Hatékony megoldások maró-esztergályos kompozit megmunkáláshoz

 

A hatékonyság és a precizitás az örök cél a fémmegmunkálás területén. A CNC technológia, a számítástechnika, a szerszámgépek és a megmunkálási folyamatok folyamatos fejlődésével a hagyományos megmunkálási koncepciók már nem felelnek meg a sebesség, a hatékonyság és a precizitás követelményeinek. Ebben a háttérben megjelent a kompozit megmunkálási technológia. Általánosságban elmondható, hogy a kompozit megmunkálás olyan megmunkálási technikák összességét jelenti, amelyek különböző folyamatokat vagy módszereket hajthatnak végre egyetlen berendezésen. A jelenlegi kompozit megmunkálási technológiák alapvetően kétfélék: az egyik különböző energia- vagy mozgásformán, a másik, elsősorban mechanikus, a folyamatkoncentráció elvén alapul. Ezek közül a maró-esztergályos kompozit megmunkálás az egyik leggyorsabban fejlődő technológiává vált az elmúlt években.

 

▲ maró-esztergályos kompozit megmunkálás

 

Az űrrepülőgép-alkatrészeket egyre inkább a kis tételek, az összetett folyamatok, valamint az integrált vékonyfalú szerkezetek és a nehezen megmunkálható anyagok széleskörű alkalmazása jellemzi. Ez olyan szűk keresztmetszeteket eredményez, mint a hosszú gyártási ciklusok, a magas anyageltávolítási sebesség, az alacsony feldolgozási hatékonyság és a súlyos megmunkálási deformációk. A komplex repülőgépipari termékek hatékonyságának és pontosságának javítása érdekében a mérnökök régóta keresik a hatékonyabb és precízebb megmunkálási módszereket. A maró-esztergályos kompozit megmunkáló berendezések megjelenése hatékony megoldást kínál a repülőgép-alkatrészek pontosságának és hatékonyságának javítására.

 

A hagyományos CNC megmunkálási folyamatokhoz képest a kompozit megmunkálás előnyei elsősorban a következő területeken mutatkoznak meg:

 

(1) A gyártási folyamat láncának lerövidítése és a termelési hatékonyság növelése

A maró-esztergálású kompozit megmunkálás lehetővé teszi a legtöbb vagy az összes megmunkálási lépés egyetlen befogással történő elvégzését, jelentősen lerövidítve a gyártási folyamat láncát. Ez csökkenti az áthelyezés miatti segédgyártási időt, lerövidíti a lámpatestek gyártási ciklusát és növeli a gyártás hatékonyságát.

 

(2) A bilincsek számának csökkentése és a megmunkálási pontosság javítása

A kevesebb rögzítési művelet csökkenti a referenciakonverziók által okozott hibákat. A modern maró-esztergagépek gyakran rendelkeznek online mérési lehetőségekkel, amelyek lehetővé teszik a kulcsfontosságú adatok helyszíni ellenőrzését és precíziós ellenőrzését a gyártási folyamat során, így javítva az alkatrész pontosságát.

 

(3) Az alapterület csökkentése és a termelési költségek csökkentése

Míg a malom-esztergályos kompozit gépek egyedi ára magas lehet, a lerövidített folyamatlánc, valamint a szükséges berendezések, szerelvények, alapterület és karbantartási költségek csökkentése jelentősen csökkentheti a teljes beruházási, gyártási és kezelési költségeket.

 

 

I Key Technologies inÖsszetettMegmunkálás

 

A hagyományos egyfolyamatos megmunkálással szembeni előnyei ellenére a maró-esztergályos kompozit megmunkálás hasznosítása a repülőgépiparban még nem érte el teljes potenciálját. Az elsődleges ok ennek a technológiának a repülőgépgyártásban való viszonylag rövid alkalmazási idejében, valamint a repülőgép-alkatrészek szerkezeti folyamatjellemzőihez igazodó maró-esztergálási eljárások, CNC programozási, utófeldolgozási és szimulációs technológiák folyamatos feltárásában rejlik. A malom-esztergáló kompozit berendezések képességeinek teljes kiaknázásához, valamint a hatékonyság és a pontosság fokozásához elengedhetetlen, hogy leküzdjük ezeket a kihívásokat és integrált alkalmazásokat érjünk el.

