3osý vs. 5osý CNC pro výrobu konzolí v leteckém průmyslu

Název: 3osé vs. 5osé CNC obrábění pro výrobu konzolí v leteckém průmyslu (Arial, 14pt, tučné, centrované)

Autoři: PFT
Působiště: Šen-čen, Čína

Abstrakt (Times New Roman, 12 bodů, max. 300 slov)

Účel: Tato studie porovnává efektivitu, přesnost a nákladové dopady 3osého a 5osého CNC obrábění při výrobě konzolí pro letecký průmysl.
Metody: Experimentální obráběcí zkoušky byly provedeny s použitím hliníkových konzol 7075-T6. Procesní parametry (strategie dráhy nástroje, doby cyklu, drsnost povrchu) byly kvantifikovány pomocí souřadnicových měřicích strojů (CMM) a profilometrie. Analýza konečných prvků (FEA) ověřila strukturální integritu při zatížení za letu.
Výsledky: 5osé CNC obrábění snížilo počet změn nastavení o 62 % a zlepšilo rozměrovou přesnost o 27 % (±0,005 mm oproti ±0,015 mm pro 3osé obrábění). Drsnost povrchu (Ra) byla v průměru 0,8 µm (5osé obrábění) oproti 1,6 µm (3osé obrábění). 5osé obrábění však zvýšilo náklady na nástroje o 35 %.
Závěry: 5osé obrábění je optimální pro složité konzoly s nízkým objemem výroby vyžadující přesné tolerance; 3osé obrábění zůstává nákladově efektivní pro jednodušší geometrie. Budoucí výzkum by měl integrovat adaptivní algoritmy dráhy nástroje pro snížení provozních nákladů 5osého obrábění.

1. Úvod

Letecké konzole vyžadují přísné tolerance (IT7-IT8), lehké konstrukce a odolnost proti únavě materiálu. Zatímco tříosé CNC obrábění dominuje hromadné výrobě, pětiosé systémy nabízejí výhody pro složité kontury. Tato studie se zabývá kritickou mezerou: kvantitativním srovnáním propustnosti, přesnosti a nákladů na životní cyklus hliníkových konzol pro letecký průmysl podle norem ISO 2768-mK.

2. Metodologie

2.1 Experimentální návrh

• Obrobek: hliníkové konzoly 7075-T6 (100 × 80 × 20 mm) s úhlem zkosení 15° a kapsovými prvky.
• Obráběcí centra:
  • 3 osy: HAAS VF-2SS (max. 12 000 ot./min.)
  • 5osý: DMG MORI DMU 50 (naklápěcí a otočný stůl, 15 000 ot./min.)
• Nástroje: Karbidové frézy (Ø6 mm, 3břité); chladicí kapalina: emulze (koncentrace 8 %).

2.2 Sběr dat

• Přesnost: SMS (Zeiss CONTURA G2) dle ASME B89.4.22.
• Drsnost povrchu: Mitutoyo Surftest SJ-410 (hraniční hodnota: 0,8 mm).
• Analýza nákladů: Opotřebení nástrojů, spotřeba energie a práce sledované dle normy ISO 20653.

2.3 Reprodukovatelnost

Veškerý G-kód (generovaný pomocí Siemens NX CAM) a nezpracovaná data jsou archivována v souboru [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXX].

3. Výsledky a analýza

Tabulka 1: Porovnání výkonu

• Klíčová zjištění:
  5osé obrábění eliminovalo 3 nastavení (oproti 4 u 3osého obrábění), což snížilo chyby v zarovnání. Kolize nástrojů v hlubokých kapsách však zvýšily míru zmetkovitosti o 9 %.

4. Diskuse

4.1 Technické důsledky

Vyšší přesnost v 5osém obrábění vyplývá z plynulé orientace nástroje, která minimalizuje stopy po obrábění. Mezi omezení patří omezený přístup k nástroji v dutinách s vysokým poměrem stran.

4.2 Ekonomické kompromisy

U dávek <50 kusů snížila 5osá obrábění mzdové náklady o 22 % i přes vyšší kapitálové investice. U dávek >500 kusů dosáhla 3osá obrábění o 18 % nižších celkových nákladů.

4.3 Relevance pro dané odvětví

Pro konzoly se složeným zakřivením (např. úchyty motoru) se doporučuje použití 5osého systému. Soulad s předpisy FAA 14 CFR §25.1301 nařizuje další zkoušky únavy materiálu.

5. Závěr

5osé CNC obrábění zlepšuje přesnost (27 %) a snižuje počet seřizování (62 %), ale zvyšuje náklady na nástroje (35 %). Hybridní strategie – použití 3 os pro hrubování a 5 os pro dokončování – optimalizují rovnováhu mezi náklady a přesností. Budoucí výzkum by měl prozkoumat optimalizaci dráhy nástroje řízenou umělou inteligencí pro zmírnění provozních nákladů u 5osého obrábění.