How to Accurately Estimate and Optimize CNC Machining Time?

Le temps d'usinage CNC a un impact direct sur l'efficacité de la production, contrôle des coûts, et les calendriers de livraison, ce qui rend son estimation précise et son optimisation essentielles pour les fabricants. Que vous traitiez de petites pièces de précision ou de gros composants structurels, comprendre les facteurs qui influencent le temps d'usinage et maîtriser les méthodes de calcul pratiques peuvent réduire considérablement les déchets. Cet article décompose les principaux facteurs d'influence, logique de calcul étape par étape, et des stratégies d'optimisation exploitables pour vous aider à gérer efficacement le temps d'usinage CNC.

1. Facteurs fondamentaux qui influencent le temps d'usinage CNC

Le temps d'usinage n'est pas une valeur fixe : il dépend d'une combinaison de caractéristiques de la pièce., Propriétés des matériaux, paramètres de processus, et performances des équipements. Vous trouverez ci-dessous une répartition détaillée utilisant une structure de contraste et de chaîne causale:

1.1 Caractéristiques géométriques de la pièce

La complexité et la taille de la pièce déterminent directement la longueur du trajet de l'outil et la difficulté de coupe., créer une relation causale claire avec le temps d'usinage:

• Caractéristiques complexes (surfaces courbes, rainures étroites, Cavités profondes): Trajets d'outils plus longs et vitesses d'avance plus faibles (Pour assurer la précision) augmenter le temps de 30 à 60 % par rapport aux simples pièces plates. Par exemple, a deep cavity with a depth-to-diameter ratio >5:1 nécessite une coupe en couches, ajoutant 2 à 3 fois plus de temps qu'une cavité peu profonde.
• Petites traits (0.5 nervures de mm de large): Limité par l'accélération de la machine, ceux-ci prennent 1,5 à 2 fois plus de temps à usiner que les gros avions, même avec le même matériau et les mêmes paramètres.
• Pièces à parois minces: Une rigidité insuffisante force une profondeur de coupe réduite (pour éviter les vibrations), augmentation du temps d'usinage de 30 à 50 % (Par exemple, un 2 Le support en aluminium de mm d'épaisseur prend 40 minutes contre. 25 minutes pour un support solide).

1.2 Propriétés physiques des matériaux

Différents matériaux nécessitent différentes stratégies de coupe, qui affectent directement la vitesse et l’efficacité. Le tableau ci-dessous compare les principaux types de matériaux et leurs impacts temporels:

1.3 Combinaison de paramètres de processus

Vitesse de broche (S), taux d'alimentation (F), et profondeur de coupe (ap/ae) form an optimal ratio—any deviation increases time or reduces quality:

• Vitesse de broche (S) & taux d'alimentation (F): Too high causes tool chipping (requiring rework, adding time); too low leads to inefficiency. Par exemple, a steel part with S=3,000 RPM and F=0.1 mm/rev takes 30 minutes, but S=5,000 RPM (brouillage) ajouter 20 minutes of rework, while S=1,000 RPM (trop lentement) prendre des prises 60 minutes.
• Profondeur de coupe (ap/ae): Roughing can use maximum machine limits (Par exemple, ap=5 mm for steel), but finishing needs ae=0.1–0.3 mm (pour assurer la finition de la surface)—finishing alone adds 10–15% of total time for precision parts.

1.4 Machine-outil & Opérations auxiliaires

Old equipment and time-consuming auxiliary tasks often become bottlenecks:

• Machine tool dynamic characteristics: Old machines have servo response lag—G00 rapid movement takes 20–30% longer than new 5-axis machines. Automatic tool changers (ATC) vary: a 40-tool magazine takes 15 seconds per change, ajout 2.5 minutes pour 10 tool changes in a multi-process part.
• Auxiliary operations: Precision parts need online CMM inspections (30 minutes each), and heavy parts take 10–30 minutes to lift/position. Special fixtures with interference risks can take 1–2 hours of trial installation—exceeding actual cutting time.

2. Logique étape par étape pour calculer le temps d'usinage CNC

L’estimation du temps d’usinage nécessite une approche structurée: calculer d'abord le temps d'exécution du programme, puis ajoutez le temps sans coupe, et enfin se réserver une marge de sécurité.

2.1 Temps d'exécution du programme (Temps de coupe pur)

Utilisez la formule de base:

T = L / (F × ou)

• T: Temps d'exécution du programme (heures/minutes)
• L: Longueur effective du chemin de coupe (MM)
• F: Taux d'alimentation (mm / min)
• ou: Coefficient d'efficacité de coupe (0.7–0,9, prise en compte de l'accélération/décélération, levage d'outils, etc.)

Exemple pratique

Usinage d'un Φ50 mm × 100 Cercle extérieur à axe long de mm avec alliage d'aluminium:

1. Coupure en couches: ap=2mm, donc nombre de couches = 100 MM / 2 mm = 5 couches.
2. Longueur du chemin par couche: Périmètre du cercle = πD = 3.14 × 50 mm = 157 MM. L totale = 157 mm × 5 couches = 785 MM.
3. Paramètres: F=600 mm/min, H = 0,8.
4. Calcul: T = 785 MM / (600 mm/min × 0.8) ≈ 1.64 minutes (temps de coupe pur).

