Контроль и технологическое базирование заготовок сложной геометрии на станках с ЧПУ с применением системы PowerINSPECT OMV Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.9.08

КОНТРОЛЬ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ БАЗИРОВАНИЕ ЗАГОТОВОК СЛОЖНОЙ ГЕОМЕТРИИ НА СТАНКАХ С ЧПУ С ПРИМЕНЕНИЕМ СИСТЕМЫ POWERINSPECT OMV

Ф.В.Медведев1, С.А.Таликин2

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 2Delcam plc (Великобритания),

Small Heath Business Park; Birmingham B10 0HJ, United Kingdom.

Представлен опыт применения системы автоматизированного контроля PowerlNSPECT OMV и модуля NC-PartLocator для решения задач технологического базирования заготовок на этапе подготовительных фрезерных операций на станках с ЧПУ. На конкретном примере продемонстрирована работоспособность и эффективность предлагаемой технологии. Ил. 6. Табл. 1. Библиогр. 2 назв.

Ключевые слова: система автоматизированного контроля; PowerINSPECT OMV; NC-PartLocator; базирование заготовок; фрезерование; станки с ЧПУ.

CONTROL AND TECHNOLOGICAL BASING OF WIORK-PIECES WITH COMPLEX GEOMETRY ON NC MACHINE-TOOLS WITH THE APPLICATION OF POWERINSPECT OMV SYSTEM F.V. Medvedev, S.A. Talikin

National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074. Delcam plc (UK)

Small Heath Business Park; Birmingham B10 0HJ, United Kingdom.

The article presents the experience of the application of PowerlNSPECT OMV automated control system and NC-PartLocator module for solving tasks of technological basing of work-pieces on the stage of preparatory milling on NC machine-tools. A specific example demonstrates the efficiency and effectiveness of the proposed technology. 6 figures. 1 table. 2 sources.

Key words: system of automated control; PowerINSPECT OMV; NC-PartLocator; basing of work-pieces; milling; NC machine-tools.

Технология PowerlNSPECT OMV + NC-PartLocator (далее по тексту OMV - On Machine Verification) предназначена для контроля и технологического базирования заготовок сложной геометрии на столе фрезерного станка с помощью координатно-измерительных головок Renishaw. В условиях производства часто возникает проблема базирования заготовок в средствах технологического оснащения (СТО) при использовании литьевых и штампованных заготовок. В большинстве случаев формообразование таких заготовок сопровождается дефектами конструктивных элементов, образующих неявно выраженные технологические базы, что влечет за собой высокую трудоемкость и ошибки вспомогательных операций технологического базирования заготовок в СТО и, как следствие, брак изготовления деталей на фрезерных станках с ЧПУ (рис. 1). В основу метода OMV заложен автоматический пересчет и корректировка номинальной траектории движения инструмента в файле управляющей программы (УП) в зависимости от фактического положения заготовки (рис. 2).

Испытание технологии OMV проводилось на Иркутском авиационном заводе - филиале ОАО «Корпорация «Иркут» (ИАЗ) на базе 5-координатного обрабатывающего центра «DMU-80» с системой ЧПУ Mill Plus. В ходе эксперимента была поставлена задача произвести базирование литьевой заготовки для последующего изготовления детали «Ручка пилота». Для достоверности расчетов и сравнения полученных результатов эксперимент был проведен на примере трёх заготовок детали «Ручка пилота» (рис. 3).

Система OMV работает со стандартными NC кодами, что позволяет использовать её с любыми обрабатывающими комплексами, поддерживающими международные стандарты ЧПУ. При этом на этапе конст-рукторско-технологической подготовки производства могут использоваться любые коммерческие CAD/CAM-системы. С учетом специфики работы ИАЗ на этапе моделирования и технологической подготовки производства в рамках данного эксперимента была применена система автоматизированного моделирования Unigraphics NX4.

