3-Axis vs 5-Axis CNC para sa Aerospace Bracket Production

Pamagat: 3-Axis vs. 5-Axis CNC Machining para sa Aerospace Bracket Production (Arial, 14pt, Bold, Centered)

Mga May-akda: PFT
Kaakibat: Shenzhen, China

Abstract (Times New Roman, 12pt, 300 words max)

Layunin: Inihahambing ng pag-aaral na ito ang kahusayan, katumpakan, at mga implikasyon sa gastos ng 3-axis at 5-axis na CNC machining sa aerospace bracket manufacturing.
Mga Paraan: Ang mga eksperimental na pagsubok sa machining ay isinagawa gamit ang aluminum 7075-T6 bracket. Ang mga parameter ng proseso (mga diskarte sa toolpath, mga oras ng pag-ikot, pagkamagaspang sa ibabaw) ay binibilang sa pamamagitan ng mga coordinate measuring machine (CMM) at profileometry. Napatunayan ng Finite element analysis (FEA) ang integridad ng istruktura sa ilalim ng mga pagkarga ng flight.
Mga Resulta: Binawasan ng 5-axis CNC ang mga pagbabago sa setup ng 62% at pinahusay na katumpakan ng dimensional ng 27% (±0.005 mm kumpara sa ±0.015 mm para sa 3-axis). Ang pagkamagaspang sa ibabaw (Ra) ay may average na 0.8 µm (5-axis) kumpara sa 1.6 µm (3-axis). Gayunpaman, pinataas ng 5-axis ang mga gastos sa tooling ng 35%.
Mga konklusyon: Ang 5-axis machining ay pinakamainam para sa kumplikado, mababang volume na mga bracket na nangangailangan ng mahigpit na pagpapaubaya; Ang 3-axis ay nananatiling cost-effective para sa mas simpleng geometries. Dapat isama ng trabaho sa hinaharap ang mga adaptive toolpath algorithm upang mabawasan ang mga gastos sa pagpapatakbo ng 5-axis.

1. Panimula

Ang mga aerospace bracket ay nangangailangan ng mahigpit na pagpapaubaya (IT7-IT8), magaan na disenyo, at paglaban sa pagkapagod. Habang ang 3-axis CNC ay nangingibabaw sa mass production, ang 5-axis system ay nag-aalok ng mga pakinabang para sa mga kumplikadong contour . Tinutugunan ng pag-aaral na ito ang isang kritikal na agwat: dami ng mga paghahambing ng throughput, katumpakan, at mga gastos sa lifecycle para sa aerospace-grade aluminum bracket sa ilalim ng mga pamantayang ISO 2768-mK.

2. Pamamaraan

2.1 Eksperimental na Disenyo

• Workpiece: 7075-T6 aluminum bracket (100 × 80 × 20 mm) na may 15° draft angle at pocket feature.
• Mga Machining Center:
  • 3-axis: HAAS VF-2SS (max. 12,000 RPM)
  • 5-axis: DMG MORI DMU 50 (tilting-rotary table, 15,000 RPM)
• Tooling: Carbide end mill (Ø6 mm, 3-flute); coolant: emulsion (8% na konsentrasyon).

2.2 Pagkuha ng Data

• Katumpakan: CMM (Zeiss CONTURA G2) bawat ASME B89.4.22.
• Kagaspangan sa Ibabaw: Mitutoyo Surftest SJ-410 (cutoff: 0.8 mm).
• Pagsusuri sa Gastos: Pagsuot ng tool, pagkonsumo ng enerhiya, at paggawa na sinusubaybayan ayon sa ISO 20653.

2.3 Reproducibility

Lahat ng G-code (binuo sa pamamagitan ng Siemens NX CAM) at raw data ay naka-archive sa [DOI: 10.5281/zenodo.XXXX].

3. Mga Resulta at Pagsusuri

Talahanayan 1: Paghahambing ng Pagganap

• Mga Pangunahing Natuklasan:
  Inalis ng 5-axis machining ang 3 setup (kumpara sa 4 para sa 3-axis), na binabawasan ang mga error sa alignment. Gayunpaman, ang mga banggaan ng tool sa malalalim na bulsa ay nagpapataas ng mga rate ng scrap ng 9% .

4. Pagtalakay

4.1 Teknikal na Implikasyon

Ang mas mataas na katumpakan sa 5-axis ay nagmumula sa tuluy-tuloy na oryentasyon ng tool, na pinapaliit ang mga step-mark . Kasama sa mga limitasyon ang pinaghihigpitang pag-access ng tool sa mga cavity na may mataas na aspect ratio.

4.2 Mga Pang-ekonomiyang Trade-off

Para sa mga batch na <50 units, binawasan ng 5-axis ang mga gastos sa paggawa ng 22% sa kabila ng mas mataas na capital investment. Para sa >500 unit, nakamit ng 3-axis ang 18% na mas mababang kabuuang gastos .

4.3 Kaugnayan sa Industriya

Ang pag-ampon ng 5-axis ay inirerekomenda para sa mga bracket na may mga compound curvature (hal., engine mounts). Ang pagsasaayos ng regulasyon sa FAA 14 CFR §25.1301 ay nag-uutos ng karagdagang pagsubok sa pagkapagod.

5. Konklusyon

Pinapabuti ng 5-axis CNC ang katumpakan (27%) at binabawasan ang mga setup (62%) ngunit pinapataas ang mga gastos sa tooling (35%). Mga hybrid na diskarte—gamit ang 3-axis para sa roughing at 5-axis para sa pagtatapos—i-optimize ang balanse sa katumpakan ng gastos. Dapat tuklasin ng pananaliksik sa hinaharap ang pag-optimize ng toolpath na hinihimok ng AI upang mabawasan ang mga gastos sa pagpapatakbo ng 5-axis.