1 روش تحقیق 

1.1 رویکرد طراحی

این مطالعه ارزیابی کرد که چگونه تصمیمات هندسی و تلرانس خاص بر هزینه ماشینکاری CNC تأثیر می‌گذارند. سه دسته قطعه نماینده انتخاب شدند:

1. محفظه‌های دیواره نازک,

2. شفت‌های دقیق,

3. براکت‌های کاربردی ساخته شده از آلومینیوم 6061-T6، فولاد ضد زنگ 304 و POM.

هر دسته با ویژگی‌های متغیر مدل‌سازی شد، از جمله عمق جیب، شعاع فیله، تعداد سوراخ، هندسه پخ و عرض باند تلرانس. تمام تغییرات ویژگی‌ها برای مطابقت با محدودیت‌های صنعتی رایج و محدوده‌های قابلیت تامین‌کننده طراحی شده بودند.

1.2 منابع داده

داده‌ها از منابع زیر به دست آمدند:

• لاگ‌های زمان چرخه به دست آمده از مراکز ماشینکاری عمودی سه و چهار محوره که در تولید روتین استفاده می‌شوند,
• اندازه‌گیری‌های سایش ابزار که از طریق پیش‌تنظیم‌کننده‌ها جمع‌آوری شده‌اند,
• شبیه‌سازی‌های مسیر ابزار تولید شده توسط CAM بر اساس Mastercam 2024,
• برگه‌های تجزیه هزینه ارائه شده توسط بخش برنامه‌ریزی تولید.

برای اطمینان از سازگاری، تمام پارامترهای ماشینکاری با استفاده از درجه ابزار برش، پنجره سرعت اسپیندل و شرایط خنک‌کننده یکسان نرمال‌سازی شدند.

1.3 ابزار و قابلیت تکرار

این آزمایش از موارد زیر استفاده کرد:

• Mastercam 2024 برای تولید مسیر ابزار,
• میکرومترهای دیجیتال Mitutoyo برای اعتبارسنجی ابعادی,
• یک مدل هزینه استاندارد (نیروی کار، هزینه ماشین در ساعت، هزینه مواد، هزینه ابزار).

این گردش کار با اعمال هندسه‌های CAD یکسان، تنظیمات CAM و مواد اولیه کاملاً قابل تکرار است.

2 نتایج و تجزیه و تحلیل

2.1 مقایسه زمان چرخه

جدول 1 تغییر زمان چرخه را هنگام ساده‌سازی ویژگی‌های غیرعملکردی خلاصه می‌کند.
(در سند نهایی، از یک جدول سه خطی با تراز و واحدهای مناسب استفاده کنید.)

جدول 1 کاهش ویژگی در مقابل تغییر زمان چرخه

نتایج نشان می‌دهد که جیب‌های ساده شده و شعاع‌های استاندارد شده، پاس‌های ماشینکاری را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهند. جیب‌های عمیق‌تر و شعاع‌های سفارشی کوچک، بیشترین همبستگی را با افزایش سایش ابزار و چرخه‌های خشن‌کاری/پرداخت طولانی‌تر نشان دادند.

2.2 تأثیر تلرانس

افزایش باندهای تلرانس از ±0.01 میلی‌متر به ±0.05 میلی‌متر، زمان پرداخت را 14 تا 19 درصد کاهش داد. مراحل جبران انحراف ابزار نیز بر این اساس کاهش یافت و تکرارهای بازرسی کمتری مورد نیاز بود.

2.3 مقایسه با یافته‌های موجود

مطالعات موجود در مورد مدل‌سازی هزینه CNC، روندهای مشابهی را در رابطه بین باندهای تلرانس و زمان پرداخت گزارش می‌دهند. این آزمایش این مشاهدات را تأیید می‌کند و مزیت را برای تولید چند ماده‌ای تعیین می‌کند.

3 بحث

3.1 تفسیر یافته‌ها

بیشتر کاهش هزینه‌ها ناشی از ساده‌سازی مسیر ابزار و بهینه‌سازی درگیری کاتر است. شعاع‌های بزرگتر، استراتژی‌های تغذیه بالا را امکان‌پذیر می‌کنند و سایش ابزار را کاهش می‌دهند. افزایش تلرانس مستقیماً پاس‌های پرداخت را کاهش می‌دهد، به خصوص برای اجزای فولاد ضد زنگ که مقاومت برش بالایی دارند.

3.2 محدودیت‌ها

• فقط سه ماده ارزیابی شدند. آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت و تیتانیوم گنجانده نشدند.
• ماشینکاری پنج محوره حذف شد که قابلیت کاربرد را به هندسه‌های پیچیده هوافضا محدود می‌کند.
• مدل‌سازی هزینه، نرخ‌های نیروی کار و برق پایدار را فرض می‌کرد که ممکن است در مناطق مختلف متفاوت باشد.

3.3 پیامدهای عملی

تولیدکنندگانی که قطعات CNC را برای تولید سریع طراحی می‌کنند، می‌توانند این نکات DFM را برای کاهش هزینه هر واحد بدون تغییر عملکرد ساختاری، در نظر بگیرند. استانداردسازی شعاع‌ها و تنظیم تلرانس‌های غیر بحرانی، به ویژه در اندازه‌های دسته کمتر از 500 عدد در ماه، مؤثر است.

4 نتیجه‌گیری

این ارزیابی نشان می‌دهد که استفاده مداوم از دستورالعمل‌های DFM—ساده‌سازی هندسی، شعاع‌های بهینه و باندهای تلرانس منطقی—هزینه ماشینکاری را در درجه اول از طریق کاهش زمان چرخه و استفاده از ابزار کاهش می‌دهد. این بینش‌ها از کاربردهای آینده در طراحی مجدد اجزا و مقایسه تامین‌کنندگان پشتیبانی می‌کند. تحقیقات بیشتر ممکن است به ماشینکاری چند محوره و آلیاژهای پیچیده گسترش یابد.