1Медведев Фёдор Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры оборудования и автоматизации

машиностроения, начальник управления научной деятельности, тел.: (3952) 405769, e-mail: [email protected]

Medvedev Feodor Vladimirovich, Candidate of technical sciences, Head of the Department of Research, associate professor of the

chair of Machinery and Automation of Mechanical Engineering, tel.: (3952) 405769, e-mail: [email protected]

2Таликин Сергей Александрович, директор Российского представительства Delcam plc, тел.: +44 121 766 5544; e-mail:

[email protected]

Talikin Sergey Alexandrovich, Director of the Russian Representatives of Delcam plc, tel.: 44 121 766 5544; e-mail: [email protected]

сто

Траектории УП в системе координат станка X, У, Ъ (ошибка - выход траектории за теоретический контур заготовки)

Ошибка при базировании заготовки

Стол станка

Рис. 1. Ошибки обработки, возникающие при неточном базировании заготовки

(традиционная схема)

(корректное вписывание траектории в теоретический контур заготовки) Рис. 2. Положение УП относительно заготовки с применением технологии ОШ

С использованием технологии ОМУ значительно сокращается время и трудоёмкость установки заготовки в СТО, т.к. базирование заготовки относительно приспособления не требует высокой точности. После закрепления заготовки в приспособлении станка при помощи координатно-измерительной головки Рег1-бЬ^ оператор измеряет фактическое положение заготовки относительно системы координат станка. Для этого он измеряет от 10 до 15 характерных точек на поверхности заготовки. Количество точек влияет на точность расчетов. Точки выбираются произвольно, но они должны охватить весь наружный контур заготовки. Полученные координаты точек ОМУ сравнивает с номинальной ОЛй-моделью заготовки и автоматически совмещает объекты путём пространственного выравнивания с равномерным припуском. Таким образом

определяется фактическая система координат заготовки относительно станка. После этого производится автоматическая коррекция файла УП относительно фактической системы координат заготовки.

Рассмотрим экспериментальные данные применения технологии ОМУ на примере детали «Ручка пилота».

После закрепления заготовки в СТО происходит её предварительный обмер. Технолог выбирает измерительную головку, задаёт параметры детали, которые необходимо проконтролировать. Система ОМУ автоматически рассчитывает необходимую траекторию движения головки, после чего постпроцессор Ро-werINSPECT ОМУ компилирует управляющую программу в N0 кодах, которую отправляют на станок.

Рис. 3. ОАЭ-модель заготовки для детали «Ручка пилота»

На рис. 4 представлены траектории движения измерительной головки для программного контроля положения заготовки с использованием функциональных возможностей исполнительных органов фрезерного станка и стойки с ЧПУ. Результаты измерений (рис. 5) демонстрируют области на поверхности заготовки с положительным припуском (группа точек №1 - «красные точки»), области на поверхности заготовки с от-

сительно системы координат станка, а также сформировать стандартный отчёт по замеренным точкам с указанием фактических координат точек, отклонений по осям X, У, 1 и отклонений по нормальному вектору.

По результатам измерений видно, что 10 точек выходят за пределы допуска:

• 5 точек - положительный припуск (исправимый брак);

• 5 точек - отрицательный припуск (неисправимый брак);

• 2 точки - в поле допустимых отклонений. Ниже представлены результаты измерений положения заготовки после коррекции системы координат, произведенных с применением технологии ОМУ (рис. 6).

Итоговые результаты базирования на примере всех трёх заготовок детали «Ручка пилота» приведены в таблице. Здесь представлены максимальные и минимальные отклонения набора контрольных точек, замеренных с первоначально установленных заготовок, а также после корректировки системы координат с использованием функциональных возможностей ОМУ.

По результатам эксперимента видно, что до применения технологии ОМУ для всех трех заготовок базирование выполнено с ошибкой, а следовательно, все детали будут изготовлены с браком. После кор-

Измеряемые точки

Рис. 4. Измеряемые точки на поверхности заготовки и траектории движения

измерительной головки

рицательным припуском (группа точек №2 - «синие точки»), а также участки поверхности заготовки, находящиеся в пределах заданного допуска (группа точек №3 - «зелёные точки»). Система ОМУ позволяет визуально оценить погрешности установки детали отно-

рекции системы координат с применением технологии ОМУ по всем трём заготовкам определен положительный припуск на размер и последующее изготовление деталей выполнено без брака.

