În peisajul în continuă evoluție al prelucrării CNC, producătorii se confruntă în mod constant cu decizia de a selecta cel mai eficient și mai economic proces pentru producerea pieselor de precizie. Două tehnici fundamentale de fabricație subtractivă, strunjirea și frezarea, au dominat de mult timp atelierul. Cu toate acestea, creșterea prelucrării compozite a frezei de strunjire, denumită adesea tehnologie multitasking sau tehnologie de strunjire a frezei, a estompat granițele tradiționale. Această abordare hibridă combină piesele de prelucrat rotative cu scule de tăiere rotative, permițând atât operațiunile de strunjire, cât și de frezare să fie efectuate pe o singură mașină. Întrebarea centrală pentru managerii de producție și proprietarii de ateliere de lucru nu este dacă tehnologia funcționează, ci când dă cu adevărat roade. Înțelegerea condițiilor precise în care prelucrarea compozitelor cu freza de strunjire devine mai rentabilă decât strunjirea sau frezarea de sine stătătoare este esențială pentru optimizarea economiei de producție.
Separarea tradițională a strunjirii și frezării provine din diferențele lor geometrice și cinematice. Strunjirea rotește o piesă de prelucrat cilindrică împotriva unei scule de tăiere staționare cu un singur punct, excelând la producerea de caracteristici concentrice, cum ar fi arbori, inele și bucșe. Frezarea, pe de altă parte, rotește o unealtă de tăiere multipunct împotriva unei piese de prelucrat staționare, manipulând contururi complexe, suprafețe plane, buzunare și geometrii fără rotație. Timp de decenii, piesele care necesitau atât caracteristici cilindrice, cât și prismatice au necesitat configurații multiple, transferând adesea piesele de prelucrat între strunguri și mașini de frezat. Fiecare transfer introduce erori de aliniere, costuri de fixare, timp inactiv al mașinii și toleranțe acumulate. Abordarea convențională poate implica strunjirea brută pe un strung CNC, urmată de operații de frezare pe un VMC și, probabil, strunjirea secundară pentru trecerile de finisare. Între acești pași, operatorii trebuie să măsoare, să repoziționeze și să facă referire la piesa, consumând ore de muncă și riscând deșeuri.
Mașinile compozite pentru freza de strunjire elimină acești pași intermediari efectuând toate operațiunile într-o singură configurație. Un centru de strunjire obișnuit al frezei combină un ax care ține și rotește piesa de prelucrat pentru strunjire, cu un sistem de scule acţionate care permite frezelor să se rotească independent. Mașina poate indexa axul de lucru într-o poziție unghiulară precisă pentru frezatul plat, găurirea transversală sau prelucrarea canelurilor. Mașinile mai avansate dispun de un al doilea ax pentru lucru pe spate și un cap de sculă cu înclinare a axei B care permite prelucrarea simultană pe cinci axe. Beneficiul imediat este reducerea timpului de manipulare și eliminarea erorilor de reinstalare. Cu toate acestea, costul de investiție al unei mașini de frezat cu strunjire îl depășește semnificativ pe cel al unui strung de sine stătător sau al unei mașini de frezat. Prin urmare, ecuația rentabilității depinde dacă economiile în timpul de configurare, timpul ciclului și îmbunătățirea calității depășesc rata orară mai mare a mașinii.
Un scenariu clar în care frezarea prin strunjire se dovedește mai economică este producția de piese complexe cu numeroase caracteristici de strunjire și frezare în volume medii până la mari. Luați în considerare un corp de supapă hidraulic care are o formă exterioară cilindrică, capete filetate, găuri interne, orificii transversale și suprafețe de montare plane. Pe mașini separate, piesa poate necesita trei sau patru setări, fiecare cu dispozitive de fixare dedicate și aliniere a datelor. Timpul total de producție ar putea fi de douăzeci de minute pe piesă, cu cinci minute de timp fără tăiere pentru prindere, deblocare și deplasare între mașini. O mașină de freza de strunjire poate finaliza aceeași piesă în douăsprezece minute, inclusiv toate operațiunile, deoarece piesa nu părăsește niciodată suportul de lucru. Chiar dacă rata orară a mașinii de strunjire este dublă față de un strung convențional, costul total pe piesă scade adesea cu treizeci până la patruzeci de procente. Pragul cheie este indicele de complexitate definit ca numărul de orientări ale caracteristicilor. Odată ce o piesă necesită caracteristici pe mai multe planuri și diametre, costul general al mai multor setări depășește rapid costul de capital amortizat mai mare.
