CNC de 3 eixos vs. 5 eixos para produção de suportes aeroespaciais

Título: Usinagem CNC de 3 eixos vs. 5 eixos para produção de suportes aeroespaciais (Arial, 14pt, negrito, centralizado)

Autores: PFT
Afiliação: Shenzhen, China

Resumo (Times New Roman, 12pt, 300 palavras no máximo)

Objetivo: Este estudo compara a eficiência, a precisão e as implicações de custo da usinagem CNC de 3 e 5 eixos na fabricação de suportes aeroespaciais.
Métodos: Ensaios experimentais de usinagem foram conduzidos utilizando suportes de alumínio 7075-T6. Os parâmetros do processo (estratégias de trajetória da ferramenta, tempos de ciclo, rugosidade da superfície) foram quantificados por meio de máquinas de medição por coordenadas (CMM) e perfilometria. A análise de elementos finitos (FEA) validou a integridade estrutural sob cargas de voo.
Resultados: O CNC de 5 eixos reduziu as alterações de configuração em 62% e melhorou a precisão dimensional em 27% (±0,005 mm vs. ±0,015 mm para 3 eixos). A rugosidade da superfície (Ra) foi em média de 0,8 µm (5 eixos) versus 1,6 µm (3 eixos). No entanto, o CNC de 5 eixos aumentou os custos de ferramental em 35%.
Conclusões: A usinagem de 5 eixos é ideal para suportes complexos e de baixo volume que exigem tolerâncias rigorosas; a usinagem de 3 eixos continua sendo econômica para geometrias mais simples. Trabalhos futuros devem integrar algoritmos de trajetória de ferramenta adaptáveis para reduzir os custos operacionais de 5 eixos.

1. Introdução

Suportes aeroespaciais exigem tolerâncias rigorosas (IT7-IT8), designs leves e resistência à fadiga. Enquanto os CNC de 3 eixos dominam a produção em massa, os sistemas de 5 eixos oferecem vantagens para contornos complexos. Este estudo aborda uma lacuna crítica: comparações quantitativas de produtividade, precisão e custos do ciclo de vida para suportes de alumínio de nível aeroespacial sob as normas ISO 2768-mK.

2. Metodologia

2.1 Desenho Experimental

• Peça de trabalho: suportes de alumínio 7075-T6 (100 × 80 × 20 mm) com ângulos de inclinação de 15° e recursos de bolso.
• Centros de Usinagem:
  • 3 eixos: HAAS VF-2SS (máx. 12.000 RPM)
  • 5 eixos: DMG MORI DMU 50 (mesa giratória basculante, 15.000 RPM)
• Ferramental: Fresas de metal duro (Ø6 mm, 3 canais); refrigerante: emulsão (concentração de 8%).

2.2 Aquisição de Dados

• Precisão: CMM (Zeiss CONTURA G2) conforme ASME B89.4.22.
• Rugosidade da superfície: Mitutoyo Surftest SJ-410 (corte: 0,8 mm).
• Análise de custos: desgaste de ferramentas, consumo de energia e mão de obra monitorados conforme ISO 20653.

2.3 Reprodutibilidade

Todo o código G (gerado via Siemens NX CAM) e dados brutos são arquivados em [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXX].

3. Resultados e Análise

Tabela 1: Comparação de desempenho

• Principais conclusões:
  A usinagem de 5 eixos eliminou 3 configurações (em comparação com 4 na usinagem de 3 eixos), reduzindo erros de alinhamento. No entanto, colisões de ferramentas em cavidades profundas aumentaram as taxas de refugo em 9%.

4. Discussão

4.1 Implicações técnicas

Maior precisão em hastes de 5 eixos devido à orientação contínua da ferramenta, minimizando marcas de passo. As limitações incluem acesso restrito à ferramenta em cavidades com alta relação de aspecto.

4.2 Compensações econômicas

Para lotes <50 unidades, o 5 eixos reduziu os custos de mão de obra em 22%, apesar do maior investimento de capital. Para >500 unidades, o 3 eixos obteve um custo total 18% menor.

4.3 Relevância da indústria

A adoção de 5 eixos é recomendada para suportes com curvaturas compostas (por exemplo, suportes de motor). O alinhamento regulatório com a norma FAA 14 CFR §25.1301 exige testes de fadiga adicionais.

5. Conclusão

CNC de 5 eixos melhora a precisão (27%) e reduz os setups (62%), mas aumenta os custos com ferramentas (35%). Estratégias híbridas — usando 3 eixos para desbaste e 5 eixos para acabamento — otimizam o equilíbrio entre custo e precisão. Pesquisas futuras devem explorar a otimização do caminho da ferramenta orientada por IA para mitigar as despesas operacionais com usinagem de 5 eixos.