Učinkovita rješenja za obradu kompozita na struganju

 

Efikasnost i preciznost su vječni ciljevi u oblasti obrade metala. Uz kontinuirani razvoj CNC tehnologije, kompjuterske tehnologije, alatnih mašina i procesa obrade, tradicionalni koncepti obrade više ne ispunjavaju zahtjeve za brzinom, efikasnošću i preciznošću. U tom kontekstu, pojavila se tehnologija kompozitne obrade. Uopšteno govoreći, kompozitna obrada se odnosi na skup tehnika obrade koje mogu izvesti različite procese ili metode na jednom komadu opreme. Trenutne tehnologije obrade kompozita su uglavnom dvije vrste: jedna se zasniva na različitim oblicima energije ili kretanja, a druga, prvenstveno mehanička, temelji se na principu koncentracije procesa. Među njima, kompozitna obrada glodanjem i okretanjem postala je jedna od najbrže rastućih tehnologija posljednjih godina.

 

▲ Mill-Turn Composite Machinery

 

Vazduhoplovstvo sve više karakteriše male serije, složeni procesi i ekstenzivna upotreba integralnih struktura tankih zidova i materijala koji se teško obrađuju. To rezultira uskim grlima kao što su dugi proizvodni ciklusi, visoke stope uklanjanja materijala, niska efikasnost obrade i ozbiljne deformacije strojne obrade. Da bi poboljšali efikasnost i preciznost složenih vazduhoplovnih proizvoda, inženjeri su dugo tražili efikasnije i preciznije metode obrade. Pojava kompozitne opreme za obradu kompozita nudi efikasno rešenje za poboljšanje preciznosti i efikasnosti delova za vazduhoplovstvo.

 

U poređenju sa konvencionalnim CNC procesima obrade, prednosti kompozitne obrade se uglavnom ogledaju u sledećim oblastima:

 

(1) Skraćivanje lanca proizvodnog procesa i povećanje efikasnosti proizvodnje

Kompozitna obrada glodala omogućava završetak većine ili svih koraka obrade u jednom stezanju, značajno skraćujući lanac proizvodnog procesa. Ovo smanjuje vrijeme pomoćne proizvodnje zbog ponovnog pozicioniranja, skraćuje ciklus proizvodnje pribora i povećava efikasnost proizvodnje.

 

(2) Smanjenje broja stezaljki i poboljšanje preciznosti obrade

Manje operacija stezanja smanjuje greške uzrokovane referentnim konverzijama. Moderne mašine za okretanje glodala često imaju mogućnosti merenja na mreži, omogućavajući inspekciju na mestu i preciznu kontrolu ključnih podataka tokom procesa proizvodnje, čime se poboljšava tačnost delova.

 

(3) Smanjenje podnog prostora i smanjenje troškova proizvodnje

Dok kompozitna mašina za struganje može imati visoku pojedinačnu cijenu, skraćeni procesni lanac i smanjenje potrebne opreme, inventara, podnog prostora i troškova održavanja mogu značajno smanjiti ukupne investicije, proizvodne operacije i troškove upravljanja.

 

 

I Ključne tehnologije uKompozitniMašinska obrada

 

Uprkos prednostima u odnosu na konvencionalnu jednoprocesnu mašinsku obradu, upotreba kompozitne obrade glodanjem u vazduhoplovnoj industriji još nije dostigla svoj puni potencijal. Primarni razlog leži u relativno kratkom vremenu primjene ove tehnologije u avio-proizvodnji, kao iu kontinuiranom istraživanju mljeveno-strugačkih procesa, CNC programiranja, naknadne obrade i simulacijskih tehnologija koje odgovaraju strukturnim procesnim karakteristikama zrakoplovnih dijelova. Da bi se u potpunosti iskoristile mogućnosti kompozitne opreme za mljevenje i struganje i poboljšala efikasnost i preciznost, neophodno je prevazići ove izazove i postići integrisane aplikacije.

 

1. Mill-Turn Composite Process Process Technology

Za razliku od konvencionalne opreme za obradu, kompozitni obradni centar za struganje je u suštini proizvodna linija. Efikasna i precizna obrada zavisi od toga koliko je dobro planirana ruta procesa, kako se vrši stezanje i kako se biraju alati na osnovu procesnih karakteristika dela i karakteristika obrade zaokretanjem.