 

1. Mill-Turn kompozit megmunkálási folyamat technológia

A hagyományos megmunkáló berendezésektől eltérően a maró-esztergályos kompozit megmunkálóközpont lényegében egy gyártósor. A hatékony és precíz megmunkálás azon múlik, hogy milyen jól van megtervezve a folyamat útvonala, hogyan történik a befogás, és hogyan választják ki a szerszámokat az alkatrész folyamatjellemzői és a maró-eszterga megmunkálás jellemzői alapján.

 

A folyamatkoncentráció a kompozit megmunkálás legmeghatározóbb jellemzője. Ezért a tudományos és racionális folyamatút kulcsfontosságú a maró-eszterga megmunkálás hatékonyságának és pontosságának javításához. Ha a rúdanyagot nyersdarabként használják a járókerék gyártásához, a hagyományos megmunkálási mód a járókerék külső profiljának CNC esztergagépen történő esztergálása, ezt követi a referenciafelületek precíziós esztergálása, öttengelyes CNC megmunkálás hornyoláshoz, durva megmunkálás, félsimítás, és felületek és agyak végső megmunkálása, végül fúrás öttengelyes megmunkálóközponton vagy fúróberendezésen. Az S192F maró-esztergáló központ használatával a teljes folyamat egyetlen befogással befejezhető, a rúdanyag feldolgozásakor pedig a gép akár emberi beavatkozás nélkül is automatizálhatja a forgácsolást, adagolást, járókerekes tömeggyártást. A folyamat útvonala a következőképpen állítható be:

 

Rúdkészlet orsó befogása → Külső profil durva esztergálása → Külső profil precíziós esztergálása → Öttengelyes marás hornyoláshoz → Áramlási csatorna nagyoló megmunkálása → Áramlási csatorna félsimítása → Áramlási csatorna precíziós megmunkálása → Fúrás → Hátsó orsó befogása → A járókerék alsó síkjának elfordítása → Fúrás.

 

Amint az ábrán látható, egyetlen rögzítés befejezi az összes járókerék megmunkálási lépést, nagymértékben javítva a hatékonyságot és a pontosságot.

A kettős szerszámtornyokkal rendelkező maró-esztergáló központokhoz a kéttornyú berendezések kétcsatornás vezérlőrendszerrel rendelkeznek, ahol a felső és az alsó szerszámtornyok egymástól függetlenül vezérelhetők. Az egyidejű megmunkálás a kódban lévő szinkronizált parancsokkal érhető el. A berendezés képességeinek teljes kihasználása érdekében az alkatrészen több folyamat szinkron működése valósítható meg, lehetővé téve például a külső profil egyidejű durva esztergálását és a belső furat durva fúrását, ezáltal javítva a megmunkálási hatékonyságot. A felső és alsó szerszámtornyok szinkron mozgása lehetővé teszi egy sor furat hatékony feldolgozását, javítva a hatékonyságot, miközben minimalizálja a munkadarab deformációját az axiális fúróerők kiegyenlítése révén. E funkcionalitás eléréséhez a folyamatok útvonalának és szinkronizálásának alapos kutatására van szükség a kezdeti folyamattervezési szakaszban.

 

2. CNC programozási technológia maró-esztergáláshoz

A maró-eszterga megmunkálási technológia fejlődése magasabb szabványokat követel meg a CNC programozásban, ami szűk keresztmetszetté vált a maró-esztergáló berendezések tényleges gyártásban való alkalmazása során. Speciális kompozit megmunkálási megoldások nélkül általában az általános CAM szoftvert használják a megmunkálási program egy részének megtervezésére, amelyet azután a folyamatmérnökök manuálisan integrálnak, hogy megfeleljenek a kompozit megmunkálás követelményeinek. Ez a módszer magas követelményeket támaszt a folyamatmérnökökkel szemben. A hagyományos CNC programozáshoz képest a maró-eszterga programozás számos kihívást jelent:

 

 

(1)Diversfolyamatok

A folyamatmérnökök számára nemcsak a különböző megmunkálási módszerek, mint például a CNC-esztergálás, a többtengelyes marás és a fúrás programozási módszereinek elsajátítása elengedhetetlen, hanem a műveletek és a megközelítési és visszahúzási utak közötti kapcsolat pontos meghatározása is. Ezért a CNC programozás során a mérnököknek világosan meg kell érteniük a folyamatmodellt és a megmunkálási ráhagyások elosztását minden egyes művelet után, hogy megkönnyítsék a programozást és a szerszámpálya-beállításokat a későbbi műveletekhez.

