CNC işlemenin sürekli gelişen ortamında, üreticiler sürekli olarak hassas parçalar üretmek için en verimli ve ekonomik süreci seçme kararıyla karşı karşıya kalıyor. İki temel çıkarımlı üretim tekniği, tornalama ve frezeleme, uzun süredir atölyede hakim durumda. Ancak genellikle çoklu görev veya freze torna teknolojisi olarak adlandırılan torna freze kompozit işlemenin yükselişi, geleneksel sınırları bulanıklaştırdı. Bu hibrit yaklaşım, döner iş parçalarını döner kesici takımlarla birleştirerek hem tornalama hem de frezeleme işlemlerinin tek bir makinede gerçekleştirilmesine olanak tanır. Üretim yöneticileri ve atölye sahipleri için temel soru, teknolojinin işe yarayıp yaramadığı değil, gerçekten ne zaman işe yaradığıdır. Tornalı freze kompozit işlemenin bağımsız tornalama veya frezelemeden daha uygun maliyetli hale geldiği kesin koşulları anlamak, üretim ekonomisini optimize etmek için çok önemlidir.
Tornalama ve frezelemenin geleneksel ayrımı geometrik ve kinematik farklılıklarından kaynaklanmaktadır. Tornalama, silindirik bir iş parçasını sabit tek noktalı bir kesici takıma karşı döndürür ve şaftlar, halkalar ve burçlar gibi eşmerkezli özelliklerin üretilmesinde mükemmeldir. Öte yandan frezeleme, çok noktalı bir kesici takımı sabit bir iş parçasına karşı döndürerek karmaşık konturları, düz yüzeyleri, cepleri ve dönmeyen geometrileri işler. Onlarca yıldır, hem silindirik hem de prizmatik özellikler gerektiren parçalar, genellikle iş parçalarının tornalar ve freze makineleri arasında aktarılmasını sağlayan birden fazla kurulum gerektirdi. Her aktarım, hizalama hatalarına, fikstür maliyetlerine, boşta kalan makine süresine ve birikmiş toleranslara neden olur. Geleneksel yaklaşım, bir CNC torna tezgahında kaba tornalamayı, ardından bir VMC'de frezeleme işlemlerini ve belki de son pasolar için ikincil tornalamayı içerebilir. Bu adımlar arasında operatörlerin parçayı ölçmesi, yeniden konumlandırması ve yeniden referans vermesi gerekir; bu da işçilik saatlerini tüketir ve hurda riskine neden olur.
Tornalı değirmen kompozit makineleri, tüm işlemleri tek bir kurulumda gerçekleştirerek bu ara adımları ortadan kaldırır. Tipik bir freze torna merkezi, tornalama için iş parçasını tutan ve döndüren bir iş milini, freze takımlarının bağımsız olarak dönmesine olanak tanıyan tahrikli bir takımlama sistemi ile birleştirir. Makine, düz frezeleme, çapraz delik delme veya kama kanallarını işleme için iş milini hassas bir açısal konuma indeksleyebilir. Daha gelişmiş makinelerde, geriye doğru işleme için ikinci bir iş mili ve beş eksenli eşzamanlı işlemeyi mümkün kılan bir B ekseni devirme takım kafası bulunur. Hemen elde edilen fayda, kullanım süresinin azalması ve yeniden sabitleme hatalarının ortadan kaldırılmasıdır. Bununla birlikte, bir torna freze makinesinin yatırım maliyeti, bağımsız bir torna veya freze makinesinin yatırım maliyetini önemli ölçüde aşmaktadır. Bu nedenle maliyet etkinliği denklemi, kurulum süresi, çevrim süresi ve kalite iyileştirmedeki tasarrufların, daha yüksek makine saatlik ücretinden daha ağır basıp basmadığına bağlıdır.
Torna frezelemenin daha ekonomik olduğu açık bir senaryo, çok sayıda tornalama ve frezeleme özelliğine sahip karmaşık parçaların orta ila yüksek hacimlerde üretilmesidir. Silindirik bir dış şekle, dişli uçlara, iç deliklere, enine bağlantı noktalarına ve düz montaj yüzeylerine sahip bir hidrolik valf gövdesini düşünün. Ayrı makinelerde parça, her biri özel fikstürlere ve veri hizalamasına sahip üç veya dört kurulum gerektirebilir. Toplam üretim süresi parça başına yirmi dakika olabilir; kenetleme, kelepçeyi açma ve makineler arasında hareket etme için kesilmeden beş dakika süre verilebilir. Bir torna freze makinesi aynı parçayı tüm işlemler dahil olmak üzere on iki dakikada tamamlayabilir çünkü parça hiçbir zaman iş parçasının dışına çıkmaz. Torna freze makinesinin saatlik hızı geleneksel torna tezgahının iki katı olsa bile parça başına toplam maliyet genellikle yüzde otuz ila kırk oranında düşer. Anahtar eşik, özellik yönelimlerinin sayısı olarak tanımlanan karmaşıklık indeksidir. Bir parça birden fazla düzlemde ve çapta özellikler gerektirdiğinde, birden fazla kurulumun maliyeti, yüksek amortize edilmiş sermaye maliyetini hızla aşar.
