CNC 3 trục so với 5 trục cho sản xuất giá đỡ hàng không vũ trụ

Tiêu đề: Gia công CNC 3 trục so với 5 trục để sản xuất giá đỡ hàng không vũ trụ (Arial, 14pt, in đậm, căn giữa)

Tác giả: PFT
Liên kết: Thâm Quyến, Trung Quốc

Tóm tắt (Times New Roman, 12pt, tối đa 300 từ)

Mục đích: Nghiên cứu này so sánh hiệu quả, độ chính xác và chi phí liên quan đến gia công CNC 3 trục và 5 trục trong sản xuất giá đỡ hàng không vũ trụ.
Phương pháp: Các thử nghiệm gia công thực nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng giá đỡ nhôm 7075-T6. Các thông số quy trình (chiến lược đường chạy dao, thời gian chu kỳ, độ nhám bề mặt) được định lượng bằng máy đo tọa độ (CMM) và phép đo biên dạng. Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) đã xác nhận tính toàn vẹn của kết cấu dưới tải trọng bay.
Kết quả: CNC 5 trục giảm 62% thay đổi thiết lập và cải thiện độ chính xác kích thước 27% (±0,005 mm so với ±0,015 mm đối với CNC 3 trục). Độ nhám bề mặt (Ra) trung bình là 0,8 µm (5 trục) so với 1,6 µm (3 trục). Tuy nhiên, CNC 5 trục làm tăng chi phí gia công lên 35%.
Kết luận: Gia công 5 trục là lựa chọn tối ưu cho các giá đỡ phức tạp, khối lượng nhỏ đòi hỏi dung sai chặt chẽ; gia công 3 trục vẫn tiết kiệm chi phí cho các hình dạng đơn giản hơn. Các nghiên cứu trong tương lai nên tích hợp các thuật toán đường chạy dao thích ứng để giảm chi phí vận hành 5 trục.

1. Giới thiệu

Giá đỡ hàng không vũ trụ đòi hỏi dung sai nghiêm ngặt (IT7-IT8), thiết kế nhẹ và khả năng chống mỏi. Trong khi CNC 3 trục chiếm ưu thế trong sản xuất hàng loạt, hệ thống 5 trục mang lại lợi thế cho các đường viền phức tạp. Nghiên cứu này giải quyết một vấn đề quan trọng: so sánh định lượng về năng suất, độ chính xác và chi phí vòng đời của giá đỡ nhôm hàng không vũ trụ theo tiêu chuẩn ISO 2768-mK.

2. Phương pháp luận

2.1 Thiết kế thử nghiệm

• Chi tiết gia công: Giá đỡ bằng nhôm 7075-T6 (100 × 80 × 20 mm) có góc nghiêng 15° và có đặc điểm là túi.
• Trung tâm gia công:
  • 3 trục: HAAS VF-2SS (tối đa 12.000 vòng/phút)
  • 5 trục: DMG MORI DMU 50 (bàn xoay nghiêng, 15.000 vòng/phút)
• Dụng cụ: Dao phay đầu cacbua (Ø6 mm, 3 rãnh); chất làm mát: nhũ tương (nồng độ 8%).

2.2 Thu thập dữ liệu

• Độ chính xác: CMM (Zeiss CONTURA G2) theo ASME B89.4.22.
• Độ nhám bề mặt: Mitutoyo Surftest SJ-410 (giới hạn cắt: 0,8 mm).
• Phân tích chi phí: Theo dõi mức độ hao mòn của dụng cụ, mức tiêu thụ năng lượng và lao động theo ISO 20653.

2.3 Khả năng tái tạo

Tất cả mã G (được tạo thông qua Siemens NX CAM) và dữ liệu thô được lưu trữ trong [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXX].

3. Kết quả và phân tích

Bảng 1: So sánh hiệu suất

• Những phát hiện chính:
  Gia công 5 trục loại bỏ 3 thiết lập (so với 4 thiết lập của gia công 3 trục), giúp giảm lỗi căn chỉnh. Tuy nhiên, va chạm dụng cụ trong các hốc sâu làm tăng tỷ lệ phế liệu lên 9%.

4. Thảo luận

4.1 Ý nghĩa kỹ thuật

Độ chính xác cao hơn ở chế độ 5 trục bắt nguồn từ việc định hướng dụng cụ liên tục, giảm thiểu dấu bậc. Hạn chế bao gồm khả năng tiếp cận dụng cụ hạn chế trong các khoang có tỷ lệ khung hình cao.

4.2 Sự đánh đổi về kinh tế

Đối với các lô hàng <50 đơn vị, hệ thống 5 trục giúp giảm 22% chi phí nhân công mặc dù vốn đầu tư cao hơn. Đối với các lô hàng >500 đơn vị, hệ thống 3 trục giúp giảm 18% tổng chi phí.

4.3 Sự liên quan của ngành

Khuyến nghị áp dụng hệ thống 5 trục cho các giá đỡ có độ cong phức hợp (ví dụ: giá đỡ động cơ). Việc tuân thủ quy định với FAA 14 CFR §25.1301 yêu cầu phải tiến hành thử nghiệm độ bền mỏi thêm.

5. Kết luận

CNC 5 trục cải thiện độ chính xác (27%) và giảm thiết lập (62%) nhưng lại làm tăng chi phí gia công (35%). Các chiến lược kết hợp - sử dụng 3 trục để gia công thô và 5 trục để gia công tinh - giúp tối ưu hóa sự cân bằng giữa chi phí và độ chính xác. Các nghiên cứu trong tương lai nên khám phá tối ưu hóa đường chạy dao bằng AI để giảm thiểu chi phí vận hành 5 trục.