CNC de 3 eixos vs. CNC de 5 eixos per a la producció de suports aeroespacials

Títol: Mecanitzat CNC de 3 eixos vs. 5 eixos per a la producció de suports aeroespacials (Arial, 14pt, negreta, centrat)

Autors: PFT
Afiliació: Shenzhen, Xina

Resum (Times New Roman, 12 pt, màxim 300 paraules)

Objectiu: Aquest estudi compara l'eficiència, la precisió i les implicacions en termes de costos del mecanitzat CNC de 3 i 5 eixos en la fabricació de suports aeroespacials.
Mètodes: Es van dur a terme assaigs de mecanitzat experimentals utilitzant suports d'alumini 7075-T6. Els paràmetres del procés (estratègies de trajectòria d'eina, temps de cicle, rugositat superficial) es van quantificar mitjançant màquines de mesura de coordenades (CMM) i perfilometria. L'anàlisi d'elements finits (FEA) va validar la integritat estructural sota càrregues de vol.
Resultats: El CNC de 5 eixos va reduir els canvis de configuració en un 62% i va millorar la precisió dimensional en un 27% (±0,005 mm vs. ±0,015 mm per a 3 eixos). La rugositat superficial (Ra) va ser de mitjana de 0,8 µm (5 eixos) enfront d'1,6 µm (3 eixos). No obstant això, els 5 eixos van augmentar els costos de les eines en un 35%.
Conclusions: El mecanitzat de 5 eixos és òptim per a suports complexos i de baix volum que requereixen toleràncies ajustades; el mecanitzat de 3 eixos continua sent rendible per a geometries més simples. Els treballs futurs haurien d'integrar algoritmes de trajectòria d'eina adaptativa per reduir els costos operatius de 5 eixos.

1. Introducció

Els suports aeroespacials exigeixen toleràncies estrictes (IT7-IT8), dissenys lleugers i resistència a la fatiga. Mentre que el CNC de 3 eixos domina la producció en massa, els sistemes de 5 eixos ofereixen avantatges per a contorns complexos. Aquest estudi aborda una bretxa crítica: comparacions quantitatives de rendiment, precisió i costos del cicle de vida dels suports d'alumini de grau aeroespacial segons els estàndards ISO 2768-mK.

2. Metodologia

2.1 Disseny experimental

• Peça de treball: Suports d'alumini 7075-T6 (100 × 80 × 20 mm) amb angles d'esborrat de 15° i funcions de butxaca.
• Centres de mecanitzat:
  • 3 eixos: HAAS VF-2SS (màx. 12.000 RPM)
  • 5 eixos: DMG MORI DMU 50 (taula giratòria basculant, 15.000 RPM)
• Utillatge: Freses de carbur (Ø6 mm, 3 flocs); refrigerant: emulsió (concentració del 8%).

2.2 Adquisició de dades

• Precisió: CMM (Zeiss CONTURA G2) segons ASME B89.4.22.
• Rugositat superficial: Mitutoyo Surftest SJ-410 (punt de tall: 0,8 mm).
• Anàlisi de costos: Desgast de les eines, consum d'energia i mà d'obra registrats segons la norma ISO 20653.

2.3 Reproductibilitat

Tot el codi G (generat mitjançant Siemens NX CAM) i les dades en brut s'arxiven a [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXX].

3. Resultats i anàlisi

Taula 1: Comparació de rendiment

• Conclusions clau:
  El mecanitzat de 5 eixos va eliminar 3 configuracions (enfront de 4 per al mecanitzat de 3 eixos), reduint els errors d'alineació. No obstant això, les col·lisions d'eines en bosses profundes van augmentar les taxes de rebuig en un 9%.

4. Discussió

4.1 Implicacions tècniques

Major precisió en tiges de 5 eixos gràcies a l'orientació contínua de l'eina, minimitzant les marques de passos. Les limitacions inclouen l'accés restringit a l'eina en cavitats amb una alta relació d'aspecte.

4.2 Compromisos econòmics

Per lots de menys de 50 unitats, el model de 5 eixos va reduir els costos de mà d'obra en un 22% malgrat una major inversió de capital. Per a lots de més de 500 unitats, el model de 3 eixos va aconseguir un cost total un 18% inferior.

4.3 Rellevància per a la indústria

Es recomana l'adopció de 5 eixos per a suports amb curvatures compostes (per exemple, suports de motor). L'alineació normativa amb la norma FAA 14 CFR §25.1301 exigeix proves de fatiga addicionals.

5. Conclusió

El CNC de 5 eixos millora la precisió (27%) i redueix les configuracions (62%), però augmenta els costos de les eines (35%). Les estratègies híbrides (utilitzant 3 eixos per al desbast i 5 eixos per a l'acabat) optimitzen l'equilibri cost-precisió. Les futures investigacions haurien d'explorar l'optimització de la trajectòria d'eines impulsada per IA per mitigar les despeses operatives de 5 eixos.