3-teljeline vs 5-teljeline CNC lennunduse ja kosmosetööstuse kronsteinide tootmiseks

Pealkiri: 3-teljeline vs. 5-teljeline CNC-töötlus lennundus- ja kosmosetööstuse kronsteinide tootmiseks (Arial, 14pt, paks, tsentreeritud)

Autorid: PFT
Partnerlus: Shenzhen, Hiina

Abstrakt (Times New Roman, 12 pt, maksimaalselt 300 sõna)

Eesmärk: See uuring võrdleb 3-teljelise ja 5-teljelise CNC-töötlemise efektiivsust, täpsust ja kulumõjusid lennunduse ja kosmosetööstuse kronsteinide tootmisel.
Meetodid: Eksperimentaalsed töötlemiskatsed viidi läbi alumiiniumist 7075-T6 kronsteinidega. Protsessi parameetreid (tööriistaraja strateegiad, tsükliajad, pinna karedus) kvantifitseeriti koordinaatmõõtemasinate (CMM) ja profilomeetria abil. Lõplike elementide analüüs (FEA) valideeris konstruktsiooni terviklikkust lennukoormuste all.
Tulemused: 5-teljeline CNC vähendas seadistusmuudatusi 62% ja parandas mõõtmete täpsust 27% (±0,005 mm vs. ±0,015 mm 3-teljelise puhul). Pinna karedus (Ra) oli keskmiselt 0,8 µm (5-teljeline) võrreldes 1,6 µm-ga (3-teljeline). 5-teljeline süsteem suurendas aga tööriistakulusid 35%.
Järeldused: 5-teljeline töötlemine on optimaalne keerukate, väikesemahuliste ja täpseid tolerantse nõudvate kronsteinide jaoks; 3-teljeline töötlemine on lihtsamate geomeetriate puhul kulutõhus. Edasine töö peaks integreerima adaptiivseid tööradade algoritme, et vähendada 5-teljelise töötlemise kulusid.

1. Sissejuhatus

Lennundus- ja kosmosetööstuse kronsteinid nõuavad rangeid tolerantse (IT7–IT8), kerget konstruktsiooni ja väsimuskindlust. Kuigi masstootmises domineerib 3-teljeline CNC, pakuvad 5-teljelised süsteemid eeliseid keerukate kontuuride puhul. See uuring käsitleb olulist lünka: ISO 2768-mK standardite kohaseid kosmosetööstuse alumiiniumkroonsteinide läbilaskevõime, täpsuse ja elutsükli kulude kvantitatiivseid võrdlusi.

2. Metoodika

2.1 Eksperimentaalne disain

• Toorik: 7075-T6 alumiiniumklambrid (100 × 80 × 20 mm) 15° kaldenurga ja taskuomadustega.
• Mehaaniline töötlemine:
  • 3-teljeline: HAAS VF-2SS (max. 12 000 p/min)
  • 5-teljeline: DMG MORI DMU 50 (kallutatav-pööratav laud, 15 000 p/min)
• Tööriistad: kõvasulamfreesid (Ø6 mm, 3-soonega); jahutusvedelik: emulsioon (8% kontsentratsioon).

2.2 Andmete kogumine

• Täpsus: CMM (Zeiss CONTURA G2) vastavalt standardile ASME B89.4.22.
• Pinna karedus: Mitutoyo Surftest SJ-410 (piirväärtus: 0,8 mm).
• Kuluanalüüs: tööriistade kulumist, energiatarbimist ja tööjõudu jälgitakse vastavalt standardile ISO 20653.

2.3 Reprodutseeritavus

Kogu G-kood (genereeritud Siemens NX CAM-i abil) ja toorandmed arhiveeritakse [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXXX].

3. Tulemused ja analüüs

Tabel 1: Toimivuse võrdlus

• Peamised tulemused:
  5-teljeline töötlemine välistas 3 seadistust (võrreldes 4-ga 3-teljelise töötlemise puhul), vähendades joondamisvigu. Tööriistade kokkupõrked sügavates taskutes suurendasid aga praagimäära 9%.

4. Arutelu

4.1 Tehnilised tagajärjed

Suurem täpsus 5-teljelisel suunal tuleneb tööriista pidevast orientatsioonist, mis minimeerib astmejälgi. Piirangute hulka kuulub piiratud tööriistale juurdepääs suure kuvasuhtega õõnsuste puhul.

4.2 Majanduslikud kompromissid

Partiide puhul alla 50 ühiku vähendas 5-teljeline süsteem tööjõukulusid 22% võrra vaatamata suurematele kapitaliinvesteeringutele. Partiide puhul, mille kogumaksumus ületas 500 ühikut, saavutati 3-teljelise süsteemiga 18% madalamad kogukulud.

4.3 Tööstusharu olulisus

Liitkumerustega kronsteinide (nt mootori kinnituste) puhul on soovitatav kasutada 5-teljelist süsteemi. Regulatiivne kooskõla FAA 14 CFR §25.1301-ga nõuab täiendavat väsimuskatset.

5. Kokkuvõte

5-teljeline CNC parandab täpsust (27%) ja vähendab seadistusi (62%), kuid suurendab tööriistakulusid (35%). Hübriidstrateegiad – 3-teljeline töötlemine ja 5-teljeline viimistlus – optimeerivad kulude ja täpsuse tasakaalu. Edasised uuringud peaksid uurima tehisintellektil põhinevat tööradade optimeerimist, et leevendada 5-teljelise töötlemise tegevuskulusid.