группа № 2| группа № 2

ТП В факт Г>¥КГГ (П. -1.013 -1.013 X: -05.073 -0.0И V. 10.033 -0.003 г 10.153 -0.473 ТП 3 фаьтт Пткп-а. -1.514 -1.514 X: -06.013 -0.000 у. 3.8П и тк г. 20,637 -1.400

"П 6 Факт Отит (И: 1.046 1.04В X: -120.153 0.000 У. -41.800 -1.036 0.151

группа № 3 группа № 1

ТГ1.7 Факт Пгеп- (И' -0.11-11 1.011 № 171 7КЗ 0 000 У -22,332 -0,000 г: 13.знз -0.041 ТП.$ Ф.эет Птеп-Л 1.ИИ 1.904 № 1Й0 3П7 П104 У: -42,572 -1,035 I: 0.1ЬЬ

Группа точек №2

(отрицат. припуск)

Мате 1_о.То1. Ш.ТЫ. X У 2 [IX с!У А1 В1_

ТП-1 1,000 -0,200 0,200 -221,885 -2,545 14,000 0,000 0,000 0,310 0,310

ТП-2 1,000 -0,200 0,200 -188,668 -17,134 14,000 -0,000 -0,000 -0,129 -0,129

ТП-3 1,000 -0,200 0,200 -189,895 1,696 4,666 0,278 0,794 0,297 0,892

ТП-4 1,000 -0,200 0,200 -191,755 -33,490 1,814 -0,600 -2,059 0,281 2Д63

ТП-5 1,000 -0,200 0,200 -150,104 Ц0,677 1,132 -0,104 -1,895 0,155 1,504

ТП-6 1,000 -0,200 0,200 -120,153 -Ю,854 2,014 0,000 -1,035 0,151 1,046

ТП-7 1,000 -0,200 0,200 -121,753 -22,932 14,000 0,000 -0,000 -0,041 -0,041

ТП-8 1,000 -0,200 0,200 -85,878 19,826 10,638 -0,000 -0,893 -0,479 -1,013

ТП-9 1,000 -0,200 0,200 ^36,313 4,086 22,126 -0,000 -0,275 -1,488 -1,514

ТП-Ю 1,000 -0,200 0,200 -4, 758 -21,049 7,949 0,000 0,863 -0,326 -0,023

ТП-11 1,000 -0,200 0,200 -10,343 0,645 22,491 0,000 -0,029 -1,017 -1,018

ТП-12 1,000 -0,200 0,200 -5,551 19,758 10,765 0,000 -0,667 -0,364 -0,760

б)

Рис. 5. Протоколы измеренных точек (до коррекции системы координат): а - графический протокол; б - табличный протокол

Результаты базирования деталей с применением технологии ОМУ

Номер детали Отклонения до коррекции системы координат (традиционная технология) Отклонения после коррекции системы координат (технология OMV)

Максимальное Минимальное Максимальное Минимальное

1 +5,884 -2,412 +4,375 +0,010

2 +5,621 -2,861 +4,130 +0,121

3 +3,154 -0,598 +5,801 +0,210

На первых двух деталях был обнаружен недоработанный участок в допустимых пределах. Предварительный обмер заготовок этих деталей выявил дефект формы и недостаточный припуск на одном из элементов отливки, что заведомо не позволяло осуществить съем металла на некоторых обрабатываемых участках. Технология OMV позволила «вписать» траектории обработки таким образом, чтобы минимизировать

возможные дефекты и в итоге получить годную деталь.

Экспериментальные исследования по применению технологии OMV на Иркутском авиационном заводе позволили:

1) выполнить корректировку управляющих программ относительно фактической системы координат заготовки, решив проблемы с получением равномер-

Группа точек №1

(положит. припуск)

ГП-20 Фыкг. Откп. dL 3.149 3.149 I X ?8t.?4f¡ 7.95Й Y" 9,313 1,1177 Z' Л.ППП -OjOO?

