เมื่อออกแบบชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยเครื่อง CNC เราจะลดต้นทุนการผลิตได้อย่างไรผ่านการปรับโครงสร้างให้เหมาะสม?

เมื่อออกแบบชิ้นส่วนกลึง CNC การลดต้นทุนการตัดเฉือนผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างสมดุลระหว่างข้อกำหนดด้านการทำงานและความสามารถในการผลิต กลยุทธ์การปรับให้เหมาะสมเฉพาะต่อไปนี้มีให้จากหลายมิติ:

1. การเพิ่มประสิทธิภาพการเลือกวัสดุ
   • จัดลำดับความสำคัญของวัสดุที่ตัดเฉือนง่าย: วัสดุที่มีความสามารถในการขึ้นรูปที่ดี เช่น อลูมิเนียมอัลลอยด์และเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ สามารถลดการสึกหรอของเครื่องมือและเวลาในการตัดเฉือนได้ ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนสแตนเลสด้วยอลูมิเนียมอัลลอยด์ 6061 สามารถลดต้นทุนการตัดเฉือนได้มากกว่า 30% (หากความแข็งแกร่งเอื้ออำนวย)
   • ลดการใช้โลหะมีค่าให้เหลือน้อยที่สุด:ใช้การออกแบบการเสริมแรงในท้องถิ่น (เช่น การใช้โลหะผสมไททาเนียมเฉพาะในพื้นที่ที่มีความเครียด) แทนโครงสร้างโลหะมีค่าโดยรวม
   • จับคู่รูปแบบวัสดุ:เลือกช่องว่างที่อยู่ใกล้กับรูปร่างสุดท้ายของชิ้นส่วน (เช่น แท่งหรือแผ่น) เพื่อลดค่าเผื่อการตัดเฉือน ตัวอย่างเช่น การใช้ช่องว่างสี่เหลี่ยมเพื่อตัดเฉือนชิ้นส่วนสี่เหลี่ยมสามารถหลีกเลี่ยงการสูญเสียมากเกินไปจากช่องว่างทรงกลม
2. การควบคุมความซับซ้อนทางเรขาคณิต
   • หลีกเลี่ยงช่องลึกและช่องแคบ:
     • โพรงลึก (ความลึก>5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางเครื่องมือ) จำเป็นต้องตัดเฉือนหลายชั้น และมีแนวโน้มที่จะทำให้เครื่องมือสั่นสะท้านและการแตกหักได้ ลองใช้การใช้โพรงตื้นๆ ร่วมกันหรือโครงสร้างแบบแยก
     • ช่องแคบต้องใช้เครื่องมือที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก ซึ่งมีประสิทธิภาพการตัดเฉือนต่ำ ขอแนะนำให้ความกว้างของช่องมากกว่า 1.2 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางเครื่องมือ
   • ลดความซับซ้อนของผนังบางและมุมที่คมชัด:
     • ผนังบาง (ความหนา <3 มม.) มีแนวโน้มที่จะเสียรูปและจำเป็นต้องลดพารามิเตอร์การตัดหรือเพิ่มการรองรับ การเพิ่มประสิทธิภาพสามารถทำได้โดยการเพิ่มความหนาเฉพาะจุดหรือเพิ่มซี่โครงเสริมแรง
     • มุมคม (มุมภายใน
   • ลดการพึ่งพาหลายแกน: หลีกเลี่ยงพื้นผิวโค้งหรือรูเอียงโดยไม่จำเป็น ให้ใช้โครงสร้างขั้นบันไดหรือมุมมาตรฐานแทน (เช่น 45°, 90°) เพื่อดำเนินการตัดเฉือนให้เสร็จสมบูรณ์ด้วยเครื่องจักรสามแกน
3. การหาเหตุผลเข้าข้างตนเองของความคลาดเคลื่อนและความขรุขระของพื้นผิว
   • ผ่อนคลายความคลาดเคลื่อนที่ไม่สำคัญ: การผ่อนคลายความคลาดเคลื่อนบนพื้นผิวที่ไม่ผสมพันธุ์ตั้งแต่ ± 0.05 มม. ถึง ± 0.1 มม. สามารถลดจำนวนขั้นตอนการตกแต่งได้ ตัวอย่างเช่น ความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งของรูยึดสามารถผ่อนคลายได้ปานกลาง ในขณะที่ตำแหน่งตลับลูกปืนที่สำคัญเท่านั้นที่ยังคงความแม่นยำสูง
   • ความหยาบของพื้นผิวที่ลดลงบนพื้นผิวที่ไม่ใช้งาน: การลดความหยาบของพื้นผิวของพื้นผิวที่ไม่สวยงามจาก Ra1.6 ถึง Ra3.2 สามารถลดเวลาในการตกแต่งได้ ตัวอย่างเช่น พื้นผิวโครงสร้างภายในไม่จำเป็นต้องขัดเงา
