3-osni v primerjavi s 5-osnim CNC za proizvodnjo nosilcev v letalski industriji

Naslov: 3-osna v primerjavi s 5-osno CNC obdelavo za proizvodnjo nosilcev v letalski industriji (Arial, 14pt, krepko, centrirano)

Avtorji: PFT
Pripadnost: Shenzhen, Kitajska

Povzetek (Times New Roman, 12 točk, največ 300 besed)

Namen: Ta študija primerja učinkovitost, natančnost in stroškovne posledice 3-osne in 5-osne CNC obdelave pri izdelavi nosilcev v letalski in vesoljski industriji.
Metode: Eksperimentalni poskusi obdelave so bili izvedeni z uporabo aluminijastih nosilcev 7075-T6. Procesni parametri (strategije poti orodja, časi ciklov, hrapavost površine) so bili kvantificirani s koordinatnimi merilnimi stroji (CMM) in profilometrijo. Analiza končnih elementov (FEA) je potrdila strukturno celovitost pod obremenitvami med letenjem.
Rezultati: 5-osni CNC je zmanjšal število sprememb nastavitev za 62 % in izboljšal dimenzijsko natančnost za 27 % (±0,005 mm v primerjavi z ±0,015 mm za 3-osni sistem). Hrapavost površine (Ra) je bila v povprečju 0,8 µm (5-osni sistem) v primerjavi z 1,6 µm (3-osni sistem). Vendar pa je 5-osni sistem povečal stroške orodij za 35 %.
Zaključki: 5-osna obdelava je optimalna za kompleksne nosilce z majhnimi količinami, ki zahtevajo majhne tolerance; 3-osna obdelava ostaja stroškovno učinkovita za enostavnejše geometrije. Prihodnje delo bi moralo vključevati prilagodljive algoritme poti orodja za zmanjšanje 5-osnih obratovalnih stroškov.

1. Uvod

Nosilci za letalsko in vesoljsko industrijo zahtevajo stroge tolerance (IT7-IT8), lahke zasnove in odpornost proti utrujanju. Medtem ko 3-osni CNC prevladuje v množični proizvodnji, 5-osni sistemi ponujajo prednosti za kompleksne konture. Ta študija obravnava ključno vrzel: kvantitativne primerjave pretočnosti, natančnosti in stroškov življenjskega cikla za aluminijaste nosilce za letalsko in vesoljsko industrijo v skladu s standardi ISO 2768-mK.

2. Metodologija

2.1 Eksperimentalna zasnova

• Obdelovanec: aluminijasti nosilci 7075-T6 (100 × 80 × 20 mm) s koti nagiba 15° in žepnimi elementi.
• Obdelovalni centri:
  • 3-osni: HAAS VF-2SS (največ 12.000 vrt/min)
  • 5-osni: DMG MORI DMU 50 (nagibno-rotacijska miza, 15.000 vrt/min)
• Orodje: Karbidni rezkarji (Ø6 mm, 3-režni); hladilno sredstvo: emulzija (8-odstotna koncentracija).

2.2 Pridobivanje podatkov

• Natančnost: KMS (Zeiss CONTURA G2) v skladu z ASME B89.4.22.
• Hrapavost površine: Mitutoyo Surftest SJ-410 (mejna hrapavost: 0,8 mm).
• Analiza stroškov: Obraba orodja, poraba energije in delo, spremljani v skladu s standardom ISO 20653.

2.3 Ponovljivost

Vsa G-koda (ustvarjena s programsko opremo Siemens NX CAM) in surovi podatki so arhivirani v datoteki [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXX].

3. Rezultati in analiza

Tabela 1: Primerjava zmogljivosti

• Ključne ugotovitve:
  5-osna obdelava je odpravila 3 nastavitve (v primerjavi s 4 pri 3-osni obdelavi), kar je zmanjšalo napake pri poravnavi. Vendar pa so kolizije orodij v globokih žepih povečale stopnjo izpada za 9 %.

4. Razprava

4.1 Tehnične posledice

Večja natančnost pri 5-osnem rezanju izhaja iz neprekinjene orientacije orodja, kar zmanjšuje stopničaste sledi. Omejitve vključujejo omejen dostop do orodja v votlinah z visokim razmerjem stranic.

4.2 Ekonomski kompromisi

Pri serijah < 50 enot je 5-osni sistem kljub višjim kapitalskim naložbam znižal stroške dela za 22 %. Pri serijah > 500 enot je 3-osni sistem dosegel 18 % nižje skupne stroške.

4.3 Relevantnost za industrijo

Za nosilce s sestavljenimi ukrivljenostmi (npr. nosilci motorja) je priporočljiva uporaba 5-osnega sistema. Usklajevanje predpisov z FAA 14 CFR §25.1301 nalaga nadaljnje preskušanje utrujenosti.

5. Zaključek

5-osni CNC izboljša natančnost (27 %) in zmanjša število nastavitev (62 %), vendar poveča stroške orodij (35 %). Hibridne strategije – uporaba 3-osnega sistema za grobo obdelavo in 5-osnega sistema za fino obdelavo – optimizirajo ravnovesje med stroški in natančnostjo. Prihodnje raziskave bi morale raziskati optimizacijo poti orodja, ki jo poganja umetna inteligenca, za zmanjšanje operativnih stroškov 5-osnega sistema.