 

Koncentracija procesa je najkarakterističnija karakteristika kompozitne obrade. Stoga je naučna i racionalna ruta procesa ključna za poboljšanje efikasnosti i preciznosti struganja. Kada se šipka koristi kao blanko za proizvodnju impelera, konvencionalna ruta obrade uključuje okretanje vanjskog profila impelera na CNC tokarilici, nakon čega slijedi precizno tokarenje za referentne površine, petoosna CNC obrada za urezivanje, gruba obrada, poluzavršna obrada, i finalna obrada površina i glavčina, i konačno bušenje na petoosni obradni centar ili opremi za bušenje. Koristeći S192F glodaličko-okretni centar, cijeli proces se može završiti u jednom stezanju, a prilikom obrade šipki, mašina može čak automatizirati sečenje, dovođenje i masovnu proizvodnju impelera bez ljudske intervencije. Ruta procesa se može postaviti na sljedeći način:

 

Stezanje vretena šipke → Grubo tokarenje vanjskog profila → Precizno tokarenje vanjskog profila → Petoosno glodanje za urezivanje → Gruba obrada protočnog kanala → Poluzavršna obrada protočnog kanala → Precizna obrada protočnog kanala → Bušenje → Stezanje zadnjeg vretena → Okretanje donje ravni radnog kola → Bušenje.

 

Kao što je prikazano, jedno stezanje završava sve korake obrade impelera, značajno poboljšavajući efikasnost i preciznost.

Za glodalo-strugačke centre sa dvostrukim stubovima alata, oprema sa dvostrukim tornjem dolazi sa dvokanalnim kontrolnim sistemima, gde se gornji i donji stubovi alata mogu nezavisno kontrolisati. Simultana obrada se može postići kroz sinkronizirane komande u kodu. Da bi se u potpunosti iskoristile mogućnosti opreme, može se realizovati sinhroni rad više procesa na delu, omogućavajući, na primer, istovremeno grubo okretanje spoljašnjeg profila i grubo bušenje unutrašnje rupe, čime se poboljšava efikasnost obrade. Sinhrono kretanje gornjeg i donjeg stuba alata omogućava efikasnu obradu niza rupa, poboljšavajući efikasnost uz minimiziranje deformacije radnog komada kroz balansiranje aksijalnih sila bušenja. Da bi se postigla ova funkcionalnost, potrebno je temeljito istraživanje redoslijeda i sinhronizacije procesa tokom početne faze dizajna procesa.

 

2. Tehnologija CNC programiranja za glodalo-okretanje

Napredak tehnologije glodaličke obrade zahtijeva više standarde za CNC programiranje, što je postalo usko grlo u primjeni opreme za struganje u stvarnoj proizvodnji. Bez specijaliziranih rješenja za obradu kompozita, opći CAM softver se obično koristi za planiranje dijela programa obrade, koji zatim ručno integriraju procesni inženjeri kako bi se zadovoljili zahtjevi kompozitne obrade. Ova metoda postavlja visoke zahtjeve pred inženjere procesa. U poređenju sa tradicionalnim CNC programiranjem, programiranje struganjem predstavlja nekoliko izazova:

 

 

(1)Distihovni procesi

Za procesne inženjere je bitno ne samo da ovladaju metodama programiranja za različite metode obrade kao što su CNC tokarenje, višeosno glodanje i bušenje, već i da precizno definiraju vezu između operacija i putanja pristupa i uvlačenja. Stoga, tokom CNC programiranja, inženjeri moraju imati jasno razumijevanje modela procesa i distribucije dodataka za obradu nakon svake operacije kako bi olakšali programiranje i postavke putanje alata za narednu operaciju.

 

(2) Deterrudarenje redoslijeda paralelnih i serijskih operacija mora striktno pratiti rutu procesa

Mnogi dijelovi se mogu u potpunosti obraditi od sirovog materijala do gotovog proizvoda u mlinsko-tokarskom kompozitnom obradnom centru. Dakle, konačni CNC program mora biti usklađen s rutom procesa. Dodatno, višekanalnu paralelnu obradu treba temeljno razmotriti tokom CNC procesa programiranja. Stoga, da bi se postigla efikasna kompozitna obrada, potrebno je razviti integrirana rješenja koja kombinuju proces, programiranje i simulaciju.

 

(3) Određene funkcije kompozitne obrade glodanjem i okretanjem još nisu podržane trenutnim općim CAM softverom

U poređenju sa konvencionalnom obradom sa jednom mašinom, kompozitna obrada sa okretanjem glodala ima složenije pokrete mašine i funkcije obrade. Trenutni opšti CAM softver je još uvek nedovoljan da u potpunosti podrži napredne funkcije kao što su merenje na mreži, sečenje, automatsko ubacivanje i kontrola stražnjeg dela. Kao rezultat toga, programi generirani općim CAM softverom često zahtijevaju značajnu ručnu ili interaktivnu intervenciju prije nego što se mogu primijeniti na automatiziranu mašinsku obradu kompozita na struganju.