O altă condiție favorabilă este atunci când piesele au cerințe stricte de concentricitate sau perpendicularitate între caracteristicile strunjite și frezate. Pe mașinile independente, repoziționarea introduce inevitabil schimbări minore de date. Dacă un client solicită o gaură transversală la 0,0005 inci din poziția reală în raport cu un diametru struns, realizarea acestui lucru pe două mașini este o provocare și poate necesita sondare extinsă și compensare. Într-o configurație a frezei de strunjire, toate caracteristicile fac referire la același eveniment de strângere, astfel încât relațiile geometrice sunt determinate de precizia inerentă a mașinii, mai degrabă decât de priceperea operatorului. Reducerea rezultată a deșeurilor și a reprelucrării poate justifica rata mai mare a mașinii, în special pentru materiale scumpe precum titanul, inconelul sau oțelul inoxidabil de calitate medicală. Pentru componentele de mare valoare, cum ar fi actuatoarele aerospațiale, implanturile ortopedice sau piesele sistemului de combustibil, încrederea în acuratețea primei părți depășește considerațiile de cost pe minut.
Producția în volum redus și prototiparea beneficiază, de asemenea, de tehnologia frezei de turnare, deși din diferite motive. Atelierele care primesc comenzi de la cinci până la cincizeci de piese se confruntă adesea cu timp de configurare excesiv pe mașinile convenționale. Programarea, setarea sculelor și pregătirea dispozitivelor de fixare pentru trei mașini diferite ar putea dura patru ore, în timp ce tăierea reală durează doar două ore. O mașină de frezat cu strunjire poate consolida întreaga lucrare într-o oră de configurare și o oră și jumătate de prelucrare. Punctul de rentabilitate apare atunci când reducerea timpului de configurare depășește costul crescut de prelucrare. Pentru o dimensiune a lotului de zece părți, timpul total per parte, inclusiv amortizarea configurației, poate fi de treizeci de minute pe mașinile convenționale față de douăsprezece minute pe o freză de strunjire. Chiar și cu un tarif orar mai mare, jobul devine mai profitabil. Mai mult decât atât, prototipurile sunt adesea supuse unor revizuiri de design. Un program de freza de strunjire poate fi modificat rapid pentru a adăuga o fantă frezată sau o canelură strungită, în timp ce schimbarea a trei programe separate de mașină și revizuirile coordonate introduce riscuri și întârzieri semnificative.
Cu toate acestea, prelucrarea compozitelor cu freza de turnare nu este întotdeauna răspunsul. Pentru lucrări de strunjire pură, cum ar fi arbori simpli fără plată sau găuri, un strung CNC de mare producție rămâne mult mai rentabil. Strungul are un cost de capital mai mic, unelte mai simple, accelerație mai rapidă a arborelui și rate mai mari de îndepărtare a materialului. Adăugarea capacității de frezare la astfel de piese ar crește doar timpul ciclului, deoarece sistemul de scule antrenat poate avea o viteză maximă mai mică decât un ax de frezare dedicat. În mod similar, pentru piesele care sunt pur frezate, cum ar fi suporturile din aluminiu sau plăcile de matriță, un centru de prelucrare vertical cu axe de mare viteză și schimbătoare rapide de scule depășește o mașină de freza de strunjire. Acesta din urmă sacrifică adesea o anumită rigiditate la frezare din cauza constrângerilor inerente ale unei arhitecturi bazate pe strunjire. Contopirea sculei și cuplul limitat la viteze mici pot face tăierile grele de frezare mai puțin eficiente.