Diğer bir olumlu durum ise parçaların tornalanmış ve frezelenmiş özellikler arasında sıkı eşmerkezlilik veya diklik gereksinimlerine sahip olmasıdır. Bağımsız makinelerde, yeniden konumlandırma kaçınılmaz olarak küçük veri kaymalarına neden olur. Bir müşteri, tornalanmış çapa göre gerçek konumun 0,0005 inç dahilinde bir çapraz delik talep ederse, bunu iki makinede başarmak zordur ve kapsamlı problama ve telafi gerektirebilir. Tornalı freze kurulumunda tüm özellikler aynı bağlama olayına referans verir, dolayısıyla geometrik ilişkiler operatörün becerisinden ziyade makinenin doğasında olan doğrulukla belirlenir. Hurda ve yeniden işlemede ortaya çıkan azalma, özellikle titanyum, inconel veya tıbbi sınıf paslanmaz çelik gibi pahalı malzemeler için daha yüksek makine hızını haklı gösterebilir. Havacılık aktüatörleri, ortopedik implantlar veya yakıt sistemi parçaları gibi yüksek değerli bileşenler için, ilk parça doğruluğuna duyulan güven, dakika başına maliyet hususlarından daha ağır basmaktadır.
Düşük hacimli üretim ve prototip oluşturma da farklı nedenlerden dolayı torna freze teknolojisinden yararlanır. Beş ila elli parçalık sipariş alan atölyeler genellikle geleneksel makinelerde aşırı kurulum süresiyle karşı karşıya kalıyor. Üç farklı makine için programlama, takım ayarı ve fikstür hazırlığı dört saat sürebilirken gerçek kesim yalnızca iki saat sürer. Bir torna freze makinesi, tüm işi bir saatlik kurulum ve bir buçuk saatlik işleme ile birleştirebilir. Başabaş noktası, kurulum süresindeki azalmanın artan işleme maliyetini aşması durumunda ortaya çıkar. On parçalık bir parti büyüklüğü için, kurulum amortismanı da dahil olmak üzere parça başına toplam süre, geleneksel makinelerde otuz dakika, torna değirmeninde ise on iki dakika olabilir. Daha yüksek saatlik ücretle bile iş daha karlı hale gelir. Üstelik prototipler sıklıkla tasarım revizyonlarına tabi tutulur. Bir torna freze programı, frezelenmiş bir yuva veya tornalanmış bir oluk eklemek üzere hızlı bir şekilde değiştirilebilir; oysa üç ayrı makine programını değiştirmek ve revizyonları koordine etmek önemli risk ve gecikmeye neden olur.
Ancak torna frezeleme kompozit işleme her zaman çözüm değildir. Düz veya deliksiz basit şaftlar gibi saf tornalama işleri için, yüksek üretimli bir CNC torna tezgahı çok daha uygun maliyetli olmaya devam eder. Torna tezgahı daha düşük sermaye maliyetine, daha basit takımlamaya, daha hızlı iş mili ivmesine ve daha yüksek talaş kaldırma oranlarına sahiptir. Bu tür parçalara frezeleme yeteneğinin eklenmesi yalnızca döngü süresini artıracaktır çünkü tahrikli takımlama sistemi, özel bir frezeleme iş milinden daha düşük maksimum hıza sahip olabilir. Benzer şekilde, alüminyum braketler veya kalıp plakaları gibi tamamen frezelenmiş parçalar için, yüksek hızlı iş millerine ve hızlı takım değiştiricilere sahip bir dikey işleme merkezi, bir torna freze makinesinden daha iyi performans gösterir. İkincisi, tornalamaya dayalı bir mimarinin doğasında olan kısıtlamalar nedeniyle sıklıkla bir miktar frezeleme sertliğinden fedakarlık eder. Düşük hızlarda takım çıkıntısı ve sınırlı tork, ağır frezeleme kesimlerini daha az verimli hale getirebilir.
Ayrı makinelerin avantajlı olduğu diğer bir senaryo ise aşırı yüksek hacimli basit parçalardır. Elli bin parça halinde üretilen otomotiv tekerlek somunlarını veya yatak halkalarını düşünün. Çubuk besleyicili ve portal yükleyicili otomatik tornalama merkezleri otuz saniyenin altındaki çevrim sürelerine ulaşabilir. Her parçada gerekmeyen frezeleme işlemlerinin eklenmesi, süreci gereksiz yere karmaşık hale getirecektir. İkincil frezelemeye ihtiyaç duyulsa bile, çok görevli bir makine yerine özel bir frezeleme hücresi veya transfer hattı kullanmak genellikle ekonomik açıdan mantıklıdır. Tornalı freze makinesindeki ekstra eksen yükü ve kontrol karmaşıklığı, bakım maliyetlerini artırır ve yüksek düzeyde optimize edilmiş seri üretimde çalışma süresini azaltır.
