماشین‌کاری خوب، مانند آلیاژهای آلومینیوم و فولاد کم کربن، می‌توانند سایش ابزار و زمان ماشین‌کاری را کاهش دهند. به عنوان مثال، جایگزینی فولاد ضد زنگ با آلیاژ آلومینیوم 6061 می‌تواند هزینه‌های ماشین‌کاری را بیش از 30٪ کاهش دهد (اگر استحکام اجازه دهد).
   • به حداقل رساندن استفاده از فلزات گرانبها: استفاده از طرح‌های تقویت‌کننده محلی (مانند استفاده از آلیاژ تیتانیوم فقط در مناطق تحت فشار) به جای ساختارهای کلی فلزات گرانبها.
   • مطابقت با فرم مواد: انتخاب قطعاتی که به شکل نهایی قطعه نزدیک هستند (مانند میله‌ها یا صفحات) برای کاهش ضایعات ماشین‌کاری. به عنوان مثال، استفاده از یک قطعه مستطیلی برای ماشین‌کاری یک قطعه مربع می‌تواند از اتلاف بیش از حد از یک قطعه گرد جلوگیری کند.
2. کنترل پیچیدگی هندسی
   • اجتناب از حفره‌های عمیق و شیارهای باریک:
     • حفره‌های عمیق (عمق > 5 برابر قطر ابزار) به ماشین‌کاری چند لایه نیاز دارند و مستعد لرزش و شکستگی ابزار هستند. استفاده از ترکیبات حفره کم عمق یا ساختارهای تقسیم شده را در نظر بگیرید.
     • شیارهای باریک به ابزارهای با قطر کوچک نیاز دارند که راندمان ماشین‌کاری پایینی دارند. توصیه می‌شود عرض شیارها ≥ 1.2 برابر قطر ابزار باشد.
   • ساده‌سازی دیواره‌های نازک و زوایای تیز:
     • دیواره‌های نازک (ضخامت <3 میلی‌متر) مستعد تغییر شکل هستند و به پارامترهای برش کاهش یافته یا پشتیبانی اضافی نیاز دارند. بهینه‌سازی را می‌توان از طریق ضخیم‌سازی موضعی یا افزودن دنده‌های تقویت‌کننده به دست آورد.زوایای تیز (زوایای داخلی < R1mm) به چندین پاس با فرزهای توپی نیاز دارند. تغییر به فیلت‌هایی با شعاع R2mm یا بزرگتر می‌تواند زمان ماشین‌کاری را کاهش دهد.
     • کاهش وابستگی چند محوره: از سطوح منحنی یا سوراخ‌های شیب‌دار غیر ضروری خودداری کنید. در عوض، از ساختارهای پله‌ای یا زوایای استاندارد (مانند 45 درجه، 90 درجه) برای تکمیل ماشین‌کاری با یک دستگاه سه محوره استفاده کنید.منطقی‌سازی تلرانس‌ها و زبری سطح
   • کاهش تلرانس‌های غیر بحرانی: کاهش تلرانس‌ها در سطوح غیر جفت‌شونده از ±0.05 میلی‌متر به ±0.1 میلی‌متر می‌تواند تعداد مراحل پرداخت را کاهش دهد. به عنوان مثال، تلرانس موقعیتی سوراخ‌های نصب را می‌توان به طور متوسط کاهش داد، در حالی که فقط موقعیت‌های بلبرینگ بحرانی دقت بالا را حفظ می‌کنند.
3. کاهش زبری سطح در سطوح غیر عملکردی: کاهش زبری سطح سطوح غیر زیبایی‌شناختی از Ra1.6 به Ra3.2 می‌تواند زمان پرداخت را کاهش دهد. به عنوان مثال، سطوح ساختاری داخلی نیازی به پرداخت ندارند.
   • تعیین تلرانس‌های اقتصادی: به استانداردهای دقت متوسط در ISO 2768 مراجعه کنید تا از بیش از حد مشخص شدن جلوگیری شود.
   • استانداردسازی و طراحی مدولار
   • یکسان‌سازی ابعاد ویژگی‌ها: استفاده از اندازه‌های استاندارد مته (مانند سوراخ‌های رزوه شده M6، M8) به جای سوراخ‌های غیر استاندارد برای کاهش دفعات تعویض ابزار.
4. تجزیه مدولار: قطعات پیچیده را به چندین زیرمجموعه ساده‌تر تقسیم کنید که می‌توانند جداگانه ماشین‌کاری شوند و سپس از طریق پیچ یا جوش مونتاژ شوند. به عنوان مثال، یک پوسته با یک حفره عمیق را می‌توان به یک "بدنه اصلی + صفحه پوشش" تقسیم کرد.
   • طراحی رابط جهانی: استفاده از فلنج‌های استاندارد، کلیدها یا ساختارهای جا افتادنی برای کاهش نیاز به ابزار سفارشی.
   • بهینه‌سازی ماشین‌کاری با کمک نرم‌افزار
   • تشخیص خودکار ویژگی CAM: استفاده از نرم‌افزار برای شناسایی خودکار ویژگی‌هایی مانند سوراخ‌ها و شیارها برای کاهش زمان برنامه‌نویسی. به عنوان مثال، عملکرد تشخیص ویژگی در Fusion 360 می‌تواند زمان برنامه‌نویسی را 30٪ کاهش دهد.
5. بهینه‌سازی مسیر ابزار: پیاده‌سازی استراتژی‌های ماشین‌کاری با سرعت بالا (HSM)، مانند ورود ابزار مارپیچی و برش مداوم، برای کاهش زمان غیر برش. به عنوان مثال، مسیرهای بهینه شده می‌توانند زمان ماشین‌کاری را 15٪ کاهش دهند.
   • تأیید شبیه‌سازی: استفاده از ماشین‌کاری مجازی برای بررسی تداخل و برش بیش از حد، جلوگیری از ضایعات ناشی از برش آزمایشی.
   • تعادل وزن سبک و استحکام
   • بهینه‌سازی توپولوژی و توخالی کردن: استفاده از تجزیه و تحلیل المان محدود (FEA) برای تعیین مسیرهای بار و حفظ فقط مواد ضروری (مانند ساختارهای استخوانی بیومیمتیک).
6. عملیات حرارتی موضعی برای تقویت: اعمال سخت‌کاری لیزری در مناطق پر استرس (مانند ریشه‌های چرخ دنده) به جای عملیات حرارتی کلی.
   • ترکیب فرآیند هیبریدی: پس از ماشین‌کاری CNC ساختار اصلی، شبکه‌های سبک وزن را از طریق تولید افزایشی (چاپ سه بعدی) اضافه کنید تا تعادل کاهش وزن و استحکام برقرار شود.
   • پیشنهادات مراحل اجرا
   • تجزیه و تحلیل DFM (طراحی برای تولید): در مرحله اولیه طراحی با کارخانه ماشین‌کاری ارتباط برقرار کنید تا ویژگی‌های پرهزینه را شناسایی کنید.

• تأیید نمونه اولیه: عملکرد را با نمونه‌های اولیه چاپ شده سه بعدی یا CNC ساده آزمایش کنید تا از بازکاری پس از تولید انبوه جلوگیری شود.
• با اجرای استراتژی‌های فوق، هزینه‌های ماشین‌کاری CNC را می‌توان 20٪ تا 50٪ کاهش داد و در عین حال عملکرد را تضمین کرد، که به ویژه برای نیازهای کاهش هزینه در تولید انبوه یا قطعات با پیچیدگی بالا مناسب است.