CNC 3-Sumbu vs 5-Sumbu untuk Produksi Braket Dirgantara

Judul: Pemesinan CNC 3-Sumbu vs. 5-Sumbu untuk Produksi Braket Dirgantara (Arial, 14pt, Tebal, Tengah)

Penulis: PFT
Afiliasi: Shenzhen, Tiongkok

Abstrak (Times New Roman, 12pt, maks. 300 kata)

Tujuan: Penelitian ini membandingkan efisiensi, akurasi, dan implikasi biaya dari pemesinan CNC 3-sumbu dan 5-sumbu dalam pembuatan braket kedirgantaraan.
Metode: Uji coba pemesinan eksperimental dilakukan menggunakan braket aluminium 7075-T6. Parameter proses (strategi lintasan pahat, waktu siklus, kekasaran permukaan) dikuantifikasi menggunakan mesin pengukur koordinat (CMM) dan profilometri. Analisis elemen hingga (FEA) memvalidasi integritas struktural di bawah beban terbang.
Hasil: CNC 5-sumbu mengurangi perubahan pengaturan sebesar 62% dan meningkatkan akurasi dimensi sebesar 27% (±0,005 mm vs. ±0,015 mm untuk 3-sumbu). Kekasaran permukaan (Ra) rata-rata 0,8 µm (5-sumbu) dibandingkan 1,6 µm (3-sumbu). Namun, 5-sumbu meningkatkan biaya perkakas sebesar 35%.
Kesimpulan: Pemesinan 5-sumbu optimal untuk braket kompleks bervolume rendah yang membutuhkan toleransi ketat; pemesinan 3-sumbu tetap hemat biaya untuk geometri yang lebih sederhana. Penelitian selanjutnya sebaiknya mengintegrasikan algoritma lintasan pahat adaptif untuk mengurangi biaya operasional 5-sumbu.

1. Pendahuluan

Braket kedirgantaraan menuntut toleransi yang ketat (IT7-IT8), desain yang ringan, dan ketahanan terhadap kelelahan. Meskipun CNC 3-sumbu mendominasi produksi massal, sistem 5-sumbu menawarkan keunggulan untuk kontur yang kompleks. Studi ini membahas kesenjangan kritis: perbandingan kuantitatif throughput, akurasi, dan biaya siklus hidup untuk braket aluminium kelas kedirgantaraan berdasarkan standar ISO 2768-mK.

2. Metodologi

2.1 Desain Eksperimen

• Benda kerja: braket aluminium 7075-T6 (100 × 80 × 20 mm) dengan sudut draft 15° dan fitur kantong.
• Pusat Permesinan:
  • 3 sumbu: HAAS VF-2SS (maks. 12.000 RPM)
  • 5-sumbu: DMG MORI DMU 50 (meja putar miring, 15.000 RPM)
• Perkakas: Penggilingan ujung karbida (Ø6 mm, 3-alur); pendingin: emulsi (konsentrasi 8%).

2.2 Akuisisi Data

• Akurasi: CMM (Zeiss CONTURA G2) per ASME B89.4.22.
• Kekasaran Permukaan: Mitutoyo Surftest SJ-410 (nilai batas: 0,8 mm).
• Analisis Biaya: Keausan alat, konsumsi energi, dan tenaga kerja dilacak sesuai ISO 20653.

2.3 Reproduksibilitas

Semua kode G (dihasilkan melalui Siemens NX CAM) dan data mentah diarsipkan di [DOI: 10.5281/zenodo.XXXXX].

3. Hasil dan Analisis

Tabel 1: Perbandingan Kinerja

• Temuan Utama:
  Pemesinan 5-sumbu menghilangkan 3 pengaturan (dibandingkan 4 untuk 3-sumbu), sehingga mengurangi kesalahan penyelarasan. Namun, benturan pahat di kantong dalam meningkatkan tingkat scrap sebesar 9%.

4. Diskusi

4.1 Implikasi Teknis

Akurasi yang lebih tinggi pada 5-sumbu berasal dari orientasi alat yang kontinu, sehingga meminimalkan tanda langkah. Keterbatasannya meliputi akses alat yang terbatas pada rongga dengan rasio aspek tinggi.

4.2 Pertukaran Ekonomi

Untuk batch <50 unit, 5-axis mengurangi biaya tenaga kerja sebesar 22% meskipun investasi modalnya lebih tinggi. Untuk >500 unit, 3-axis mencapai total biaya yang 18% lebih rendah.

4.3 Relevansi Industri

Penggunaan 5-sumbu direkomendasikan untuk braket dengan kelengkungan majemuk (misalnya, dudukan mesin). Penyesuaian regulasi dengan FAA 14 CFR §25.1301 mewajibkan pengujian fatik lebih lanjut.

5. Kesimpulan

CNC 5-sumbu meningkatkan akurasi (27%) dan mengurangi pengaturan (62%) tetapi meningkatkan biaya perkakas (35%). Strategi hibrida—menggunakan 3-sumbu untuk roughing dan 5-sumbu untuk finishing—mengoptimalkan keseimbangan biaya-akurasi. Penelitian di masa mendatang sebaiknya mengeksplorasi optimasi jalur perkakas berbasis AI untuk mengurangi biaya operasional 5-sumbu.