3-osový vs. 5-osový CNC pre výrobu konzol v leteckom priemysle

Názov: 3-osové vs. 5-osové CNC obrábanie pre výrobu konzol v leteckom priemysle (Arial, 14pt, tučné, centrované)

Autori: PFT
Príslušnosť: Šen-čen, Čína

Abstrakt (Times New Roman, 12 bodov, maximálne 300 slov)

Cieľ: Táto štúdia porovnáva efektívnosť, presnosť a nákladové dôsledky 3-osového a 5-osového CNC obrábania pri výrobe konzol v leteckom priemysle.
Metódy: Experimentálne obrábacie skúšky boli vykonané s použitím hliníkových konzol 7075-T6. Procesné parametre (stratégie dráhy nástroja, časy cyklov, drsnosť povrchu) boli kvantifikované pomocou súradnicových meracích strojov (CMM) a profilometrie. Analýza konečných prvkov (FEA) potvrdila štrukturálnu integritu pri zaťažení letom.
Výsledky: 5-osové CNC obrábanie znížilo zmeny nastavenia o 62 % a zlepšilo rozmerovú presnosť o 27 % (±0,005 mm oproti ±0,015 mm pre 3-osové obrábanie). Drsnosť povrchu (Ra) bola v priemere 0,8 µm (5-osové obrábanie) oproti 1,6 µm (3-osové obrábanie). 5-osové obrábanie však zvýšilo náklady na nástroje o 35 %.
Závery: 5-osové obrábanie je optimálne pre zložité konzoly s nízkym objemom výroby vyžadujúce prísne tolerancie; 3-osové obrábanie zostáva nákladovo efektívne pre jednoduchšie geometrie. Budúci výskum by mal integrovať adaptívne algoritmy dráhy nástroja na zníženie prevádzkových nákladov 5-osového obrábania.

1. Úvod

Letecké konzoly vyžadujú prísne tolerancie (IT7-IT8), ľahké konštrukcie a odolnosť proti únave. Zatiaľ čo 3-osové CNC dominuje hromadnej výrobe, 5-osové systémy ponúkajú výhody pre zložité kontúry. Táto štúdia sa zaoberá kritickou medzerou: kvantitatívnym porovnaním priepustnosti, presnosti a nákladov na životný cyklus hliníkových konzol leteckej kvality podľa noriem ISO 2768-mK.

2. Metodika

2.1 Experimentálny návrh

• Obrobok: Hliníkové konzoly 7075-T6 (100 × 80 × 20 mm) s uhlami sklonu 15° a výrezmi.
• Obrábacie centrá:
  • 3-osový: HAAS VF-2SS (max. 12 000 ot./min.)
  • 5-osový: DMG MORI DMU 50 (naklápací a otočný stôl, 15 000 ot./min.)
• Nástroje: Karbidové frézy (Ø6 mm, 3-drážkové); chladiaca kvapalina: emulzia (8% koncentrácia).

2.2 Zber údajov

• Presnosť: CMM (Zeiss CONTURA G2) podľa ASME B89.4.22.
• Drsnosť povrchu: Mitutoyo Surftest SJ-410 (hraničná hodnota: 0,8 mm).
• Analýza nákladov: Opotrebovanie nástrojov, spotreba energie a práca sledované podľa normy ISO 20653.

2.3 Reprodukovateľnosť

Všetok G-kód (vygenerovaný pomocou Siemens NX CAM) a nespracované dáta sú archivované v [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXX].

3. Výsledky a analýza

Tabuľka 1: Porovnanie výkonu

• Kľúčové zistenia:
  5-osové obrábanie eliminovalo 3 nastavenia (oproti 4 pri 3-osovom obrábaní), čím sa znížili chyby zarovnania. Kolízie nástrojov v hlbokých vreckách však zvýšili mieru odpadu o 9 %.

4. Diskusia

4.1 Technické dôsledky

Vyššia presnosť v 5-osovom meraní vyplýva z kontinuálnej orientácie nástroja, čím sa minimalizujú stopy po obrábaní. Medzi obmedzenia patrí obmedzený prístup k nástroju v dutinách s vysokým pomerom strán.

4.2 Ekonomické kompromisy

Pri dávkach < 50 kusov znížila 5-osová obrábacia technika náklady na pracovnú silu o 22 % napriek vyšším kapitálovým investíciám. Pri dávkach > 500 kusov dosiahla 3-osová obrábacia technika o 18 % nižšie celkové náklady.

4.3 Relevantnosť pre dané odvetvie

Pre konzoly so zloženým zakrivením (napr. držiaky motora) sa odporúča použitie 5-osového systému. Zosúladenie s predpismi FAA 14 CFR §25.1301 nariaďuje ďalšie testovanie únavy materiálu.

5. Záver

5-osové CNC obrábanie zlepšuje presnosť (27 %) a znižuje počet nastavení (62 %), ale zvyšuje náklady na nástroje (35 %). Hybridné stratégie – používanie 3-osového obrábania na hrubovanie a 5-osového obrábania na dokončovanie – optimalizujú rovnováhu medzi nákladmi a presnosťou. Budúci výskum by mal preskúmať optimalizáciu dráhy nástroja riadenú umelou inteligenciou s cieľom znížiť prevádzkové náklady na 5-osové obrábanie.