 

(4) Integracija programa

NC programi generirani općim CAM softverom nezavisni su jedan od drugog. Za automatizovanu i složenu kompozitnu obradu glodanjem i okretanjem, ovi nezavisni programi moraju biti integrisani. Ovu integraciju treba voditi ruta procesa dijela, prvo određujući koji su programi paralelni, a zatim definirajući redoslijed obrade za različite procese. Točne upute za promjenu alata, zamjenu stezanja, referentne konverzije i pokrete pristupa/uvlačenja također se moraju osigurati.

 

Evidentno je da je CNC programiranje za strugano-strugačku kompozitnu obradu vrlo izazovno, a još uvijek postoje mnogi nedostaci i nedostaci u korištenju opšteg CAM softvera za ovaj proces. Za rješavanje ovih problema, praktičnije rješenje je razviti specijalizovane sisteme za programiranje zasnovane na postojećem opštem CAD/CAM softveru koji zadovoljava procese proizvoda i kompozitnu opremu za mašinsku obradu. Ovaj pristup ne samo da smanjuje suvišna ulaganja u softver, već i izbjegava probleme kao što su nemogućnost ponovnog korištenja znanja procesa i složenost osoblja uzrokovana neujednačenim programskim platformama.

 

 

3. Tehnologija naknadne obrade za struganje

 

Odgovarajući tehnologiji CNC programiranja, kompozitna obrada glodanje-struga, zbog svojih složenih procesa i brojnih pokretnih dijelova, nameće veće zahtjeve za postojeći softver i tehnologije za naknadnu obradu. U poređenju sa konvencionalnom CNC opremom, izazovi naknadne obrade za struganje kompozitnih mašina se uglavnom ogledaju u sledećim aspektima:

 

(1) Precizni i strogi prijelazi kretanja između procesa

S obzirom na raznolikost procesa na kompozitnoj opremi za mljevenje i struganje, nakon završetka tekuće operacije, mašina mora automatski i precizno blagovremeno mijenjati metode obrade, alate i pokretne komponente kako bi osigurala ispravnost i sigurnost. Da bi se to postiglo, potrebno je postaviti odgovarajući pristup i putanje alata uvlačenja, kao i vrijeme za automatsku izmjenu alata i uključivanje/isključivanje rashladnog sredstva. Što je još važnije, položaji nepomičnih komponenti tokom tekuće operacije moraju biti specificirani kako bi se spriječili sudari između pokretnih i nepomičnih dijelova tokom izmjene alata i obrade, osiguravajući siguran i stabilan proces.

 

(2) Automatsko određivanje procesnih sekvenci i CNC programa

U kompozitnoj mašinskoj obradi, ruta procesa je relativno duga, a ručno organizovanje i integracija NC koda nakon naknadne obrade nije samo neefikasno već je i podložno greškama. Idealno rješenje je da sistem za naknadnu obradu automatski odredi redoslijed obrade i procesne metode ugrađene u datoteke putanje alata, osiguravajući da se oni zadrže u NC kodu nakon naknadne obrade. Stoga, datoteka putanje alata generirana nakon CNC programiranja ne samo da mora sadržavati procesne metode i podatke o položaju alata, već također uključivati ​​sekvence obrade, tipove alata i brojeve alata. Ovo omogućava automatizovano određivanje procesnih sekvenci, metoda i alata tokom naknadne obrade.

 

(3) Naknadna obrada za različite metode obrade

Program za naknadnu obradu za kompozitnu obradu glodala i okretanja mora upravljati višeosnim CNC glodanjem, tokarivanjem i bušenjem, kao i funkcijama kao što su rezanje, automatsko uvlačenje, kontrola stražnjeg dijela i pozivi programske petlje. Algoritam naknadne obrade za kompozitnu obradu glodanjem i okretanjem mora obuhvatiti sve postojeće CNC metode obrade i besprijekorno se integrirati i koordinirati između različitih metoda obrade i pokreta.

 

(4) Maksimiziranje naprednih karakteristika kontrolnih sistema

CNC sistemi koji se koriste u kompozitnim obradnim centrima za struganje su veoma napredni, kao što je sistem FANUC 31i koji se koristi u Bumotec S192FT i SINUMERIK 840D sistem koji se koristi u WFL 150. Ovi napredni kontrolni sistemi nude funkcije kao što su automatska optimizacija pomaka, izglađivanje vektora alata, superioran pogled unapred, i velika brzina, visoko precizna interpolacija. Stoga je od ključne važnosti da se ove napredne funkcije CNC sistema odraze u odgovarajućim dijelovima koda za obradu koji se generira tokom naknadne obrade kako bi se u potpunosti iskoristile mogućnosti kompozitne opreme za struganje.

