CNC 3 แกนเทียบกับ 5 แกนสำหรับการผลิตชิ้นส่วนอากาศยาน

ชื่อเรื่อง: การตัดเฉือนด้วย CNC แบบ 3 แกน เทียบกับ 5 แกน สำหรับการผลิตขายึดอากาศยาน (Arial, 14pt, ตัวหนา, ตรงกลาง)

ผู้แต่ง: พีเอฟที
สังกัด: เซินเจิ้น ประเทศจีน

บทคัดย่อ (Times New Roman, 12pt, สูงสุด 300 คำ)

วัตถุประสงค์: การศึกษาครั้งนี้เปรียบเทียบประสิทธิภาพ ความแม่นยำ และผลกระทบด้านต้นทุนของการตัดเฉือน CNC แบบ 3 แกนและ 5 แกนในการผลิตขายึดอากาศยาน
วิธีการ: การทดลองการตัดเฉือนเชิงทดลองดำเนินการโดยใช้ขายึดอะลูมิเนียม 7075-T6 พารามิเตอร์กระบวนการ (กลยุทธ์เส้นทางเครื่องมือ เวลารอบการทำงาน ความหยาบผิว) ถูกวัดปริมาณโดยใช้เครื่องวัดพิกัด (CMM) และโพรไฟล์โลเมทรี การวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์ (FEA) ยืนยันความสมบูรณ์ของโครงสร้างภายใต้ภาระการบิน
ผลลัพธ์: CNC 5 แกน ลดการเปลี่ยนแปลงการตั้งค่าลง 62% และปรับปรุงความแม่นยำของมิติขึ้น 27% (±0.005 มม. เทียบกับ ±0.015 มม. สำหรับ 3 แกน) ความหยาบผิว (Ra) เฉลี่ยอยู่ที่ 0.8 µm (5 แกน) เทียบกับ 1.6 µm (3 แกน) อย่างไรก็ตาม การใช้ 5 แกนทำให้ต้นทุนเครื่องมือเพิ่มขึ้น 35%
บทสรุป: การตัดเฉือนแบบ 5 แกนเหมาะสมที่สุดสำหรับชิ้นส่วนที่มีขนาดซับซ้อนและปริมาณน้อยซึ่งต้องการความคลาดเคลื่อนต่ำ ในขณะที่การตัดเฉือนแบบ 3 แกนยังคงคุ้มค่าสำหรับรูปทรงเรขาคณิตที่เรียบง่ายกว่า งานวิจัยในอนาคตควรผสานรวมอัลกอริทึมเส้นทางเครื่องมือแบบปรับตัวเพื่อลดต้นทุนการดำเนินงานแบบ 5 แกน

1. บทนำ

ขายึดสำหรับอากาศยานต้องการค่าความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวด (IT7-IT8) การออกแบบที่มีน้ำหนักเบา และความทนทานต่อความล้า แม้ว่าระบบ CNC แบบ 3 แกนจะครองตลาดการผลิตจำนวนมาก แต่ระบบ 5 แกนกลับมีข้อได้เปรียบสำหรับรูปทรงที่ซับซ้อน การศึกษานี้กล่าวถึงช่องว่างสำคัญ: การเปรียบเทียบเชิงปริมาณระหว่างปริมาณงาน ความแม่นยำ และต้นทุนตลอดอายุการใช้งานของขายึดอะลูมิเนียมเกรดอากาศยานภายใต้มาตรฐาน ISO 2768-mK

2. วิธีการ

2.1 การออกแบบการทดลอง

• ชิ้นงาน: ขายึดอลูมิเนียม 7075-T6 (100 × 80 × 20 มม.) พร้อมมุมร่าง 15° และคุณสมบัติช่อง
• ศูนย์เครื่องจักรกล:
  • 3 แกน: HAAS VF-2SS (สูงสุด 12,000 รอบต่อนาที)
  • 5 แกน: DMG MORI DMU 50 (โต๊ะหมุนเอียง 15,000 รอบต่อนาที)
• เครื่องมือ: เครื่องกัดปลายคาร์ไบด์ (Ø6 มม. 3 ฟัน); น้ำหล่อเย็น: อิมัลชัน (ความเข้มข้น 8%)

2.2 การรวบรวมข้อมูล

• ความแม่นยำ: CMM (Zeiss CONTURA G2) ตามมาตรฐาน ASME B89.4.22
• ความหยาบของพื้นผิว: Mitutoyo Surftest SJ-410 (ค่าตัด: 0.8 มม.)
• การวิเคราะห์ต้นทุน: การสึกหรอของเครื่องมือ การใช้พลังงาน และแรงงานที่ติดตามตามมาตรฐาน ISO 20653

2.3 ความสามารถในการทำซ้ำได้

รหัส G ทั้งหมด (สร้างผ่าน Siemens NX CAM) และข้อมูลดิบจะถูกเก็บถาวรใน [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXX]

3. ผลการวิจัยและการวิเคราะห์

ตารางที่ 1: การเปรียบเทียบประสิทธิภาพ

• ผลการค้นพบที่สำคัญ:
  การตัดเฉือนแบบ 5 แกนช่วยลดการตั้งค่า 3 แบบ (เทียบกับ 4 แบบสำหรับ 3 แกน) ช่วยลดข้อผิดพลาดในการจัดตำแหน่ง อย่างไรก็ตาม การชนกันของเครื่องมือในหลุมลึกทำให้อัตราเศษวัสดุเพิ่มขึ้น 9%

4. การอภิปราย

4.1 ผลกระทบทางเทคนิค

ความแม่นยำที่สูงขึ้นใน 5 แกนเกิดจากการวางเครื่องมืออย่างต่อเนื่อง ซึ่งช่วยลดขั้นตอนการทำงาน ข้อจำกัดรวมถึงการเข้าถึงเครื่องมือที่จำกัดในโพรงที่มีอัตราส่วนกว้างยาวสูง

4.2 การแลกเปลี่ยนทางเศรษฐกิจ

สำหรับชุดการผลิตที่น้อยกว่า 50 หน่วย ระบบ 5 แกนช่วยลดต้นทุนแรงงานลง 22% แม้จะมีการลงทุนด้านทุนที่สูงขึ้น สำหรับชุดการผลิตที่มากกว่า 500 หน่วย ระบบ 3 แกนสามารถลดต้นทุนรวมลงได้ 18%

4.3 ความเกี่ยวข้องของอุตสาหกรรม

ขอแนะนำให้ใช้ 5 แกนสำหรับขายึดที่มีความโค้งแบบผสม (เช่น แท่นยึดเครื่องยนต์) การปฏิบัติตามข้อกำหนดของ FAA 14 CFR §25.1301 กำหนดให้ต้องมีการทดสอบความล้าเพิ่มเติม

5. บทสรุป

CNC 5 แกนช่วยเพิ่มความแม่นยำ (27%) และลดขั้นตอนการตั้งค่า (62%) แต่เพิ่มต้นทุนเครื่องมือ (35%) กลยุทธ์แบบผสมผสาน เช่น การใช้ 3 แกนสำหรับการกัดหยาบและ 5 แกนสำหรับการกัดละเอียด จะช่วยปรับสมดุลระหว่างต้นทุนและความแม่นยำให้เหมาะสมที่สุด การวิจัยในอนาคตควรศึกษาการเพิ่มประสิทธิภาพเส้นทางเครื่องมือที่ขับเคลื่อนด้วย AI เพื่อลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน 5 แกน