Un alt scenariu în care mașinile separate au avantajul este piesele simple cu volum extrem de mare. Luați în considerare piulițele pentru roți sau inelele de rulmenți produse în tiraje de cincizeci de mii de bucăți. Centrele de strunjire automate cu alimentatoare de bare și încărcătoare portal pot atinge timpi de ciclu sub treizeci de secunde. Adăugarea de operațiuni de frezare care nu sunt necesare pentru fiecare parte ar complica procesul inutil. Chiar dacă este nevoie de o frezare secundară, este adesea logic să folosiți o celulă de frezare dedicată sau o linie de transfer, mai degrabă decât o mașină multitasking. Suprafața axelor suplimentare și complexitatea controlului pe o mașină de frezat cu strunjire adaugă costurilor de întreținere și reduce timpul de funcționare în producția de masă extrem de optimizată.
Tipul de material influențează și decizia. Strunjirea dură a oțelurilor cementate sau a aliajelor tratate termic beneficiază de rigiditatea ridicată a unui strung dedicat. Mașinile de frezat de strunjire, în special cele cu capete pentru axa B, au mai multe îmbinări și potenţial de conformitate. La prelucrarea produselor exotice precum Rene 88 sau Waspaloy, forțele de tăiere sunt substanțiale. Un strung de sine stătător pentru sarcini grele, cu o construcție rigidă, poate obține finisaje mai bune ale suprafeței și o durată de viață mai lungă a sculei. În schimb, pentru materiale mai moi, cum ar fi alama, materialele plastice sau aluminiul, forțele de tăiere mai mici fac ca mașinile de freza cu strunjire să fie perfect potrivite, iar capacitatea de a completa piese complexe dintr-o singură mișcare devine foarte atractivă.
Eficiența costurilor prelucrării compozite cu freza de turnare depinde, de asemenea, de disponibilitatea forței de muncă calificate. Multe magazine se confruntă cu o lipsă de personal experimentat. Pregătirea unui mașinist pentru a conduce o singură mașină de frezat este adesea mai ușor decât antrenarea pe cineva să stăpânească atât strunjirea, cât și frezarea separat și să coordoneze fluxurile de lucru. Procesul consolidat reduce numărul de decizii, alocări de scule și pași de inspecție. Pentru un magazin cu muncitori calificați limitat, prețul mai mare al mașinii poate fi compensat de costuri mai mici cu forța de muncă pe piesă. În plus, economiile de spațiu sunt tangibile. O mașină de frezat cu strunjire ocupă aproximativ aceeași amprentă ca un singur strung, dar poate înlocui două sau trei mașini convenționale. Pe piețele imobiliare industriale costisitoare, această eficiență a spațiului se adaugă la justificarea economică.
Progresele software moderne au înclinat și mai mult balanța. Sistemele CAM cu simulare de mașină și postprocesare pentru mașini multitasking s-au maturizat semnificativ. Complexitatea programării care a descurajat odată magazinele să adopte tehnologia frezei de turnare a scăzut. Pentru piesele cu complexitate moderată, un programator calificat poate crea un program de freza de strunjire în doar puțin mai mult timp decât programarea operațiunilor separate de strunjire și frezare. Atunci când este combinat cu timpul redus de configurare la atelier, totalul de inginerie la normă parțială se micșorează. Magazinele care adoptă mașini de frezat de strunjire constată adesea că pot oferi termene de livrare mai scurte și pot câștiga comenzi care necesită o livrare rapidă.
Exemplele din lumea reală ilustrează pragul de rentabilitate. Un producător de fitinguri pneumatice a produs o componentă din alamă cu un corp turnat, un hexagon frezat, o gaură perforată în cruce și un orificiu filetat. La un strung și o mașină de frezat, durata totală a ciclului a fost de opt minute pe bucată cu doi operatori și trei setări. Costul pe piesă a fost de nouă dolari la o rată estimată a magazinului de optzeci de dolari pe oră pentru fiecare mașină. O mașină de freza de strunjire cu o rată de magazin de o sută șaizeci de dolari pe oră a finalizat piesa în trei minute, costând opt dolari pe piesă. Economiile au crescut cu dimensiunea lotului. Pentru un lot de cinci sute de bucăți, economiile totale au ajuns la cinci sute de dolari. Perioada de rambursare pentru o mașină de freza de strunjire care costă două sute de mii de dolari față de economiile unor astfel de piese ar fi de aproximativ opt sute de loturi sau patru sute de mii de piese. Dar atunci când un magazin conduce diverse familii de părți, economiile cumulate pentru multe locuri de muncă accelerează amortizarea.