 

(5) Rukovanje i pozivanje funkcija koje nisu rezanja

Pored funkcija tokarenja, glodanja, bušenja i bušenja, kompozitni obradni centri imaju funkcije koje nisu potrebne za procesne tranzicije, kao što su automatsko uvlačenje, istovar, pristajanje vretena i kontrola stražnje šipke. Ove funkcije treba tretirati kao uobičajene module u fazi naknadne obrade, koje program može pozvati. Redoslijed i vrijeme ovih poziva moraju se odrediti prema ruti procesa. Trenutno, softver za naknadnu obradu ne podržava u potpunosti ove funkcije.

 

 

4. Tehnologija simulacije za glodalo-okretnu obradu

 

Zbog brojnih pokretnih dijelova i složenih funkcionalnosti kompozitne obrade glodanjem i okretanjem, simulacija nakon programiranja postaje posebno kritična. Budući da je usvajanje kompozitne obrade glodanjem u kineskoj industriji svemirske proizvodnje relativno nedavno, trenutno ne postoje zrele tehnologije primjene simulacija. Većina proizvođača se oslanja na probno sečenje za provjeru i optimizaciju programa, što dovodi do dugih ciklusa pripreme procesa, visokih razvojnih rizika i povećanih troškova obrade.

 

Da bi se poboljšala primjena kompozitne obrade glodanjem i okretanjem i poboljšala efikasnost programiranja, usvajanje tehnologije simulacije mora se značajno promovirati. Trenutno, glavni softver koji se koristi za simulaciju kompozitne obrade glodanjem i okretanjem uključujeTopSolidiGibbs, ali oni su generalno skupi i rjeđe se uvode u kinesku avio-svemirsku proizvodnju. Zapravo, simulacija kompozitne obrade glodanjem i okretanjem se također može postići korištenjem općeg CNC softvera za simulaciju kao što jeVericutiliNCSimul. Prilagođavanjem i razvojem makro funkcija na osnovu strukture mašine, karakteristika kretanja, posebnih funkcija i CNC sistema, moguće je simulirati proces obrade.

 

Da bi se postigla simulacija kompozitne obrade glodanjem i okretanjem pomoću opšteg softvera za CNC simulaciju, prvo je potrebno konstruisati relativno realno mašinsko okruženje u okviru simulacionog sistema. Fokus bi trebao biti na uspostavljanju relativnih odnosa kretanja i geometrijskih pozicija različitih pokretnih dijelova mašine. Na osnovu ove osnove mora se postaviti biblioteka alata i odgovarajući brojevi alata koji se koriste u procesu obrade. Zatim, konfigurišite CNC sistem i reference obrade mašine i učitajte NC kod koji je generisan u fazi naknadne obrade u sistem simulacije da izvršite simulaciju procesa obrade. Za razliku od konvencionalne CNC obrade, neke funkcije (kao što je višekanalna obrada ili kontrola zadnjeg stožera) mogu zahtijevati razvoj i prilagođavanje makro funkcija kako bi se u potpunosti implementirali.

 

 

II. Izgledi primjene i prijedlozi razvoja za tehnologiju obrade glodanjem

 

 

Posljednjih godina, kompozitni obradni centri za struganje su uvedeni u kinesku industriju zrakoplovne proizvodnje, uključujući zrakoplove, avio-motore i pogone za dodatnu opremu. Oprema uglavnom uključuje proizvode izAustrijski WFLserije iŠvicarski Bumotecglodalo-tokarski centri. Međutim, budući da je njihova primjena u proizvodnji relativno novija, postoji opći nedostatak zrelih procesa obrade, tehnika programiranja i tehnologija naknadne obrade koje su usklađene s karakteristikama proizvoda i opreme. Kao rezultat toga, uvedena kompozitna mlinsko-struga oprema trenutno radi na relativno niskom nivou efikasnosti.

 

Glavni izazovi u proizvodnji vazduhoplovnih proizvoda su dugi procesi, složeni postupci, niska efikasnost obrade, značajne deformacije i visoki troškovi. I polja proizvodnje aviona i motora imaju ogroman potencijal za primjenu kompozitne obrade glodanjem i okretanjem.