2.2 Accumulation de temps sans coupe

Ajoutez des frais généraux fixes et variables qui sont souvent négligés:

Pour l'exemple de l'axe long: Temps total sans coupe = 35 + 62.5 = 97.5 minutes.

2.3 Paramétrage de la marge de sécurité

Réservez 15 à 30 % de votre temps total pour les problèmes inattendus (usure, pannes de courant, changements de processus):

• Temps total avant marge = 1.64 (coupe) + 97.5 (non coupant) = 99.14 minutes.
• Marge de sécurité (20%) = 99.14 × 0.2 ≈ 19.83 minutes.
• Heure finale estimée: 99.14 + 19.83 ≈ 119 minutes (≈2 heures).

3. Stratégies pratiques pour optimiser le temps d'usinage CNC

Réduire le temps d'usinage ne signifie pas sacrifier la qualité : concentrez-vous sur des processus intelligents, outil, et ajustements d'équipement:

3.1 Optimisation de la programmation FAO

Utilisez ces techniques pour minimiser les coups vides et les mouvements redondants:

• Coupe en spirale vers le bas: Remplacer le perçage vertical (ce qui risque de casser l'outil et de ralentir la vitesse) avec trajectoires en spirale : réduit le temps de course à vide de 20 à 30 %.
• Bague mixte + coupe en rangée: Pour les structures insulaires (Par exemple, une pièce avec plusieurs éléments en relief), cela évite de soulever fréquemment les outils, ce qui permet d'économiser 15 à 25 % du temps de parcours.
• Fonction vide résiduel: Let subsequent processes cut directly into remaining material (instead of re-machining the entire area)—shortens path length by 10–15%.

3.2 Principes de sélection des outils

Choosing the right tool boosts speed and reduces wear:

• Brouillage: Use large chip groove dense-tooth milling cutters (Par exemple, 4–6 dents) to increase material removal rate by 30–40%.
• Finition: Opt for fine-tooth plated tools (Par exemple, TiAlN coating) to maintain high feed rates without surface defects.
• Cavités profondes: Select long neck shrinking rod tools with high-pressure internal cooling—improves chip removal efficiency, cutting time by 25–35%.
• Material match: Carbide tools last 10x longer than high-speed steel (HSS)—even with higher upfront cost, they reduce tool change time by 50%.

3.3 Machine-outil & Adaptation du flux de travail

Match equipment to part requirements to avoid bottlenecks:

• Large workpieces: Use gantry machines (better load-bearing and travel range) instead of vertical centers—reduces re-clamping time by 40–50%.
• Pièces de précision: Choose vertical machining centers with good thermal stability (paired with a constant temperature workshop) to avoid rework from thermal drift—saving 1–2 hours per batch.
• Production par lots: Investissez dans des machines combinées spéciales avec des stations parallèles, par ex., une machine à 2 stations peut réduire le temps de cycle de 50% (une station usine pendant que l'autre charge/décharge).

4. Coefficients de correction pour des conditions de travail typiques

Ajustez le temps estimé en fonction de scénarios difficiles courants à l'aide du tableau ci-dessous. (multiplier le temps de base par le coefficient):

Perspective de la technologie Yigu

À la technologie Yigu, we believe CNC machining time management is about balancing accuracy and efficiency. For clients across automotive and aerospace, we start with a data-driven approach: our historical database of 5,000+ parts lets us apply precise correction coefficients (Par exemple, ×2.8 for titanium alloy right-angle parts) to avoid overestimating time. We also optimize toolpaths with UG/NX’s residual blank function, cutting empty strokes by 25%, and use carbide tools with high-pressure cooling to boost feed rates by 30% pour les pièces en aluminium. Pour la production par lots, we’ve deployed 2-station combination machines that cut cycle time by 45% without compromising precision. Finalement, the goal isn’t just faster machining—it’s predictable, cost-effective timeframes that keep projects on track.

FAQ

1. How do I adjust machining time estimates for a new material I’ve never used before?

Start with a “three-point estimation method”: calculate optimistic (best-case, Par exemple, high speed with no issues), normal (average parameters), and pessimistic (slow speed with rework) fois. Utilisez la formule: (Optimistic + 4×Normal + Pessimistic)/6. Par exemple, if titanium alloy parts have optimistic=60 min, normal=90 min, pessimistic=120 min, the estimate is (60 + 360 + 120)/6 = 90 min.

2. Can CAM software alone accurately estimate CNC machining time?

Logiciel CAM (Par exemple, Mastercam, Et / nx) calculates program execution time well but often misses non-cutting time (Modifications de l'outil, inspections) and safety margins. Add 30–40% to CAM’s initial estimate to account for these—this aligns with real-world results for 80% des pièces.

3. How much time can I save by upgrading from a 3-axis to a 5-axis CNC machine for complex parts?

For parts requiring multiple setups (Par exemple, a 5-sided housing), 5-axis machines eliminate re-clamping—saving 40–60% of non-cutting time. For deep cavities or curved surfaces, 5-axis dynamic cutting also reduces tool path length by 20–30%, cutting total time by 30–50% compared to 3-axis machines.