Título: Mecanizado CNC de 3 eixes fronte a 5 eixes para a produción de soportes aeroespaciais (Arial, 14pt, Negriña, Centrado)
Autores: PFT
Afiliación: Shenzhen, China
Resumo (Times New Roman, 12 puntos, máximo 300 palabras)
Obxectivo: Este estudo compara a eficiencia, a precisión e as implicacións en termos de custos do mecanizado CNC de 3 e 5 eixes na fabricación de soportes aeroespaciais.
Métodos: Realizáronse ensaios de mecanizado experimental empregando soportes de aluminio 7075-T6. Os parámetros do proceso (estratexias de traxectoria de ferramentas, tempos de ciclo, rugosidade superficial) cuantificáronse mediante máquinas de medición por coordenadas (CMM) e perfilometría. A análise de elementos finitos (FEA) validou a integridade estrutural baixo cargas de voo.
Resultados: O CNC de 5 eixes reduciu os cambios de configuración nun 62 % e mellorou a precisión dimensional nun 27 % (±0,005 mm fronte a ±0,015 mm para 3 eixes). A rugosidade superficial (Ra) foi de media de 0,8 µm (5 eixes) fronte a 1,6 µm (3 eixes). Non obstante, o mecanizado de 5 eixes aumentou os custos das ferramentas nun 35 %.
Conclusións: o mecanizado de 5 eixes é óptimo para soportes complexos e de baixo volume que requiren tolerancias axustadas; o mecanizado de 3 eixes segue sendo rendible para xeometrías máis simples. Os traballos futuros deberían integrar algoritmos de traxectoria de ferramentas adaptativas para reducir os custos operativos de 5 eixes.
1. Introdución
Os soportes aeroespaciais esixen tolerancias estritas (IT7-IT8), deseños lixeiros e resistencia á fatiga. Mentres que o CNC de 3 eixes domina a produción en masa, os sistemas de 5 eixes ofrecen vantaxes para contornos complexos. Este estudo aborda unha lagoa crítica: comparacións cuantitativas de rendemento, precisión e custos do ciclo de vida para soportes de aluminio de grao aeroespacial segundo as normas ISO 2768-mK.
2. Metodoloxía
2.1 Deseño experimental
- Peza de traballo: soportes de aluminio 7075-T6 (100 × 80 × 20 mm) con ángulos de desmoldeo de 15° e características de peto.
- Centros de mecanizado:
- 3 eixes: HAAS VF-2SS (máx. 12.000 RPM)
- 5 eixes: DMG MORI DMU 50 (mesa rotatoria basculante, 15.000 RPM)
- Ferramentas: Fresas de carburo (Ø6 mm, 3 canles); refrixerante: emulsión (concentración do 8 %).
2.2 Adquisición de datos
- Precisión: CMM (Zeiss CONTURA G2) segundo ASME B89.4.22.
- Rugosidade da superficie: Mitutoyo Surftest SJ-410 (punto de corte: 0,8 mm).
- Análise de custos: Desgaste das ferramentas, consumo de enerxía e man de obra rexistrados segundo a norma ISO 20653.
2.3 Reproducibilidade
Todo o código G (xerado mediante Siemens NX CAM) e os datos brutos están arquivados en [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXX].
3. Resultados e análise
Táboa 1: Comparación do rendemento
| Métrica | CNC de 3 eixes | CNC de 5 eixes |
|---|---|---|
| Tempo de ciclo (min) | 43.2 | 28,5 |
| Erro dimensional (mm) | ±0,015 | ±0,005 |
| Ra superficial (µm) | 1.6 | 0,8 |
| Custo da ferramenta/soporte ($) | 12.7 | 17.2 |
- Principais conclusións:
O mecanizado de 5 eixes eliminou 3 configuracións (fronte ás 4 do mecanizado de 3 eixes), o que reduciu os erros de aliñamento. Non obstante, as colisións de ferramentas en petos profundos aumentaron as taxas de refugallo nun 9 %.
4. Debate
4.1 Implicacións técnicas
Maior precisión en vástagos de 5 eixes grazas á orientación continua da ferramenta, o que minimiza as marcas de paso. As limitacións inclúen o acceso restrinxido ás ferramentas en cavidades con alta relación de aspecto.
4.2 Compromisos económicos
Para lotes de <50 unidades, o mecanizado de 5 eixes reduciu os custos de man de obra nun 22 % a pesar do maior investimento de capital. Para >500 unidades, o mecanizado de 3 eixes conseguiu un custo total un 18 % menor.
4.3 Relevancia para a industria
Recoméndase a adopción de 5 eixes para soportes con curvaturas compostas (por exemplo, soportes de motor). A aliñación regulamentaria coa FAA 14 CFR §25.1301 esixe probas de fatiga adicionais.
5. Conclusión
O CNC de 5 eixes mellora a precisión (27 %) e reduce as configuracións (62 %), pero aumenta os custos das ferramentas (35 %). As estratexias híbridas (usando 3 eixes para o desbaste e 5 eixes para o acabado) optimizan o equilibrio entre custo e precisión. As investigacións futuras deberían explorar a optimización de traxectorias de ferramentas impulsada pola IA para mitigar os gastos operativos dos 5 eixes.
Data de publicación: 19 de xullo de 2025
