CNC 3 צירים לעומת 5 צירים לייצור תושבות אווירונאוטיקה

כותרת: עיבוד שבבי CNC 3 צירים לעומת 5 צירים לייצור סוגריים בחלל (Arial, 14pt, מודגש, ממורכז)

מחברים: PFT
שיוך: שנזן, סין

תקציר (טיימס ניו רומן, 12 נקודות, מקסימום 300 מילים)

מטרה: מחקר זה משווה את היעילות, הדיוק וההשלכות על העלות של עיבוד שבבי CNC בעל 3 צירים ו-5 צירים בייצור תושבות בחלל.
שיטות: נערכו ניסויי עיבוד שבבי תוך שימוש בסוגריים מאלומיניום 7075-T6. פרמטרי התהליך (אסטרטגיות מסלול כלים, זמני מחזור, חספוס פני השטח) כומתו באמצעות מכונות מדידה קואורדינטות (CMM) ופרופילומטריה. ניתוח אלמנטים סופיים (FEA) אימת את שלמות המבנה תחת עומסי טיסה.
תוצאות: CNC 5 צירים הפחית את שינויי הכיוון ב-62% ושיפור דיוק המימדים ב-27% (±0.005 מ"מ לעומת ±0.015 מ"מ עבור 3 צירים). חספוס פני השטח (Ra) ממוצע היה 0.8 מיקרון (5 צירים) לעומת 1.6 מיקרון (3 צירים). עם זאת, 5 צירים הגדילו את עלויות הכלים ב-35%.
מסקנות: עיבוד שבבי 5 צירים אופטימלי עבור סוגריים מורכבים בנפח נמוך הדורשים סבולות צפופות; עיבוד שבבי 3 צירים נותר חסכוני עבור גיאומטריות פשוטות יותר. עבודה עתידית צריכה לשלב אלגוריתמים של מסלולי כלים אדפטיביים כדי להפחית את עלויות התפעול של 5 צירים.

1. מבוא

תושבות אלומיניום ברמת תעופה וחלל דורשות סבולות מחמירות (IT7-IT8), עיצובים קלים ועמידות בפני עייפות. בעוד ש-CNC בעל 3 צירים שולט בייצור המוני, מערכות בעלות 5 צירים מציעות יתרונות עבור קווי מתאר מורכבים. מחקר זה מטפל בפער קריטי: השוואות כמותיות של תפוקה, דיוק ועלויות מחזור חיים עבור תושבות אלומיניום ברמת תעופה וחלל תחת תקני ISO 2768-mK.

2. מתודולוגיה

2.1 תכנון ניסיוני

• חומר עבודה: סוגריים מאלומיניום 7075-T6 (100 × 80 × 20 מ"מ) עם זוויות טיוטה של 15° ותכונות כיס.
• מרכזי עיבוד שבבי:
  • 3 צירים: HAAS VF-2SS (מקסימום 12,000 סל"ד)
  • 5 צירים: DMG MORI DMU 50 (שולחן סיבובי-נטייה, 15,000 סל"ד)
• כלי עבודה: מקדחות קצה קרביד (Ø6 מ"מ, 3 חריצים); נוזל קירור: אמולסיה (ריכוז 8%).

2.2 איסוף נתונים

• דיוק: CMM ‏(Zeiss CONTURA G2) לפי תקן ASME B89.4.22.
• חספוס פני השטח: Mitutoyo Surftest SJ-410 (קו סף: 0.8 מ"מ).
• ניתוח עלויות: מעקב אחר בלאי כלים, צריכת אנרגיה ועבודה לפי תקן ISO 20653.

2.3 שחזור

כל קוד ה-G (שנוצר באמצעות סימנס NX CAM) והנתונים הגולמיים מאוחסנים ב-[DOI: 10.5281/zenodo.XXXXX].

3. תוצאות וניתוח

טבלה 1: השוואת ביצועים

• ממצאים עיקריים:
  עיבוד שבבי ב-5 צירים ביטל 3 כיוונים (לעומת 4 עבור עיבוד שבבי ב-3 צירים), מה שהפחית שגיאות יישור. עם זאת, התנגשויות כלים בכיסים עמוקים הגדילו את שיעורי הגרוטאות ב-9%.

4. דיון

4.1 השלכות טכניות

דיוק גבוה יותר בגבעולים בעלי 5 צירים הודות לכיוון רציף של הכלי, תוך מזעור סימני צעד. המגבלות כוללות גישה מוגבלת לכלי בחללים בעלי יחס גובה-רוחב גבוה.

4.2 פשרות כלכליות

עבור אצוות מתחת ל-50 יחידות, 5 צירים הפחיתו את עלויות העבודה ב-22% למרות השקעות הון גבוהות יותר. עבור >500 יחידות, 3 צירים השיג עלות כוללת נמוכה יותר ב-18%.

4.3 רלוונטיות לתעשייה

מומלץ להשתמש במערכת 5 צירים עבור תושבות בעלות עקמומיות מורכבת (למשל, תושבות מנוע). התאמה רגולטורית עם FAA 14 CFR §25.1301 מחייבת בדיקות עייפות נוספות.

5. סיכום

טכנולוגיית CNC בעלת 5 צירים משפרת את הדיוק (27%) ומפחיתה את זמן ההקמה (62%), אך מגדילה את עלויות ייצור הכלים (35%). אסטרטגיות היברידיות - שימוש ב-3 צירים לחיתוך גס וב-5 צירים לחיתוך גימור - מיטובות את האיזון בין עלות לדיוק. מחקר עתידי צריך לבחון אופטימיזציה של מסלולי כלים המונעים על ידי בינה מלאכותית כדי להפחית את הוצאות התפעול של 5 צירים.