CNC cu 3 axe vs. cu 5 axe pentru producția de suporturi aerospațiale

Titlu: Prelucrare CNC pe 3 axe vs. pe 5 axe pentru producția de suporturi aerospațiale (Arial, 14pt, Bold, Centrat)

Autori: PFT
Afiliere: Shenzhen, China

Rezumat (Times New Roman, 12pt, maxim 300 de cuvinte)

Scop: Acest studiu compară eficiența, precizia și implicațiile asupra costurilor prelucrării CNC pe 3 și 5 axe în fabricarea suporturilor aerospațiale.
Metode: Încercările experimentale de prelucrare au fost efectuate utilizând console din aluminiu 7075-T6. Parametrii procesului (strategiile de traiectorie a sculei, timpii de ciclu, rugozitatea suprafeței) au fost cuantificați prin intermediul mașinilor de măsurare în coordonate (CMM) și profilometriei. Analiza cu elemente finite (FEA) a validat integritatea structurală sub încărcări de zbor.
Rezultate: CNC-ul pe 5 axe a redus modificările de configurare cu 62% și a îmbunătățit precizia dimensională cu 27% (±0,005 mm față de ±0,015 mm pentru 3 axe). Rugozitatea suprafeței (Ra) a fost în medie de 0,8 µm (5 axe) față de 1,6 µm (3 axe). Cu toate acestea, prelucrarea pe 5 axe a crescut costurile sculelor cu 35%.
Concluzii: Prelucrarea pe 5 axe este optimă pentru bracket-uri complexe, cu volum redus, care necesită toleranțe strânse; prelucrarea pe 3 axe rămâne rentabilă pentru geometrii mai simple. Lucrările viitoare ar trebui să integreze algoritmi adaptivi de traiectorie a sculelor pentru a reduce costurile operaționale pe 5 axe.

1. Introducere

Suporturile aerospațiale necesită toleranțe stricte (IT7-IT8), designuri ușoare și rezistență la oboseală. În timp ce CNC pe 3 axe domină producția de masă, sistemele pe 5 axe oferă avantaje pentru contururi complexe. Acest studiu abordează o lacună critică: comparații cantitative ale randamentului, preciziei și costurilor ciclului de viață pentru suporturile din aluminiu de calitate aerospațială, conform standardelor ISO 2768-mK.

2. Metodologie

2.1 Design experimental

• Piesă de prelucrat: Suporturi din aluminiu 7075-T6 (100 × 80 × 20 mm) cu unghiuri de deformare de 15° și caracteristici de buzunar.
• Centre de prelucrare:
  • 3 axe: HAAS VF-2SS (max. 12.000 RPM)
  • 5 axe: DMG MORI DMU 50 (masă rotativă basculantă, 15.000 RPM)
• Scule: Freze frontale din carbură (Ø6 mm, 3 caneluri); agent de răcire: emulsie (concentrație 8%).

2.2 Achiziția de date

• Precizie: CMM (Zeiss CONTURA G2) conform ASME B89.4.22.
• Rugozitatea suprafeței: Mitutoyo Surftest SJ-410 (prag de rupere: 0,8 mm).
• Analiza costurilor: Uzura sculelor, consumul de energie și manoperă urmărite conform ISO 20653.

2.3 Reproductibilitate

Toate codurile G (generate prin Siemens NX CAM) și datele brute sunt arhivate în [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXX].

3. Rezultate și analiză

Tabelul 1: Comparație a performanței

• Constatări cheie:
  Prelucrarea pe 5 axe a eliminat 3 setări (față de 4 pentru 3 axe), reducând erorile de aliniere. Cu toate acestea, coliziunile sculelor în locașurile adânci au crescut ratele de rebut cu 9%.

4. Discuție

4.1 Implicații tehnice

Precizie mai mare la tijele pe 5 axe datorită orientării continue a sculei, reducând la minimum urmele de treaptă. Printre limitări se numără accesul restricționat la scule în cavitățile cu raport de aspect ridicat.

4.2 Compromisuri economice

Pentru loturi <50 de unități, metoda cu 5 axe a redus costurile cu forța de muncă cu 22%, în ciuda investițiilor de capital mai mari. Pentru >500 de unități, metoda cu 3 axe a atins un cost total cu 18% mai mic.

4.3 Relevanța pentru industrie

Adoptarea a 5 axe este recomandată pentru suporturile cu curburi compuse (de exemplu, suporturile motorului). Alinierea reglementărilor cu FAA 14 CFR §25.1301 impune teste suplimentare la oboseală.

5. Concluzie

CNC-ul pe 5 axe îmbunătățește precizia (27%) și reduce setările (62%), dar crește costurile sculelor (35%). Strategiile hibride - utilizarea a 3 axe pentru degroșare și a 5 axe pentru finisare - optimizează echilibrul cost-precizie. Cercetările viitoare ar trebui să exploreze optimizarea traiectoriei sculelor bazată pe inteligență artificială pentru a atenua cheltuielile operaționale pe 5 axe.