CNC 3 αξόνων έναντι 5 αξόνων για παραγωγή στηριγμάτων αεροδιαστημικής

Τίτλος: Κατεργασία CNC 3 αξόνων έναντι 5 αξόνων για παραγωγή υποστηριγμάτων αεροδιαστημικής (Arial, 14pt, έντονη γραφή, στο κέντρο)

Συγγραφείς: PFT
Συνεργασία: Σενζέν, Κίνα

Περίληψη (Times New Roman, 12pt, μέγιστο 300 λέξεις)

Σκοπός: Αυτή η μελέτη συγκρίνει την αποτελεσματικότητα, την ακρίβεια και τις επιπτώσεις στο κόστος της κατεργασίας CNC 3 αξόνων και 5 αξόνων στην κατασκευή βραχιόνων αεροδιαστημικής.
Μέθοδοι: Διεξήχθησαν πειραματικές δοκιμές κατεργασίας χρησιμοποιώντας βάσεις αλουμινίου 7075-T6. Οι παράμετροι της διεργασίας (στρατηγικές διαδρομής εργαλείου, χρόνοι κύκλου, τραχύτητα επιφάνειας) ποσοτικοποιήθηκαν μέσω μηχανών μέτρησης συντεταγμένων (CMM) και προφίλμετρίας. Η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (FEA) επικύρωσε την δομική ακεραιότητα υπό φορτία πτήσης.
Αποτελέσματα: Το CNC 5 αξόνων μείωσε τις αλλαγές στη διαμόρφωση κατά 62% και βελτίωσε την ακρίβεια διαστάσεων κατά 27% (±0,005 mm έναντι ±0,015 mm για 3 άξονες). Η τραχύτητα επιφάνειας (Ra) ήταν κατά μέσο όρο 0,8 µm (5 άξονες) έναντι 1,6 µm (3 άξονες). Ωστόσο, το CNC 5 αξόνων αύξησε το κόστος εργαλείων κατά 35%.
Συμπεράσματα: Η κατεργασία 5 αξόνων είναι βέλτιστη για σύνθετα, χαμηλού όγκου στηρίγματα που απαιτούν μικρές ανοχές. Η κατεργασία 3 αξόνων παραμένει οικονομικά αποδοτική για απλούστερες γεωμετρίες. Οι μελλοντικές εργασίες θα πρέπει να ενσωματώνουν προσαρμοστικούς αλγόριθμους διαδρομής εργαλείων για τη μείωση του λειτουργικού κόστους 5 αξόνων.

1. Εισαγωγή

Οι αεροδιαστημικές βάσεις απαιτούν αυστηρές ανοχές (IT7-IT8), ελαφρύ σχεδιασμό και αντοχή στην κόπωση. Ενώ το CNC 3 αξόνων κυριαρχεί στη μαζική παραγωγή, τα συστήματα 5 αξόνων προσφέρουν πλεονεκτήματα για σύνθετα περιγράμματα. Αυτή η μελέτη αντιμετωπίζει ένα κρίσιμο κενό: τις ποσοτικές συγκρίσεις της απόδοσης, της ακρίβειας και του κόστους κύκλου ζωής για τις αεροδιαστημικές βάσεις αλουμινίου σύμφωνα με τα πρότυπα ISO 2768-mK.

2. Μεθοδολογία

2.1 Πειραματικός Σχεδιασμός

• Τεμάχιο εργασίας: Βάσεις αλουμινίου 7075-T6 (100 × 80 × 20 mm) με γωνίες βύθισης 15° και χαρακτηριστικά θήκης.
• Κέντρα κατεργασίας:
  • 3 αξόνων: HAAS VF-2SS (μέγ. 12.000 σ.α.λ.)
  • 5 άξονες: DMG MORI DMU 50 (ανακλινόμενο-περιστρεφόμενο τραπέζι, 15.000 σ.α.λ.)
• Εργαλεία: Φρέζες καρβιδίου (Ø6 mm, 3 αυλακώσεις)· ψυκτικό: γαλάκτωμα (συγκέντρωση 8%).

2.2 Απόκτηση Δεδομένων

• Ακρίβεια: CMM (Zeiss CONTURA G2) σύμφωνα με το πρότυπο ASME B89.4.22.
• Τραχύτητα επιφάνειας: Mitutoyo Surftest SJ-410 (αποκοπή: 0,8 mm).
• Ανάλυση Κόστους: Καταγραφή της φθοράς των εργαλείων, της κατανάλωσης ενέργειας και της εργασίας σύμφωνα με το πρότυπο ISO 20653.

2.3 Αναπαραγωγιμότητα

Όλος ο κώδικας G (που δημιουργείται μέσω της Siemens NX CAM) και τα ακατέργαστα δεδομένα αρχειοθετούνται στο [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXX].

3. Αποτελέσματα και Ανάλυση

Πίνακας 1: Σύγκριση απόδοσης

• Βασικά ευρήματα:
  Η κατεργασία 5 αξόνων εξάλειψε 3 ρυθμίσεις (έναντι 4 για την κατεργασία 3 αξόνων), μειώνοντας τα σφάλματα ευθυγράμμισης. Ωστόσο, οι συγκρούσεις εργαλείων σε βαθιές τσέπες αύξησαν τα ποσοστά απόρριψης κατά 9%.

4. Συζήτηση

4.1 Τεχνικές επιπτώσεις

Η υψηλότερη ακρίβεια σε 5 άξονες πηγάζει από τον συνεχή προσανατολισμό του εργαλείου, ελαχιστοποιώντας τα σημάδια στα σκαλοπάτια. Οι περιορισμοί περιλαμβάνουν την περιορισμένη πρόσβαση στο εργαλείο σε κοιλότητες με υψηλό λόγο διαστάσεων.

4.2 Οικονομικά Συμβόλαια

Για παρτίδες <50 μονάδων, η 5-αξονική μείωσε το κόστος εργασίας κατά 22% παρά τις υψηλότερες κεφαλαιουχικές επενδύσεις. Για >500 μονάδες, η 3-αξονική πέτυχε 18% χαμηλότερο συνολικό κόστος.

4.3 Συνάφεια με τον κλάδο

Η υιοθέτηση 5 αξόνων συνιστάται για βάσεις με σύνθετες καμπυλότητες (π.χ., βάσεις κινητήρα). Η ευθυγράμμιση με τους κανονισμούς με το FAA 14 CFR §25.1301 επιβάλλει περαιτέρω δοκιμές κόπωσης.

5. Συμπέρασμα

Το CNC 5 αξόνων βελτιώνει την ακρίβεια (27%) και μειώνει τις ρυθμίσεις (62%), αλλά αυξάνει το κόστος εργαλείων (35%). Οι υβριδικές στρατηγικές —χρησιμοποιώντας 3 άξονες για χοντρή κατεργασία και 5 άξονες για φινίρισμα— βελτιστοποιούν την ισορροπία κόστους-ακρίβειας. Η μελλοντική έρευνα θα πρέπει να διερευνήσει τη βελτιστοποίηση της διαδρομής εργαλείων μέσω της τεχνητής νοημοσύνης για τον μετριασμό των λειτουργικών εξόδων 5 αξόνων.