 

(2) Elrettentenibányászat során a párhuzamos és soros műveletek sorrendjének szigorúan követnie kell a folyamat útvonalát

Sok alkatrész teljesen megmunkálható a nyersanyagtól a késztermékig egy maró-esztergályos kompozit megmunkálóközpontban. Így a végső CNC programnak igazodnia kell a folyamat útvonalához. Ezenkívül a többcsatornás párhuzamos megmunkálást alaposan át kell gondolni a CNC programozási folyamat során. Ezért a hatékony kompozit megmunkálás eléréséhez integrált megoldásokat kell kidolgozni, amelyek kombinálják a folyamatot, a programozást és a szimulációt.

 

(3) A maró-esztergáló kompozit megmunkálás bizonyos funkcióit a jelenlegi általános CAM szoftver még nem támogatja

A hagyományos egygépes megmunkáláshoz képest a maró-esztergályos kompozit megmunkálás összetettebb gépmozgással és feldolgozási funkcióval rendelkezik. A jelenlegi általános CAM-szoftver még mindig nem elegendő az olyan fejlett funkciók teljes támogatásához, mint az online mérés, vágás, automatikus adagolás és a faroktámasztó vezérlés. Ennek eredményeként az általános CAM-szoftverek által generált programok gyakran jelentős manuális vagy interaktív beavatkozást igényelnek, mielőtt az automatizált maró-esztergályos kompozit megmunkálásra alkalmaznák őket.

 

(4) Programintegráció

Az általános CAM szoftver által generált NC programok függetlenek egymástól. Az automatizált és összetett maró-esztergályos kompozit megmunkáláshoz ezeket a független programokat integrálni kell. Ezt az integrációt az alkatrész folyamatútjának kell vezérelnie, először meg kell határozni, hogy mely programok párhuzamosak, majd a megmunkálási sorrendet a különböző folyamatokhoz. Pontos útmutatást kell adni a szerszámcserékhez, a befogások cseréjéhez, a referenciaátalakításokhoz és a megközelítési/visszahúzási mozgásokhoz is.

 

Nyilvánvaló, hogy a CNC-programozás maró-esztergályos kompozit megmunkáláshoz nagy kihívást jelent, és még mindig sok hiányosság és hiányosság van az általános CAM-szoftver használatában ehhez a folyamathoz. E problémák megoldására gyakorlatiasabb megoldás a speciális programozási rendszerek fejlesztése, amelyek a meglévő általános CAD/CAM szoftvereken alapulnak, amelyek a termékfolyamatokat és a kompozit megmunkáló berendezéseket szolgálják ki. Ez a megközelítés nemcsak csökkenti a redundáns szoftverbefektetéseket, hanem elkerüli az olyan problémákat is, mint a folyamatismeretek újrafelhasználásának képtelensége és a nem egységes programozási platformok okozta személyzeti szükségletek bonyolultsága.

 

 

3. Utófeldolgozási technológia maró-eszterga megmunkáláshoz

 

A CNC programozási technológiának megfelelően a maró-esztergályos kompozit megmunkálás összetett folyamatai és számos mozgó alkatrésze miatt magasabb követelményeket támaszt a jelenlegi utófeldolgozó szoftverekkel és technológiákkal szemben. A hagyományos CNC berendezésekhez képest a maró-esztergályos kompozit megmunkálás utófeldolgozásának kihívásai elsősorban a következő szempontokban jelennek meg:

 

(1) Pontos és szigorú mozgásátmenetek a folyamatok között

Tekintettel a maró-esztergályos kompozit berendezéseken végbemenő folyamatok sokféleségére, az aktuális művelet befejezése után a gépnek automatikusan és pontosan kell váltania a megmunkálási módszereket, szerszámokat és mozgó alkatrészeket kellő időben a helyesség és biztonság érdekében. Ennek eléréséhez be kell állítani a megfelelő megközelítési és visszahúzási útvonalakat, valamint az automatikus szerszámcserék és a hűtőfolyadék be-/kikapcsolásának időzítését. Ennél is fontosabb, hogy a nem mozgó alkatrészek helyzetét az aktuális művelet során meg kell határozni, hogy elkerüljük a mozgó és nem mozgó alkatrészek ütközését a szerszámcsere és a megmunkálás során, ezzel biztosítva a biztonságos és stabil folyamatot.

