1 Metodo di Ricerca 

1.1 Approccio alla Progettazione

Lo studio ha valutato come specifiche decisioni geometriche e di tolleranza influenzano il costo della lavorazione CNC. Sono state selezionate tre categorie di parti rappresentative:

1. involucri a parete sottile,

2. alberi di precisione,

3. staffe funzionali realizzate in alluminio 6061-T6, acciaio inossidabile 304 e POM.

Ogni categoria è stata modellata con caratteristiche variabili, tra cui profondità delle tasche, raggio di raccordo, numero di fori, geometria dello smusso e ampiezza della banda di tolleranza. Tutte le variazioni delle caratteristiche sono state progettate per corrispondere ai vincoli industriali comunemente riscontrati e agli intervalli di capacità dei fornitori.

1.2 Fonti dei Dati

I dati provengono da:

• registri dei tempi ciclo ottenuti da centri di lavoro verticali a tre e quattro assi utilizzati nella produzione di routine,
• misurazioni dell'usura degli utensili raccolte tramite pre-settaggi,
• simulazioni del percorso utensile generate da CAM basate su Mastercam 2024,
• fogli di riepilogo dei costi forniti dal reparto di pianificazione della produzione.

Per garantire la coerenza, tutti i parametri di lavorazione sono stati normalizzati utilizzando la stessa qualità dell'utensile da taglio, la finestra di velocità del mandrino e le condizioni del refrigerante.

1.3 Strumenti e Riproducibilità

L'esperimento ha utilizzato:

• Mastercam 2024 per la generazione del percorso utensile,
• micrometri digitali Mitutoyo per la convalida dimensionale,
• un modello di costo standardizzato (manodopera, costo orario della macchina, costo del materiale, costo degli utensili).

Il flusso di lavoro è completamente replicabile applicando geometrie CAD identiche, impostazioni CAM e materiale grezzo.

2 Risultati e Analisi

2.1 Confronto dei Tempi Ciclo

La Tabella 1 riassume la variazione del tempo ciclo quando si semplificano le caratteristiche non funzionali.
(Nel documento finale, utilizzare una tabella a tre righe con allineamento e unità corrette.)

Tabella 1 Riduzione delle Caratteristiche vs. Variazione del Tempo Ciclo

I risultati indicano che le tasche semplificate e i raggi standardizzati riducono significativamente le passate di lavorazione. Tasche più profonde e piccoli raggi personalizzati hanno mostrato la più alta correlazione con l'aumento dell'usura degli utensili e l'estensione dei cicli di sgrossatura/finitura.

2.2 Impatto della Tolleranza

L'ampliamento delle bande di tolleranza da ±0,01 mm a ±0,05 mm ha ridotto il tempo di finitura del 14–19%. I passaggi di compensazione della deflessione dell'utensile sono stati ridotti di conseguenza e sono state necessarie meno iterazioni di ispezione.

2.3 Confronto con i Risultati Esistenti

Studi esistenti sulla modellazione dei costi CNC riportano tendenze simili nella relazione tra bande di tolleranza e tempo di finitura. L'esperimento conferma queste osservazioni e quantifica il beneficio per la produzione multi-materiale.

3 Discussione

3.1 Interpretazione dei Risultati

La maggior parte delle riduzioni dei costi deriva dalla semplificazione del percorso utensile e dall'ottimizzazione dell'ingaggio dell'utensile. Raggi maggiori consentono strategie ad alta velocità di avanzamento, riducendo l'usura degli utensili. L'allargamento della tolleranza diminuisce direttamente le passate di finitura, soprattutto per i componenti in acciaio inossidabile dove la resistenza al taglio è elevata.

3.2 Limitazioni

• Sono stati valutati solo tre materiali; non sono state incluse leghe resistenti al calore e titanio.
• La lavorazione a cinque assi è stata esclusa, il che limita l'applicabilità a geometrie aerospaziali complesse.
• La modellazione dei costi ha ipotizzato tariffe di manodopera ed elettricità stabili, che possono differire tra le regioni.

3.3 Implicazioni Pratiche

I produttori che progettano parti CNC per una produzione rapida possono incorporare questi suggerimenti DFM per ridurre il costo per unità senza alterare le prestazioni strutturali. La standardizzazione dei raggi e la regolazione delle tolleranze non critiche sono particolarmente efficaci in lotti inferiori a 500 pezzi/mese.

4 Conclusione

La valutazione dimostra che l'uso coerente delle linee guida DFM—semplificazione geometrica, raggi ottimizzati e bande di tolleranza ragionevoli—riduce i costi di lavorazione principalmente attraverso la diminuzione del tempo ciclo e dell'utilizzo degli utensili. Questi risultati supportano future applicazioni nella riprogettazione dei componenti e nel benchmarking dei fornitori. Ulteriori ricerche potrebbero espandersi alla lavorazione multi-asse e alle leghe complesse.