 

Na primjer, glodanje okvira trupa uključuje desetine koraka: pripremu materijala, grubu i finu obradu unutrašnjih i vanjskih oblika, bušenje rupa, ručnu završnu obradu i pregled, što zahtijeva višestruko ponovno stezanje. Slično, obrada diskova sa integralnim oštricama u zrakoplovnim motorima počinje s kovanjem zareza i uključuje tokarenje, glodanje, poliranje, površinsku obradu i detekciju grešaka. Ovi dijelovi imaju duge proizvodne cikluse, često zauzimaju strojeve stotinama sati, i zahtijevaju različite vrste CNC mašina, zajedno sa brojnim uređajima, alatima i mjernim instrumentima. Često ponovno stezanje ne samo da produžava vrijeme čekanja, već i akumulira greške u pozicioniranju, što utječe na točnost dijela i konačni kvalitet.

 

Obrada kompozita na struganju, sa svojom sposobnošću da završi većinu ili sve operacije u jednoj postavci, nudi novi put za efikasnu i preciznu obradu složenih vazduhoplovnih komponenti. Prednosti se uglavnom ogledaju u:

 

• Značajno smanjenje vremena stezanja, poboljšanje efikasnosti uz eliminisanje grešaka uzrokovanih promjenom mašina ili metoda stezanja.
• Koncentracija procesa, skraćujući lanac procesa obrade i smanjujući vreme čekanja i periode nefunkcionisanja mašine.
• Svestranost u operacijama obradekao što su tokarenje, glodanje i bušenje bez promjene pozicioniranja, smanjujući broj potrebnih učvršćenja i osiguravajući dosljednu točnost dimenzija.
• Mogućnosti mjerenja na mašini, omogućavajući mjerenje u procesu i među procesima za kontrolu tačnosti tokom cijelog ciklusa obrade.

 

Ove prednosti mogu efikasno rešiti trenutne nedostatke u proizvodnji delova za vazduhoplovstvo, značajno povećavajući tačnost i efikasnost proizvoda.

 

Da bi se u potpunosti iskoristio potencijal napredne opreme za obradu kompozita i dodatno poboljšala efikasnost i kvalitet proizvodnje za avio-svemirske proizvode, potrebno je obratiti pažnju na nekoliko ključnih oblasti:

 

• Istraživanje procesa kompozitne obradekoji su usklađeni sa karakteristikama vazduhoplovnih delova, uključujući određivanje puteva procesa, metoda stezanja, alata, strategija hlađenja i parametara rezanja.
• Razvoj i prilagođavanje CNC sistema za programiranje, naknadnu obradu i simulacijukoji odgovaraju strukturnim i procesnim karakteristikama opreme, stvarajući integrisano rešenje za proces-programiranje-post-procesiranje-simulaciju, čime se smanjuje oslanjanje na visoko kvalifikovano osoblje.
• Uspostavljanje standarda procesakroz akumulaciju iskustva iz simulacije, probnog rezanja i stvarne proizvodnje, što može poslužiti kao vodič za kasniju proizvodnju dijelova.
• Negovanje talenata, budući da kompozitna obrada predstavlja vrhunsku tehnologiju u oblasti obrade. I programiranje procesa i operativno održavanje složeniji su od konvencionalne opreme, što čini tim za istraživanje i razvoj na visokom nivou bitnim za osiguranje efikasnog i zdravog rada opreme.

 

 

 

III Zaključak

 

 

Trenutno, kompozitna obradna oprema evoluira prema širim procesnim mogućnostima, većoj efikasnosti, operacijama većeg obima i modularizaciji. Sektor proizvodnje vazduhoplovstva uvek je bio ključna faza za napredne proizvodne tehnologije, a sa ubrzanim tempom nadogradnje vazduhoplovnih proizvoda, raspršena procesna oprema će postepeno biti zamenjena fleksibilnom, automatizovanom opremom sa koncentrisanim procesima. Ovaj pomak nudi tehnologiji kompozitne obrade širi prostor za razvoj i primjenu.

 

Trend ka integrisanijim, fleksibilnijim proizvodnim sistemima dobro je usklađen sa zahtjevima moderne proizvodnje u zrakoplovstvu. Kako avionske i vazduhoplovne komponente postaju sve sofisticiranije, a vremenski rokovi proizvodnje skraćuju, proizvođači će se sve više oslanjati na napredne tehnologije obrade kao što su kompozitni sistemi za struganje za strujanje kako bi pojednostavili procese, poboljšali preciznost i smanjili troškove. Stalni razvoj automatizacije i modularizacije opreme dodatno će poboljšati fleksibilnost, omogućavajući proizvođačima da se brzo prilagode novim dizajnom i zahtjevima proizvodnje, osiguravajući da zrakoplovna industrija ostane na vrhuncu tehnoloških inovacija.