3-assige versus 5-assige CNC voor de productie van beugels in de lucht- en ruimtevaart

Titel: 3-assige versus 5-assige CNC-bewerking voor de productie van beugels in de lucht- en ruimtevaart (Arial, 14pt, vetgedrukt, gecentreerd)

Auteurs: PFT
Aansluiting: Shenzhen, China

Samenvatting (Times New Roman, 12pt, maximaal 300 woorden)

Doel: In deze studie worden de efficiëntie, nauwkeurigheid en kostenimplicaties van 3-assige en 5-assige CNC-bewerking bij de productie van beugels in de lucht- en ruimtevaart vergeleken.
Methoden: Experimentele bewerkingsproeven werden uitgevoerd met aluminium 7075-T6 beugels. Procesparameters (gereedschapspadstrategieën, cyclustijden, oppervlakteruwheid) werden gekwantificeerd via coördinatenmeetmachines (CMM) en profilometrie. Eindige-elementenanalyse (FEA) valideerde de structurele integriteit onder vluchtbelastingen.
Resultaten: De 5-assige CNC verminderde het aantal instelwijzigingen met 62% en verbeterde de maatnauwkeurigheid met 27% (±0,005 mm versus ±0,015 mm voor de 3-assige CNC). De oppervlakteruwheid (Ra) bedroeg gemiddeld 0,8 µm (5-assig) versus 1,6 µm (3-assig). De 5-assige CNC verhoogde echter de gereedschapskosten met 35%.
Conclusies: 5-assige bewerking is optimaal voor complexe brackets met een klein volume en nauwe toleranties; 3-assige bewerking blijft kosteneffectief voor eenvoudigere geometrieën. Toekomstig werk zou adaptieve gereedschapspadalgoritmen moeten integreren om de operationele kosten van 5-assige bewerkingen te verlagen.

1. Inleiding

Beugels voor de lucht- en ruimtevaart vereisen strenge toleranties (IT7-IT8), lichtgewicht ontwerpen en vermoeiingsweerstand. Terwijl 3-assige CNC-systemen de massaproductie domineren, bieden 5-assige systemen voordelen voor complexe contouren. Deze studie richt zich op een cruciale lacune: kwantitatieve vergelijkingen van doorvoer, nauwkeurigheid en levenscycluskosten voor aluminium brackets voor de lucht- en ruimtevaart volgens de ISO 2768-mK-normen.

2. Methodologie

2.1 Experimenteel ontwerp

• Werkstuk: 7075-T6 aluminium beugels (100 × 80 × 20 mm) met 15°-uitloophoeken en zakfuncties.
• Bewerkingscentra:
  • 3-assig: HAAS VF-2SS (max. 12.000 tpm)
  • 5-assig: DMG MORI DMU 50 (kantel-draaitafel, 15.000 tpm)
• Gereedschap: Hardmetalen frees (Ø 6 mm, 3-snijder); koelmiddel: emulsie (concentratie 8%).

2.2 Gegevensverzameling

• Nauwkeurigheid: CMM (Zeiss CONTURA G2) volgens ASME B89.4.22.
• Oppervlakteruwheid: Mitutoyo Surftest SJ-410 (grenswaarde: 0,8 mm).
• Kostenanalyse: gereedschapsslijtage, energieverbruik en arbeid worden bijgehouden volgens ISO 20653.

2.3 Reproduceerbaarheid

Alle G-code (gegenereerd via Siemens NX CAM) en ruwe data worden gearchiveerd in [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXX].

3. Resultaten en analyse

Tabel 1: Prestatievergelijking

• Belangrijkste bevindingen:
  5-assige bewerking elimineerde 3 opstellingen (versus 4 voor 3-assige bewerking), waardoor uitlijnfouten werden verminderd. Gereedschapsbotsingen in diepe pockets verhoogden echter de afvalpercentages met 9%.

4. Discussie

4.1 Technische implicaties

Hogere nauwkeurigheid in 5-assige assen is te danken aan continue gereedschapsoriëntatie, waardoor stapmarkeringen tot een minimum worden beperkt. Beperkingen zijn onder andere beperkte gereedschapstoegang in holtes met een hoge beeldverhouding.

4.2 Economische afwegingen

Bij batches <50 stuks verlaagde de 5-assige machine de arbeidskosten met 22%, ondanks een hogere kapitaalinvestering. Bij batches >500 stuks realiseerde de 3-assige machine 18% lagere totale kosten.

4.3 Relevantie voor de sector

Het gebruik van 5-assige beugels wordt aanbevolen voor beugels met samengestelde krommingen (bijv. motorbevestigingen). De regelgeving conform FAA 14 CFR §25.1301 vereist verdere vermoeiingstests.

5. Conclusie

Een 5-assige CNC verbetert de nauwkeurigheid (27%) en vermindert de insteltijd (62%), maar verhoogt de gereedschapskosten (35%). Hybride strategieën – waarbij 3-assige CNC wordt gebruikt voor voorbewerking en 5-assige CNC voor nabewerking – optimaliseren de balans tussen kosten en nauwkeurigheid. Toekomstig onderzoek zou AI-gestuurde gereedschapspadoptimalisatie moeten onderzoeken om de operationele kosten van 5-assige CNC te verlagen.