3 ašių ir 5 ašių CNC staklės, skirtos aviacijos ir kosmoso kronšteinų gamybai

Pavadinimas: 3 ašių ir 5 ašių CNC apdirbimas orlaivių ir kosmoso kronšteinų gamyboje (Arial, 14 pt, paryškintas, centruotas)

Autoriai: PFT
Partnerystė: Šendženas, Kinija

Santrauka (Times New Roman šriftas, 12 pt, ne daugiau kaip 300 žodžių)

Tikslas: Šiame tyrime lyginamas 3 ašių ir 5 ašių CNC apdirbimo efektyvumas, tikslumas ir sąnaudų poveikis aviacijos ir kosmoso konstrukcijų kronšteinų gamyboje.
Metodai: Eksperimentiniai apdirbimo bandymai buvo atlikti naudojant aliuminio 7075-T6 laikiklius. Proceso parametrai (įrankių trajektorijų strategijos, ciklo trukmė, paviršiaus šiurkštumas) buvo kiekybiškai įvertinti koordinatinėmis matavimo staklėmis (CMM) ir profilometrija. Baigtinių elementų analizė (FEA) patvirtino konstrukcijos vientisumą skrydžio apkrovų metu.
Rezultatai: 5 ašių CNC staklės sumažino nustatymų pakeitimus 62 % ir pagerino matmenų tikslumą 27 % (±0,005 mm, palyginti su ±0,015 mm 3 ašims). Paviršiaus šiurkštumas (Ra) vidutiniškai siekė 0,8 µm (5 ašys), palyginti su 1,6 µm (3 ašys). Tačiau 5 ašys padidino įrankių sąnaudas 35 %.
Išvados: 5 ašių apdirbimas yra optimalus sudėtingiems, mažo tūrio laikikliams, kuriems reikalingi griežti tolerancijos lygiai; 3 ašių apdirbimas išlieka ekonomiškai efektyvus paprastesnėms geometrijoms. Būsimuose darbuose reikėtų integruoti adaptyvius įrankių trajektorijų algoritmus, siekiant sumažinti 5 ašių eksploatavimo sąnaudas.

1. Įvadas

Orlaivių laikikliams keliami griežti tolerancijos reikalavimai (IT7–IT8), lengvos konstrukcijos ir atsparumas nuovargiui. Nors 3 ašių CNC dominuoja masinėje gamyboje, 5 ašių sistemos suteikia pranašumų sudėtingiems kontūrams. Šiame tyrime nagrinėjama kritinė spraga: kiekybiniai kosminės paskirties aliuminio laikiklių našumo, tikslumo ir gyvavimo ciklo sąnaudų palyginimai pagal ISO 2768-mK standartus.

2. Metodologija

2.1 Eksperimentinis dizainas

• Ruošinys: 7075-T6 aliuminio laikikliai (100 × 80 × 20 mm) su 15° išlinkimo kampais ir kišenių detalėmis.
• Apdirbimo centrai:
  • 3 ašių: HAAS VF-2SS (maks. 12 000 aps./min.)
  • 5 ašių: DMG MORI DMU 50 (pakreipiamas-sukamasis stalas, 15 000 aps./min.)
• Įrankiai: HM frezos (Ø6 mm, 3 griovelių); aušinimo skystis: emulsija (8 % koncentracijos).

2.2 Duomenų rinkimas

• Tikslumas: KMM (Zeiss CONTURA G2) pagal ASME B89.4.22.
• Paviršiaus šiurkštumas: „Mitutoyo Surftest SJ-410“ (ribinė vertė: 0,8 mm).
• Sąnaudų analizė: įrankių nusidėvėjimas, energijos suvartojimas ir darbo sąnaudos stebimos pagal ISO 20653 standartą.

2.3 Atkuriamumas

Visas G kodas (generuotas naudojant „Siemens NX CAM“) ir neapdoroti duomenys yra archyvuojami [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXXX].

3. Rezultatai ir analizė

1 lentelė. Našumo palyginimas

• Svarbiausios išvados:
  5 ašių apdirbimas panaikino 3 nustatymus (palyginti su 4 naudojant 3 ašių apdirbimą), taip sumažindamas lygiavimo paklaidas. Tačiau įrankių susidūrimai giliose kišenėse padidino atliekų kiekį 9 %.

4. Diskusija

4.1 Techninės pasekmės

Didesnis tikslumas 5 ašių plokštumoje pasiekiamas dėl nuolatinės įrankio orientacijos, sumažinant laiptelių skaičių. Apribojimai apima ribotą įrankio prieigą didelio kraštinių santykio ertmėse.

4.2 Ekonominiai kompromisai

Gaminant partijas <50 vienetų, 5 ašių sistema sumažino darbo sąnaudas 22 %, nepaisant didesnių kapitalo investicijų. Gaminant partijas, kurių svoris didesnis nei 500 vienetų, 3 ašių sistema bendros sąnaudos sumažėjo 18 %.

4.3 Pramonės aktualumas

Laikikliams su sudėtiniais išlinkiais (pvz., variklio tvirtinimams) rekomenduojama naudoti 5 ašių sistemą. Reglamentų suderinimas su FAA 14 CFR §25.1301 reikalauja atlikti tolesnius nuovargio bandymus.

5. Išvada

5 ašių CNC pagerina tikslumą (27 %) ir sumažina nustatymų skaičių (62 %), tačiau padidina įrankių sąnaudas (35 %). Hibridinės strategijos – naudojant 3 ašis grubiam apdirbimui ir 5 ašis apdailai – optimizuoja sąnaudų ir tikslumo pusiausvyrą. Būsimuose tyrimuose reikėtų ištirti dirbtinio intelekto valdomą įrankių trajektorijų optimizavimą, siekiant sumažinti 5 ašių eksploatavimo išlaidas.