 

(2) Folyamatsorozatok és CNC programok automatikus meghatározása

A kompozit megmunkálásban a folyamat útvonala viszonylag hosszú, és az NC-kód kézi rendszerezése és integrálása az utófeldolgozás után nemcsak nem hatékony, hanem hibákra is hajlamos. Ideális megoldás, ha az utófeldolgozó rendszer automatikusan meghatározza a megmunkálási sorrendet és a szerszámpálya-fájlokba ágyazott folyamatmódszereket, biztosítva, hogy ezek az utófeldolgozás után is megmaradjanak az NC kódban. Ezért a CNC programozás után generált szerszámpálya fájlnak nemcsak folyamatmódszereket és szerszámpozícióadatokat kell tartalmaznia, hanem megmunkálási szekvenciákat, szerszámtípusokat és szerszámszámokat is. Ez lehetővé teszi a folyamatok, módszerek és eszközök automatikus meghatározását az utófeldolgozás során.

 

(3) Utófeldolgozás különböző megmunkálási módszerekhez

A maró-esztergályos kompozit megmunkálási utófeldolgozó programnak kezelnie kell a többtengelyes CNC marást, esztergálást és fúrást, valamint olyan funkciókat, mint a vágás, az automatikus adagolás, a szárvezérlés és a programhurok hívások. A maró-esztergályos kompozit megmunkálási utófeldolgozási algoritmusnak az összes létező CNC feldolgozási módszert magában kell foglalnia, és zökkenőmentesen integrálnia és koordinálnia kell a különböző megmunkálási módszereket és mozgásokat.

 

(4) A vezérlőrendszerek fejlett funkcióinak maximalizálása

A maró-esztergályos kompozit megmunkálóközpontokban használt CNC rendszerek rendkívül fejlettek, mint például a Bumotec S192FT-ben használt FANUC 31i rendszer és a WFL 150-ben használt SINUMERIK 840D rendszer. Ezek a fejlett vezérlőrendszerek olyan funkciókat kínálnak, mint az automatikus előtolás optimalizálás, a szerszámvektor-simítás, kiváló előretekintés és nagy sebességű, nagy pontosságú interpoláció. Ezért kulcsfontosságú, hogy ezeket a fejlett CNC-rendszerfunkciókat az utófeldolgozás során generált megmunkálási kód megfelelő szakaszaiban tükrözzük, hogy teljes mértékben ki tudjuk használni a maró-esztergáló kompozit berendezések képességeit.

 

(5) Nem vágó funkciók kezelése és hívása

Az eszterga-, marás-, fúró- és fúrófunkciók mellett a kompozit megmunkálóközpontok nem forgácsoló funkciókkal is rendelkeznek, amelyek a folyamatváltásokhoz szükségesek, mint például az automatikus előtolás, a kirakodás, az orsó dokkolása és a farokrész vezérlése. Ezeket a funkciókat az utófeldolgozási fázisban közös modulokként kell kezelni, amelyeket a program hívhat. A hívások sorrendjét és időzítését a folyamat útvonalának megfelelően kell meghatározni. Jelenleg az utófeldolgozó szoftver nem támogatja teljes mértékben ezeket a funkciókat.

 

 

4. Szimulációs technológia maró-esztergáláshoz

 

A maró-esztergályos kompozit megmunkálás számos mozgó alkatrésze és összetett funkciója miatt a programozás utáni szimuláció különösen kritikussá válik. Mivel a malom-esztergályos kompozit megmunkálást a kínai repülőgépgyártó iparban viszonylag nemrégiben alkalmazzák, jelenleg nincsenek kiforrott szimulációs alkalmazási technológiák. A legtöbb gyártó próbavágásra támaszkodik a programok ellenőrzéséhez és optimalizálásához, ami hosszú folyamat-előkészítési ciklusokhoz, magas fejlesztési kockázatokhoz és megnövekedett megmunkálási költségekhez vezet.