Pentru piesele cu rapoarte extreme dintre lungime și diametru, mașinile de freza cu strunjire pot să nu fie adecvate. Arborii lungi și subțiri riscă zgomot în timpul operațiunilor de frezare, deoarece piesa de prelucrat este ținută doar la un capăt de mandrina. O mașină de frezat dedicată cu o masă de sprijin sau o moară orizontală cu pietre funerare ar putea să se ocupe mai bine de astfel de piese. De asemenea, piesele care necesită frezare interioară extinsă adânc în interiorul cavităților pot fi totuși mai potrivite pentru un centru de prelucrare cu scule cu rază lungă. Mașinile de frezat cu strunjire excelează atunci când caracteristicile frezate sunt pe suprafețele exterioare sau pe fețele piesei, aproape de mandrina.
În domeniul dispozitivelor medicale de înaltă precizie, mașinile de freza de strunjire au devenit standardul. Un șurub tipic pentru os combină fire turnate, caracteristici de antrenare frezate și găuri transversale pentru atașarea suturii. Concentricitatea necesară între filet și caracteristica de antrenare este critică. Comutarea între strung și freză ar introduce erori de curățare. Tehnologia frezei de turnare produce aceste șuruburi într-o singură prindere, atingând în mod constant toleranțe sub zece microni. Costul unui șurub respins în producția medicală nu este doar costul materialului, ci și trasabilitatea și riscul de reglementare. Astfel, adevărata rentabilitate a frezării cu strunjire include evitarea defecțiunilor de calitate, un factor adesea trecut cu vederea în comparațiile simple pe oră.
Viitorul prelucrării CNC indică o mai mare adoptare a multitasking-ului, dar nu o înlocuire universală. Mașinile hibride care combină capacități aditive și subtractive sunt în curs de dezvoltare, dar decizia fundamentală de strunjire versus frezare rămâne. Strategia cea mai rentabilă pentru orice producător implică analiza setului de caracteristici, volumul, toleranța, materialul și contextul de muncă. Din datele din industrie a apărut o regulă generală: dacă o piesă necesită mai mult de două configurații pe mașini separate sau dacă are caracteristici frezate pe trei sau mai multe fețe ale unui semifabricat cilindric, prelucrarea compozitelor cu freza de strunjire este probabil mai ieftină. Dacă timpul total de prelucrare pe un strung plus o freză depășește douăsprezece minute și cantitatea de piese este peste cincizeci de bucăți, investigați moara de strunjire. Pentru piese rotative simple, fără frezare, rămâneți cu strunjirea. Pentru piesele pur prismatice fără caracteristici cilindrice, rămâneți cu frezare.
Producătorii ar trebui să ia în considerare, de asemenea, beneficiile secundare ale reducerii lucrărilor în inventarul de proces, spațiu mai mic al podelei și schimbări mai rapide de inginerie. Aceste economii slabe înclină adesea scara în cazuri limită. Pe măsură ce prețul mașinilor multitasking scade treptat, iar software-ul de control devine mai intuitiv, pragul de rentabilitate se schimbă în favoarea prelucrării compozite a frezei de turnare. Ceea ce a fost cândva o tehnologie de nișă pentru industria aerospațială și medicală este acum accesibilă furnizorilor de automobile, magazinelor generale de locuri de muncă și chiar facilităților de prototipare pe termen scurt. Decizia nu mai este doar despre tarifele pe minut ale mașinii, ci despre costul total pentru producerea unei piese finite gata de asamblare. Când costul total este calculat în mod onest, comparând mai multe configurații cu o singură configurație, momentul în care frezarea pe strunjire devine mai eficientă din punct de vedere al costurilor vine mai devreme decât se așteaptă mulți proprietari de magazine. Cei care au integrat deja centrele de transformare a morii în fluxul lor de producție raportează timpi de livrare redusi, calitate îmbunătățită și o capacitate mai bună de a cota piese complexe în mod competitiv. Epoca separării rigide a strunjirii și frezării face loc unei mentalități hibride, în care întrebarea nu este ce mașină să cumpere, ci ce combinație de procese oferă cel mai mic cost al piesei la calitatea cerută. Pentru un număr din ce în ce mai mare de aplicații, răspunsul este prelucrarea compozitelor pentru freza de turnare.