   • ระบุความคลาดเคลื่อนที่ประหยัด:อ้างอิงถึงมาตรฐานความแม่นยำปานกลางใน ISO 2768 เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เกินข้อกำหนด
4. การกำหนดมาตรฐานและการออกแบบโมดูลาร์
   • รวมคุณลักษณะขนาด:ใช้ขนาดดอกสว่านมาตรฐาน (เช่น รูเกลียว M6, M8) แทนรูที่ไม่ได้มาตรฐาน เพื่อลดความถี่ในการเปลี่ยนเครื่องมือ
   • การสลายตัวแบบแยกส่วน: แบ่งชิ้นส่วนที่ซับซ้อนออกเป็นส่วนประกอบย่อยที่เรียบง่ายกว่า ซึ่งสามารถแยกชิ้นส่วนออกจากกัน จากนั้นจึงประกอบโดยใช้สลักเกลียวหรือการเชื่อม ตัวอย่างเช่น เปลือกที่มีช่องลึกสามารถแบ่งออกเป็น "ตัวเครื่องหลัก + แผ่นปิด" ได้
   • การออกแบบอินเทอร์เฟซสากล:ใช้หน้าแปลน รูกุญแจ หรือโครงสร้างแบบ snap-fit ​​มาตรฐาน เพื่อลดความจำเป็นในการใช้เครื่องมือแบบกำหนดเอง
5. การเพิ่มประสิทธิภาพการตัดเฉือนโดยใช้ซอฟต์แวร์ช่วย
   • การจดจำคุณสมบัติอัตโนมัติของ CAM:ใช้ซอฟต์แวร์เพื่อระบุคุณสมบัติต่างๆ เช่น รูและช่องโดยอัตโนมัติ เพื่อลดเวลาในการตั้งโปรแกรม ตัวอย่างเช่น ฟังก์ชั่นการจดจำคุณสมบัติใน Fusion 360 สามารถลดเวลาในการตั้งโปรแกรมลงได้ 30%
   • การเพิ่มประสิทธิภาพเส้นทางเครื่องมือ:ใช้กลยุทธ์การตัดเฉือนความเร็วสูง (HSM) เช่น การป้อนเครื่องมือแบบเกลียวและการตัดอย่างต่อเนื่อง เพื่อลดเวลาในการไม่ตัด ตัวอย่างเช่น เส้นทางที่ปรับให้เหมาะสมสามารถลดเวลาการตัดเฉือนลงได้ 15%
   • การตรวจสอบการจำลอง:ใช้เครื่องจักรเสมือนจริงเพื่อตรวจสอบการรบกวนและการตัดเกิน หลีกเลี่ยงเศษจากการทดลองตัด
6. ปรับสมดุลระหว่างความเบาและความแข็งแกร่ง
   • การเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยีและการกลวง:ใช้การวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEA) เพื่อกำหนดเส้นทางโหลดและเก็บรักษาเฉพาะวัสดุที่จำเป็น (เช่น โครงสร้างกระดูกเลียนแบบทางชีวภาพ)
   • การอบชุบด้วยความร้อนเฉพาะจุดเพื่อการเสริมความแข็งแกร่ง: ใช้การชุบแข็งด้วยเลเซอร์กับบริเวณที่มีความเครียดสูง (เช่น รากฟันเฟือง) แทนการใช้ความร้อนโดยรวม
   • การผสมผสานกระบวนการแบบไฮบริด: หลังจากการใช้เครื่องจักร CNC ในโครงสร้างหลักแล้ว ให้เพิ่มกริดน้ำหนักเบาผ่านการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ (การพิมพ์ 3 มิติ) เพื่อสร้างความสมดุลระหว่างการลดน้ำหนักและความแข็งแกร่ง

• การวิเคราะห์ DFM (การออกแบบเพื่อการผลิต): สื่อสารกับโรงงานตัดเฉือนในขั้นตอนการออกแบบเบื้องต้นเพื่อระบุคุณลักษณะที่มีต้นทุนสูง
• การเรียงลำดับลำดับความสำคัญ: ปรับให้เหมาะสมตามลำดับ "ของเสียที่เป็นวัสดุ> เวลาการตัดเฉือน> หลังการประมวลผล"
• การตรวจสอบต้นแบบ: ทดสอบฟังก์ชันการทำงานด้วยการพิมพ์ 3 มิติหรือต้นแบบ CNC แบบธรรมดา เพื่อหลีกเลี่ยงการทำงานซ้ำหลังการผลิตจำนวนมาก

ด้วยการใช้กลยุทธ์ข้างต้น ต้นทุนการตัดเฉือน CNC จะลดลง 20%-50% ในขณะที่มั่นใจในฟังก์ชันการทำงาน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับความต้องการลดต้นทุนในการผลิตจำนวนมากหรือชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อนสูง