 

A maró-esztergályos kompozit megmunkálás alkalmazásának javítása és a programozási hatékonyság fokozása érdekében jelentősen elő kell mozdítani a szimulációs technológia alkalmazását. Jelenleg a maró-esztergályos kompozit megmunkálási szimulációhoz használt fő szoftver a következőket tartalmazzaTopSolidésGibbs, de ezek általában drágák, és ritkábban vezetik be a kínai repülőgépgyártás területén. Valójában a maró-esztergálás kompozit megmunkálási szimuláció általános CNC szimulációs szoftverekkel is megvalósítható, mint pl.VericutvagyNCSimul. A gép szerkezetére, mozgási jellemzőire, speciális funkciókra, CNC-rendszerekre épülő makró funkciók testreszabásával és fejlesztésével lehetőség nyílik a megmunkálási folyamat szimulálására.

 

A maró-esztergályos kompozit megmunkálási szimuláció eléréséhez általános CNC szimulációs szoftverrel először egy viszonylag valósághű gépi környezetet kell felépíteni a szimulációs rendszeren belül. A hangsúlyt a relatív mozgásviszonyok és a gép különböző mozgó alkatrészeinek geometriai helyzetének megállapítására kell helyezni. Ezen az alapon kell felállítani egy szerszámkönyvtárat és a megmunkálási folyamatban használt megfelelő szerszámszámokat. Ezután konfigurálja a gép CNC rendszerét és megmunkálási referenciáit, és töltse be az utófeldolgozási szakasz által generált NC kódot a szimulációs rendszerbe a megmunkálási folyamat szimuláció végrehajtásához. A hagyományos CNC-megmunkálástól eltérően egyes funkciók (mint például a többcsatornás megmunkálás vagy a farokvezérlés) makrófunkció-fejlesztést és testreszabást igényelhetnek a teljes megvalósításhoz.

 

 

II Alkalmazási kilátások és fejlesztési javaslatok a maró-eszterga megmunkálási technológiához

 

 

Az elmúlt években a malom-esztergált kompozit megmunkáló központokat bevezették a kínai repülőgépgyártó iparba, beleértve a repülőgépeket, repülőgép-hajtóműveket és kiegészítő üzemeket. A berendezés elsősorban a következő termékekből állAusztria WFLsorozat ésA svájci Bumotecmaró-esztergaközpontok. Mivel azonban a gyártásban való alkalmazásuk viszonylag új keletű, általában hiányoznak a kiforrott megmunkálási eljárások, programozási technikák és utófeldolgozási technológiák, amelyek összhangban állnak a termék és a berendezés jellemzőivel. Ennek eredményeként a bevezetett maró-esztergályos kompozit megmunkáló berendezések jelenleg viszonylag alacsony hatásfokkal üzemelnek.

 

A repüléstechnikai termékek gyártásának fő kihívásai a hosszú folyamatutak, az összetett eljárások, az alacsony megmunkálási hatékonyság, a jelentős deformáció és a magas költségek. Mind a repülőgép-, mind a hajtóműgyártás területén hatalmas lehetőség rejlik a maró-esztergályos kompozit megmunkálás alkalmazásában.

 

Például a törzskeret marása több tucat lépésből áll: anyag-előkészítés, belső és külső formák durva és finom megmunkálása, lyukfúrás, kézi simítás és ellenőrzés, ami többszöri újrafogást igényel. Hasonlóképpen, az integrált pengetárcsás megmunkálás a repülőgép-hajtóművekben nyersdarabok kovácsolásával kezdődik, és magában foglalja az esztergálást, marást, polírozást, felületkezelést és hibaészlelést. Ezek az alkatrészek hosszú gyártási ciklussal rendelkeznek, gyakran több száz órát is igénybe vesznek a gépeken, és különböző típusú CNC-gépekre, valamint számos rögzítésre, szerszámra és mérőműszerre van szükségük. A gyakori újrafeszítés nemcsak meghosszabbítja a várakozási időt, hanem felhalmozódik a pozicionálási hibák is, ami befolyásolja az alkatrész pontosságát és a végső minőséget.