группа № 1 группа № 1

ГП-1? Фаю- Откп- dL г305 г.305 к -^¿идов U.jijij Y. -2.435 Ll.ü'JU 1. 16.305 2.305 ГТ1-10 Факт Опт dL ' ,D55 1.055 Я. -300.157-0,300 Y. -9U.U11 1' Я) Z. Т.З74 0.519

а)

Ñame Offset Lo.Tol. HÍ.TDI. X Y Z dX dV dZ DL

ТП-1 0,000 -0,200 0,200 -1,410 0,050 22,500 0,000 0,000 0,115 0,115

"ÍT1-2 0,000 -0,200 0,200 -1,379 -21,205 7,522 0,000 -0,315 0,112 0,335

"ÍT1-3 0,000 -0,200 0,200 -1,682 21,042 7,967 0,000 0,098 0,037 0,105

"ÍT1-4 0,000 -0,200 0,200 -100,588 -21,160 39,482 0,079 -0,005 0,488 0,494

"ÍT1-5 0,000 -0,200 0,200 -90,227 5,645 21,780 0,000 0,002 0,010 0,010

"ГП-6 0,000 -0,200 0,200 -88,777 21,458 6,769 ■0,000 0,564 0,178 0,592

"m-7 0,000 -0,200 0,200 -117,211 -7,477 6,259 ■0,003 2,844 1,422 3,179

7T1-S 0,000 -0,200 0,200 -119,603 -38,703 7,684 0,000 -1,180 0,775 1,412

"m-9 0,000 -0,200 0,200 -158,211 -38,468 6,527 ■0,148 -1,482 0,788 1.685

"m-io 0,000 -0,200 0,200 -199,857 -29,148 6,857 ■0,300 -0,869 0,518 1,055

"ГП-11 0,000 -0,200 0,200 -184,132 -17,677 14,000 0,000 0,000 1,805 1,805

"m-iz 0,000 -0,200 0,200 -220,046 -2,435 14,000 0,000 0,000 2,305 2,305

"ÍT1-13 0,000 -0,200 0,200 -182,441 -1,038 5,498 1,130 3,864 1,713 4,375

"m-14 0,000 -0,200 0,200 -208,131 14,320 7,870 JfflXXX ИИИХИ ИХХИХ XJfflXX

"m-15 0,000 -0,200 0,200 -237,141 7,253 31,402 4,074 -1,483 -0,000 4,335

"ГП-16 0,000 -0,200 0,200 -233,101 32,358 29,707 0,798 2,192 2,332 3,298

"m-17 0,000 -0,200 0,200 -241,776 6,985 42,000 0,000 0,000 3,165 3,165

7П-18 0,000 -0,200 0,200 -259,306 1,566 42,000 0,000 -0,000 3,596 3,596

"m-19 0,000 -0,200 0,200 -261,216 -2,750 17,022 -0,453 -1,244 -0,000 1,324

"m-zo 0,000 -0,200 0,200 -278,286 8,236 -0,077 -2,959 1,077 -0,002 3,149

"ГП-21 0,000 -0,200 0,200 -253,406 15,691 17,026 0,330 0,907 0,000 0,965

"m-22 0,000 -0,200 0,200 -267,8 27 20,940 -1,325 0,117 0,322 -0,000 0,343

"ÍT1-23 0,000 -0,200 0,200 -256,895 11,990 18,957 ■0,021 0,008 0,306 0J07

б)

Рис. 6. Протоколы измеренных точек (после коррекции системы координат): а - графический протокол; б - табличный протокол

ного припуска по всей поверхности заготовки, которые изначально были вызваны отклонением формы и размеров заготовки, а также погрешностью её базирования в СТО;

2) провести межоперационный контроль детали по заданной программе;

Библиографический список

3) снизить трудоемкость и повысить качество изготовления деталей из заготовок сложной геометрии, а также исключить брак деталей, возникающий при неправильном базировании заготовок.

1. Зорин А., Родина И., Тагильцев А. Внедрение на ОАО «Авиаагрегат» технологии межоперационного контроля деталей сложной формы на станках фирмы Hermle при помощи ПО PowerINSPECT OMV компании Delcam // САПР и Графика. М.: Компьютер-Пресс, 2009 . №9. С.100-103.

2. Евченко К. Применение технологии OMV и адаптивной механообработки при производстве изделий из композитных материалов // САПР и Графика. М.: Компьютер-Пресс, 2009. №11. С.1-6.