Malzeme türü de kararı etkiler. Yüzeyi sertleştirilmiş çeliklerin veya ısıl işlem görmüş alaşımların sert tornalanması, özel bir torna tezgahının yüksek sertliğinden yararlanır. Tornalı freze makineleri, özellikle de B eksen kafalı olanlar, daha fazla bağlantı noktasına ve potansiyel uyumluluğa sahiptir. Rene 88 veya Waspaloy gibi egzotik malzemeleri işlerken kesme kuvvetleri oldukça yüksektir. Sert kutu yolu yapısına sahip bağımsız ağır hizmet tipi bir torna tezgahı, daha iyi yüzey kalitesi ve daha uzun takım ömrü sağlayabilir. Bunun tersine, pirinç, plastik veya alüminyum gibi daha yumuşak malzemeler için daha düşük kesme kuvvetleri, torna frezeleme makinelerini mükemmel şekilde uygun hale getirir ve karmaşık parçaları tek seferde tamamlama yeteneği son derece çekici hale gelir.
Tornalı freze kompozit işlemenin maliyet etkinliği aynı zamanda vasıflı işgücünün mevcudiyetine de bağlıdır. Birçok mağaza deneyimli kurulum personeli sıkıntısıyla karşı karşıyadır. Bir makinisti tek turlu bir freze makinesini çalıştıracak şekilde eğitmek, bir kişiyi hem tornalama hem de frezelemede ayrı ayrı uzmanlaşacak ve iş akışlarını koordine edecek şekilde eğitmekten genellikle daha kolaydır. Birleştirilmiş süreç, kararların, araç atamalarının ve inceleme adımlarının sayısını azaltır. Sınırlı vasıflı işçiye sahip bir atölye için yüksek makine fiyatı, parça başına daha düşük işçilik maliyetleriyle dengelenebilir. Ayrıca zemin alanından tasarruf da gözle görülür düzeydedir. Bir torna freze makinesi, tek bir torna tezgahıyla kabaca aynı alanı kaplar, ancak iki veya üç geleneksel makinenin yerini alabilir. Pahalı endüstriyel emlak piyasalarında bu alan verimliliği ekonomik gerekçeyi artırmaktadır.
Modern yazılım ilerlemeleri dengeyi daha da bozdu. Çok görevli makineler için makine simülasyonu ve son işleme özelliğine sahip CAM sistemleri önemli ölçüde olgunlaştı. Bir zamanlar mağazaları torna değirmeni teknolojisini benimsemekten caydıran programlama karmaşıklığı azaldı. Orta düzeyde karmaşıklığa sahip parçalar için yetenekli bir programcı, ayrı tornalama ve frezeleme operasyonlarını programlamaktan yalnızca biraz daha fazla sürede bir torna frezeleme programı oluşturabilir. Atölyedeki kurulum süresinin azalmasıyla birleştiğinde, toplam mühendislik yarı zamanlıya doğru daralır. Tornalı freze makinelerini benimseyen atölyeler genellikle daha kısa teslimat süreleri teklif edebildiklerini ve hızlı geri dönüş gerektiren siparişleri kazanabildiklerini görüyorlar.
Gerçek dünyadan örnekler başabaş noktasını göstermektedir. Bir pnömatik bağlantı parçası üreticisi, tornalanmış gövdeli, frezelenmiş altıgenli, çapraz delikli ve dişli delikli bir pirinç bileşen üretti. Bir torna ve freze makinesinde, iki operatör ve üç kurulumla toplam çevrim süresi parça başına sekiz dakikaydı. Parça başına maliyet, her makine için saat başına seksen dolarlık varsayılan mağaza ücretiyle dokuz dolardı. Saatte yüz altmış dolarlık atölye ücretine sahip bir torna freze makinesi, parça başına sekiz dolara mal olarak parçayı üç dakikada tamamladı. Parti büyüklüğü arttıkça tasarruflar da arttı. Beş yüz parçalık bir parti için toplam tasarruf beş yüz dolara ulaştı. Bu tür parçalardan tasarruf karşılığında iki yüz bin dolara mal olan bir torna freze makinesinin geri ödeme süresi kabaca sekiz yüz parti veya dört yüz bin parça olacaktır. Ancak bir mağaza farklı parça ailelerini çalıştırdığında, birçok işteki birikimli tasarruflar geri ödemeyi hızlandırır.