 

A maró-esztergálású kompozit megmunkálás azzal a képességével, hogy a legtöbb vagy az összes műveletet egyetlen összeállításban tudja elvégezni, új utat kínál az összetett repülőgép-alkatrészek hatékony és precíz megmunkálásához. Az előnyök elsősorban a következőkben mutatkoznak meg:

 

• A befogási idők jelentős csökkenése, javítja a hatékonyságot, miközben kiküszöböli a gépcsere vagy a befogási módszerek okozta hibákat.
• Folyamatkoncentráció, lerövidíti a megmunkálási folyamat láncát, és csökkenti a várakozási időket és a gép nem üzemelő időszakait.
• Sokoldalúság a megmunkálási műveletekbenpéldául esztergálás, marás és fúrás a pozicionálás megváltoztatása nélkül, a szükséges rögzítések számának csökkentése és az egyenletes méretpontosság biztosítása.
• Gépi mérési lehetőségek, amely lehetővé teszi a folyamaton belüli és a folyamatok közötti mérések pontosságának ellenőrzését a teljes megmunkálási ciklus során.

 

Ezek az előnyök hatékonyan orvosolhatják a repülőgép-alkatrészgyártás jelenlegi hiányosságait, jelentősen javítva a termék pontosságát és hatékonyságát.

 

A fejlett kompozit megmunkáló berendezésekben rejlő lehetőségek teljes kiaknázása, valamint a repülőgép-ipari termékek gyártási hatékonyságának és minőségének további javítása érdekében több kulcsfontosságú területre kell figyelni:

 

• Kompozit megmunkálási folyamatok kutatásaamelyek igazodnak az űrrepülőgép-alkatrészek jellemzőihez, ideértve a folyamat útvonalainak, befogási módszereinek, szerszámainak, hűtési stratégiáinak és vágási paramétereinek meghatározását.
• CNC programozási, utófeldolgozó és szimulációs rendszerek fejlesztése és testreszabásaamelyek illeszkednek a berendezés szerkezeti és folyamatjellemzőihez, integrált megoldást hozva létre a folyamat-programozás-utófeldolgozás-szimulációhoz, ezáltal csökkentve a magasan képzett személyzettől való függést.
• Folyamatszabványok kialakításaa szimulációból, próbavágásból és a tényleges gyártásból származó tapasztalatok felhalmozódásán keresztül, amelyek útmutatóul szolgálhatnak a későbbi alkatrészgyártáshoz.
• Tehetséggondozás, mivel a kompozit megmunkálás a legmodernebb technológiát képviseli a megmunkálási területen. Mind a folyamatok programozása, mind az üzemeltetési karbantartás összetettebb, mint a hagyományos berendezések, így a magas szintű K+F csapat elengedhetetlen a hatékony és egészséges berendezések működéséhez.

 

 

 

III Következtetés

 

 

Jelenleg a kompozit megmunkáló berendezések a szélesebb folyamatképességek, a nagyobb hatékonyság, a nagyobb léptékű műveletek és a modularizáció felé fejlődnek. A repülőgépgyártási ágazat mindig is a fejlett gyártási technológiák kulcsfontosságú szakasza volt, és a repülőgépipari termékek fejlesztésének gyorsuló ütemével a szétszórt technológiai berendezéseket fokozatosan felváltják a rugalmas, automatizált, koncentrált folyamatokkal rendelkező berendezések. Ez a váltás szélesebb teret kínál a kompozit megmunkálási technológiának a fejlesztés és az alkalmazás számára.

 

Az integráltabb, rugalmasabb gyártási rendszerek irányába mutató tendencia jól illeszkedik a modern repülőgépgyártás követelményeihez. Ahogy a repülőgépek és az űrrepülőgép-alkatrészek kifinomultabbá válnak, és a gyártási határidők lerövidülnek, a gyártók egyre inkább a fejlett megmunkálási technológiákra támaszkodnak, mint például a maró-esztergáló kompozit rendszerek a folyamatok ésszerűsítése, a pontosság javítása és a költségek csökkentése érdekében. A berendezések automatizálásának és modularizálásának folyamatban lévő fejlesztése tovább növeli a rugalmasságot, lehetővé téve a gyártók számára, hogy gyorsan alkalmazkodjanak az új tervekhez és gyártási követelményekhez, biztosítva, hogy a repülőgépipar továbbra is a technológiai innováció élvonalában maradjon.