3-осевой и 5-осевой ЧПУ для производства кронштейнов для аэрокосмической промышленности

Название: 3-осевая и 5-осевая обработка на станках с ЧПУ для производства кронштейнов для аэрокосмической техники (Arial, 14pt, полужирный, выравнивание по центру)

Авторы: ПФТ
Принадлежность: Шэньчжэнь, Китай

Аннотация (Times New Roman, 12 пт, максимум 300 слов)

Цель: В данном исследовании сравниваются эффективность, точность и финансовые последствия 3-осевой и 5-осевой обработки на станках с ЧПУ при изготовлении кронштейнов для аэрокосмической промышленности.
Методы: Экспериментальные испытания по обработке проводились с использованием алюминиевых кронштейнов 7075-T6. Параметры процесса (стратегии траектории инструмента, время цикла, шероховатость поверхности) количественно определялись с помощью координатно-измерительных машин (КИМ) и профилометрии. Анализ методом конечных элементов (FEA) подтвердил структурную целостность под действием летных нагрузок.
Результаты: 5-осевая обработка с ЧПУ сократила количество изменений в настройках на 62% и повысила точность размеров на 27% (±0,005 мм против ±0,015 мм для 3-осевой обработки). Шероховатость поверхности (Ra) в среднем составила 0,8 мкм (5-осевая обработка) против 1,6 мкм (3-осевая обработка). Однако 5-осевая обработка увеличила затраты на инструмент на 35%.
Выводы: 5-осевая обработка оптимальна для сложных кронштейнов малого объёма, требующих жёстких допусков; 3-осевая обработка остаётся экономически эффективной для деталей более простой геометрии. В будущем планируется внедрение адаптивных алгоритмов траектории инструмента для снижения эксплуатационных расходов при 5-осевой обработке.

1. Введение

Для кронштейнов для аэрокосмической промышленности требуются строгие допуски (IT7–IT8), лёгкие конструкции и высокая усталостная прочность. В то время как трёхкоординатные станки с ЧПУ доминируют в массовом производстве, пятикоординатные системы предлагают преимущества для обработки сложных контуров. Данное исследование устраняет важный пробел: количественное сравнение производительности, точности и стоимости жизненного цикла кронштейнов из алюминия аэрокосмического назначения в соответствии со стандартами ISO 2768-mK.

2. Методология

2.1 Экспериментальный дизайн

• Заготовка: алюминиевые кронштейны 7075-T6 (100 × 80 × 20 мм) с углами наклона 15° и карманными функциями.
• Обрабатывающие центры:
  • 3-осевой: HAAS VF-2SS (макс. 12 000 об/мин)
  • 5-осевой: DMG MORI DMU 50 (наклонно-поворотный стол, 15 000 об/мин)
• Инструмент: твердосплавные концевые фрезы (Ø6 мм, 3-х зубые); СОЖ: эмульсия (концентрация 8%).

2.2 Сбор данных

• Точность: КИМ (Zeiss CONTURA G2) по ASME B89.4.22.
• Шероховатость поверхности: Mitutoyo Surftest SJ-410 (отсечка: 0,8 мм).
• Анализ затрат: износ инструментов, потребление энергии и трудозатраты отслеживаются в соответствии со стандартом ISO 20653.

2.3 Воспроизводимость

Весь G-код (сгенерированный с помощью Siemens NX CAM) и необработанные данные архивируются в [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXX].

3. Результаты и анализ

Таблица 1: Сравнение производительности

• Основные выводы:
  5-осевая обработка позволила исключить 3 установки (по сравнению с 4 при 3-осевой обработке), что снизило погрешность совмещения. Однако столкновения инструмента в глубоких карманах увеличили процент брака на 9%.

4. Обсуждение

4.1 Технические последствия

Более высокая точность обработки по 5 осям достигается за счёт непрерывной ориентации инструмента, что минимизирует образование ступенчатых следов. К ограничениям относится ограниченный доступ к инструменту в полостях с высоким соотношением сторон.

4.2 Экономические компромиссы

Для партий <50 единиц 5-осевая обработка позволила снизить затраты на рабочую силу на 22%, несмотря на более высокие капитальные вложения. Для партий >500 единиц 3-осевая обработка позволила снизить общие затраты на 18%.

4.3 Соответствие отрасли

Для кронштейнов со сложными изгибами (например, опор двигателя) рекомендуется использовать 5-осевой метод. Соответствие нормативным требованиям FAA 14 CFR §25.1301 требует проведения дополнительных испытаний на усталость.

5. Заключение

5-осевая обработка с ЧПУ повышает точность (27%) и сокращает время наладки (62%), но увеличивает затраты на инструмент (35%). Гибридные стратегии — использование 3-осевой обработки для черновой и 5-осевой для чистовой — оптимизируют баланс между стоимостью и точностью. В будущих исследованиях следует изучить оптимизацию траектории инструмента с помощью ИИ для снижения эксплуатационных расходов при 5-осевой обработке.