Aşırı uzunluk/çap oranlarına sahip parçalar için torna freze makineleri uygun olmayabilir. Uzun ince şaftlar frezeleme işlemleri sırasında çatırdama riski taşır çünkü iş parçası ayna tarafından yalnızca bir uçtan tutulur. Destek tablası olan özel bir freze makinesi veya mezar taşları olan yatay bir değirmen bu tür parçaları daha iyi işleyebilir. Benzer şekilde, boşlukların derinliklerinde kapsamlı iç frezeleme gerektiren parçalar, uzun erişimli takımlara sahip bir işleme merkezine hâlâ daha uygun olabilir. Tornalı freze makineleri, frezelenen özellikler dış yüzeylerde veya parçanın aynaya yakın yüzeylerinde olduğunda üstün performans gösterir.
Yüksek hassasiyetli tıbbi cihazlar alanında torna freze makineleri standart haline geldi. Tipik bir kemik vidası, dikiş bağlantısı için döndürülmüş dişleri, frezelenmiş tahrik özelliklerini ve çapraz delikleri birleştirir. Diş ile tahrik özelliği arasında gereken eşmerkezlilik kritik öneme sahiptir. Torna ve freze arasında geçiş yapmak salgı hatalarına neden olur. Tornalı freze teknolojisi bu vidaları tek sıkma işleminde üreterek tutarlı bir şekilde on mikronun altındaki toleranslara ulaşır. Tıbbi üretimde reddedilen bir vidanın maliyeti yalnızca malzeme maliyeti değil aynı zamanda yasal izlenebilirlik ve risktir. Bu nedenle, torna frezelemenin gerçek maliyet etkinliği, basit saatlik karşılaştırmalarda sıklıkla gözden kaçırılan bir faktör olan kalite hatalarının önlenmesini içerir.
CNC işlemenin geleceği, çoklu görevin daha fazla benimsenmesine işaret ediyor, ancak evrensel değiştirme değil. Ekleme ve çıkarma yeteneklerini birleştiren hibrit makineler ortaya çıkıyor, ancak temel tornalama mı frezeleme mi kararı hala geçerliliğini koruyor. Herhangi bir üretici için en uygun maliyetli strateji, özellik kümesini, hacmi, toleransı, malzemeyi ve işçilik bağlamını analiz etmeyi içerir. Endüstri verilerinden genel bir kural ortaya çıktı: Bir parça ayrı makinelerde ikiden fazla kurulum gerektiriyorsa veya silindirik bir ham parçanın üç veya daha fazla yüzeyinde frezelenmiş unsurlar varsa, torna frezeleme kompozit işleme muhtemelen daha ucuzdur. Torna ve frezedeki toplam işleme süresi on iki dakikayı geçiyorsa ve parça miktarı elli parçanın üzerindeyse torna frezesini araştırın. Frezeleme gerektirmeyen basit döner parçalar için tornalamayla kalın. Herhangi bir silindirik özelliği olmayan tamamen prizmatik parçalar için frezelemeyi tercih edin.
Üreticiler aynı zamanda proses envanterinde daha az çalışma, daha az taban alanı ve daha hızlı mühendislik değişiklikleri gibi ikincil faydaları da göz önünde bulundurmalıdır. Bu yumuşak tasarruflar genellikle sınırda kalan durumlarda teraziyi değiştirir. Çok görevli makinelerin fiyatı giderek azaldıkça ve kontrol yazılımı daha sezgisel hale geldikçe, başabaş noktası torna frezeleme kompozit işleme lehine değişiyor. Bir zamanlar havacılık ve tıp endüstrileri için niş bir teknoloji olan bu teknolojiye artık otomotiv tedarikçileri, genel atölyeler ve hatta kısa vadeli prototip oluşturma tesisleri tarafından erişilebilmektedir. Karar artık yalnızca dakika başına makine oranlarıyla ilgili değil, aynı zamanda montaja hazır bitmiş bir parça üretmenin toplam maliyetiyle de ilgili. Bu toplam maliyet, birden fazla kurulum ile tek bir kurulum karşılaştırılarak dürüst bir şekilde hesaplandığında, torna frezelemenin daha uygun maliyetli hale geleceği an, birçok mağaza sahibinin beklediğinden daha erken gelir. Hadde torna merkezlerini üretim akışlarına zaten entegre etmiş olanlar, teslim sürelerinin azaldığını, kalitenin arttığını ve karmaşık parçaları rekabetçi bir şekilde daha iyi teklif etme becerisinin olduğunu bildiriyor. Tornalama ve frezelemeyi katı bir şekilde ayırma çağı, yerini hibrit bir zihniyete bırakıyor; burada soru hangi makinenin satın alınacağı değil, hangi süreç kombinasyonunun gerekli kalitede en düşük parça maliyetini sağladığıdır. Artan sayıda uygulama için bu cevap torna frezeleme kompozit işlemedir.
