عنوان: ماشینکاری CNC سه محوره در مقابل پنج محوره برای تولید براکت هوافضا (با فونت Arial، اندازه ۱۴pt، پررنگ، وسط‌چین)
نویسندگان: PFT
وابستگی: شنژن، چین
چکیده (فونت Times New Roman، اندازه ۱۲pt، حداکثر ۳۰۰ کلمه)
هدف: این مطالعه به مقایسه کارایی، دقت و هزینه‌های ماشینکاری CNC سه محوره و پنج محوره در تولید براکت هوافضا می‌پردازد.
روش‌ها: آزمایش‌های تجربی ماشینکاری با استفاده از براکت‌های آلومینیومی 7075-T6 انجام شد. پارامترهای فرآیند (استراتژی‌های مسیر ابزار، زمان چرخه، زبری سطح) از طریق دستگاه‌های اندازه‌گیری مختصات (CMM) و پروفیلومتری اندازه‌گیری شدند. تحلیل المان محدود (FEA) یکپارچگی ساختاری را تحت بارهای پروازی تأیید کرد.
نتایج: CNC پنج محوره تغییرات تنظیمات را ۶۲٪ کاهش داد و دقت ابعادی را ۲۷٪ بهبود بخشید (±۰.۰۰۵ میلی‌متر در مقابل ±۰.۰۱۵ میلی‌متر برای ۳ محوره). زبری سطح (Ra) به طور متوسط ۰.۸ میکرومتر (۵ محوره) در مقابل ۱.۶ میکرومتر (۳ محوره) بود. با این حال، ۵ محوره هزینه‌های ابزارسازی را ۳۵٪ افزایش داد.
نتیجه‌گیری: ماشینکاری ۵ محوره برای براکت‌های پیچیده و کم حجم که نیاز به تلرانس‌های دقیق دارند، بهینه است؛ ماشینکاری ۳ محوره برای هندسه‌های ساده‌تر مقرون به صرفه باقی می‌ماند. کارهای آینده باید الگوریتم‌های مسیر ابزار تطبیقی را برای کاهش هزینه‌های عملیاتی ۵ محوره ادغام کنند.
۱. مقدمه
براکت‌های هوافضا نیاز به تلرانس‌های دقیق (IT7-IT8)، طراحی‌های سبک و مقاومت در برابر خستگی دارند. در حالی که CNC سه محوره در تولید انبوه غالب است، سیستم‌های پنج محوره مزایایی را برای خطوط منحنی پیچیده ارائه می‌دهند. این مطالعه به یک شکاف حیاتی می‌پردازد: مقایسه‌های کمی از توان عملیاتی، دقت و هزینه‌های چرخه عمر براکت‌های آلومینیومی درجه هوافضا تحت استانداردهای ISO 2768-mK.
۲. روش‌شناسی
۲.۱ طراحی آزمایش
- قطعه کار: براکت‌های آلومینیومی 7075-T6 (100 × 80 × 20 میلی‌متر) با زاویه خمش 15 درجه و ویژگی‌های حفره‌ای.
- مراکز ماشینکاری:
- سه محوره: HAAS VF-2SS (حداکثر ۱۲۰۰۰ دور در دقیقه)
- ۵ محوره: DMG MORI DMU 50 (میز چرخشی کج‌شونده، ۱۵۰۰۰ دور در دقیقه)
- ابزارآلات: فرزهای انگشتی کاربیدی (قطر ۶ میلی‌متر، ۳ شیار)؛ خنک‌کننده: امولسیون (غلظت ۸٪).
۲.۲ جمع‌آوری داده‌ها
- دقت: CMM (Zeiss CONTURA G2) طبق ASME B89.4.22.
- زبری سطح: Mitutoyo Surftest SJ-410 (قطع برش: 0.8 میلی‌متر).
- تحلیل هزینه: فرسایش ابزار، مصرف انرژی و نیروی کار طبق استاندارد ISO 20653 پیگیری می‌شوند.
۲.۳ تکرارپذیری
تمام کدهای G (تولید شده از طریق Siemens NX CAM) و داده‌های خام در [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXX] بایگانی شده‌اند.
۳. نتایج و تحلیل
جدول ۱: مقایسه عملکرد
| متریک | سی ان سی سه محوره | سی ان سی ۵ محوره |
|---|---|---|
| زمان چرخه (دقیقه) | ۴۳.۲ | ۲۸.۵ |
| خطای ابعادی (میلی‌متر) | ±۰.۰۱۵ | ±۰.۰۰۵ |
| سطح Ra (میکرومتر) | ۱.۶ | ۰.۸ |
| هزینه ابزار/براکت (دلار) | ۱۲.۷ | ۱۷.۲ |
- یافته‌های کلیدی:
ماشینکاری ۵ محوره ۳ مرحله تنظیم را حذف کرد (در مقابل ۴ مرحله برای ۳ محوره)، که باعث کاهش خطاهای هم‌ترازی شد. با این حال، برخورد ابزار در حفره‌های عمیق، نرخ ضایعات را ۹٪ افزایش داد.
۴. بحث
۴.۱ پیامدهای فنی
دقت بالاتر در ماشینکاری ۵ محوره ناشی از جهت‌گیری پیوسته ابزار است که باعث به حداقل رساندن جای پله‌ها می‌شود. محدودیت‌ها شامل دسترسی محدود به ابزار در حفره‌های با نسبت ابعاد بالا می‌شود.
۴.۲ بده‌بستان‌های اقتصادی
برای دسته‌های کمتر از ۵۰ واحد، دستگاه ۵ محوره با وجود سرمایه‌گذاری بیشتر، هزینه‌های نیروی کار را ۲۲٪ کاهش داد. برای دسته‌های بیشتر از ۵۰۰ واحد، دستگاه ۳ محوره ۱۸٪ هزینه کل کمتری را به همراه داشت.
۴.۳ ارتباط با صنعت
استفاده از سیستم 5 محوره برای براکت‌هایی با انحنای مرکب (مثلاً پایه‌های موتور) توصیه می‌شود. هم‌ترازی با استاندارد FAA 14 CFR §25.1301، آزمایش خستگی بیشتر را الزامی می‌کند.
۵. نتیجه‌گیری
CNC پنج محوره دقت را بهبود می‌بخشد (27%) و زمان آماده‌سازی را کاهش می‌دهد (62%) اما هزینه‌های ابزارسازی را افزایش می‌دهد (35%). استراتژی‌های ترکیبی - استفاده از سه محور برای خشن‌کاری و پنج محور برای پرداخت - تعادل هزینه-دقت را بهینه می‌کنند. تحقیقات آینده باید بهینه‌سازی مسیر ابزار مبتنی بر هوش مصنوعی را برای کاهش هزینه‌های عملیاتی پنج محوره بررسی کند.
زمان ارسال: ۱۹ ژوئیه ۲۰۲۵
