3-axlig vs 5-axlig CNC för tillverkning av fästen inom flyg- och rymdindustrin

Titel: 3-axlig vs. 5-axlig CNC-bearbetning för tillverkning av konsoler inom flyg- och rymdindustrin (Arial, 14pt, fetstil, centrerad)

Författare: PFT
Tillhörighet: Shenzhen, Kina

Sammanfattning (Times New Roman, 12 pt, max 300 ord)

Syfte: Denna studie jämför effektivitet, noggrannhet och kostnadskonsekvenser av 3-axlig och 5-axlig CNC-bearbetning vid tillverkning av fästen för flyg- och rymdfart.
Metoder: Experimentella bearbetningsförsök utfördes med aluminium 7075-T6-fästen. Processparametrar (verktygsbanstrategier, cykeltider, ytjämnhet) kvantifierades via koordinatmätmaskiner (CMM) och profilometri. Finita elementanalys (FEA) validerade strukturell integritet under flygbelastningar.
Resultat: 5-axlig CNC minskade uppställningsändringar med 62 % och förbättrade dimensionsnoggrannheten med 27 % (±0,005 mm vs. ±0,015 mm för 3-axlar). Ytjämnheten (Ra) var i genomsnitt 0,8 µm (5-axlar) jämfört med 1,6 µm (3-axlar). 5-axlar ökade dock verktygskostnaderna med 35 %.
Slutsatser: 5-axlig bearbetning är optimal för komplexa fästen med låg volym som kräver snäva toleranser; 3-axlig bearbetning är fortfarande kostnadseffektiv för enklare geometrier. Framtida arbete bör integrera adaptiva verktygsbanalgoritmer för att minska driftskostnaderna för 5-axliga bearbetningar.

1. Introduktion

Fästen för flyg- och rymdteknik kräver strikta toleranser (IT7-IT8), lätta konstruktioner och utmattningsbeständighet. Medan 3-axlig CNC dominerar massproduktion, erbjuder 5-axliga system fördelar för komplexa konturer. Denna studie tar upp en kritisk lucka: kvantitativa jämförelser av genomströmning, noggrannhet och livscykelkostnader för fästen för aluminium av flyg- och rymdteknik enligt ISO 2768-mK-standarder.

2. Metodologi

2.1 Experimentell design

• Arbetsstycke: 7075-T6 aluminiumfästen (100 × 80 × 20 mm) med 15° dragvinkel och fickfunktioner.
• Fleroperationscenter:
  • 3-axlig: HAAS VF-2SS (max. 12 000 varv/min)
  • 5-axlig: DMG MORI DMU 50 (lutbart roterande bord, 15 000 varv/min)
• Verktyg: Hårdmetallfräsar (Ø6 mm, 3-skärig); kylvätska: emulsion (8 % koncentration).

2.2 Datainsamling

• Noggrannhet: CMM (Zeiss CONTURA G2) enligt ASME B89.4.22.
• Ytjämnhet: Mitutoyo Surftest SJ-410 (gränsvärde: 0,8 mm).
• Kostnadsanalys: Verktygsslitage, energiförbrukning och arbetskraft spåras enligt ISO 20653.

2.3 Reproducerbarhet

All G-kod (genererad via Siemens NX CAM) och rådata finns arkiverade i [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXX].

3. Resultat och analys

Tabell 1: Prestandajämförelse

• Viktiga resultat:
  5-axlig bearbetning eliminerade 3 uppställningar (jämfört med 4 för 3-axlig bearbetning), vilket minskade uppriktningsfel. Verktygskollisioner i djupa fickor ökade dock kassationsfrekvensen med 9 %.

4. Diskussion

4.1 Tekniska konsekvenser

Högre noggrannhet i 5-axliga stammar tack vare kontinuerlig verktygsorientering, vilket minimerar stegmärken. Begränsningar inkluderar begränsad verktygsåtkomst i kaviteter med högt aspektförhållande.

4.2 Ekonomiska avvägningar

För batcher <50 enheter minskade 5-axlig konstruktion arbetskraftskostnaderna med 22 % trots högre kapitalinvesteringar. För >500 enheter uppnådde 3-axlig konstruktion 18 % lägre totalkostnad.

4.3 Branschrelevans

5-axlig konstruktion rekommenderas för fästen med sammansatta krökningar (t.ex. motorfästen). Anpassning av regler med FAA 14 CFR §25.1301 kräver ytterligare utmattningsprovning.

5. Slutsats

5-axlig CNC förbättrar noggrannheten (27 %) och minskar uppställningstider (62 %) men ökar verktygskostnaderna (35 %). Hybridstrategier – med 3-axlar för grovbearbetning och 5-axlar för finbearbetning – optimerar balansen mellan kostnad och noggrannhet. Framtida forskning bör utforska AI-driven verktygsbanoptimering för att minska driftskostnader för 5-axlar.