CC BY
34
Основные проблемы при обработке авиационных деталей
сложной геометрии на станках с числовым программным управлением и пути их
решения
1 2
Маданов А. В. , Нейчев А. Ф.
2Маданов Александр Владимирович /Madanov Aleksandr Vladimirovich - аспирант;
2Нейчев Александр Федорович / Neychev Aleksandr Fedorovich - студент, кафедра математического моделирования технических систем, факультет математики, информационных и авиационных технологий,
Ульяновский государственный университет, г. Ульяновск
Аннотация: в статье описаны основные проблемы, возникающие при обработке авиационных деталей сложной геометрии на станках с ЧПУ. Рассмотрены пути решения данных проблем.
Ключевые слова: станок с ЧПУ, фрезерование, авиационные детали, CAM система, управляющая программа.
Оболочку самолета собирают из большого количества деталей, выполненных из листового материала. Силовую конструкцию собирают из деталей, для которых характерно тонкое полотно в основании, усиленное высокими ребрами жесткости. Конструкция этих деталей обусловлена требованиями максимальной жесткости при минимальной массе. Все детали этих групп частично или в полном объеме подвергаются механической обработке. Подробнее типы таких деталей рассмотрены в работе [1].
Панели самолета имеют достаточно большие габариты, поэтому для их обработки наиболее эффективно применение портальных станков, оснащенных специальными вакуумными столами. Механическую обработку деталей этой группы следует проводить в 2 этапа: обработка плоской заготовки (формирование ребер жесткости, полотен различной толщины в развертке) и обработка заготовки после придания ей формы (обрезка контура после формирования криволинейной поверхности теоретического контура самолета).
Применение на первом этапе обработки вакуумного стола позволяет сократить подготовительно -заключительное время на переустановку прихватов и повысить качество обработки за счет отсутствия припуска на границах зон обработки.
В большинстве случаев на первом этапе необходимо обработать участок заготовки большой площади. Для этого целесообразно использовать специальный инструмент, который представляет собой поперечную штангу с двумя резцами вместо корпусных фрез большого диаметра, с большим количеством зубьев. Это значительно сокращает время обработки.
На втором этапе для обработки деталь устанавливают на объемную криволинейную оснастку. На данном этапе эффективно применение специальных приспособлений в виде поджимных роликов на шпинделе станка, которые прижимают деталь к ложементу перед проходом инструмента.
Стрингеры и другие силовые элементы обшивки обрабатывают на портальных станках со столами, на которых установлено большое количество (от 12 до 40) тисков со специальными губками. Использование спецгубок позволяет расширить номенклатуру деталей, которые можно изготовить на таких станках. Данный способ крепления является более удобным в использовании и оправданным экономически по сравнению с другими способами крепления подобных деталей на станке.
Детали, которые используются в элементах силовой конструкции самолета, тоже имеют ряд особенностей в изготовлении. Высокие ребра жесткости, тонкие полотна, криволинейные поверхности, выходящие на теоретический контур самолета, детали механизации с пространственной кривизной и с жесткими допусками на расположение элементов вызывают дополнительные трудности в изготовлении.
Для обработки деталей, оснащенных высокими ребрами, а также деталей с поверхностями двойной кривизны, эффективно применение станков с кинематикой 3+2 и 5 осей, а также инструментальных наладок с большим вылетом инструмента или инструментальных наладок с длинными (в ряде случаев ступенчатыми) оправками. Это позволяет осуществить обработку детали с минимальным количеством установок.
Применение в процессе обработки инструментальных наладок большой длины вызывает вибрации во время резания. Для борьбы с вибрацией необходимо подбирать режимы резания, занижать режимы резания. Подобранные режимы резания целесообразно сохранять в базе данных с привязкой к конкретной инструментальной наладке и детали. В ряде случаев для обработки таких деталей эффективно применение инструментальных наладок с термооправками, а в особо сложных случаях наладок со специальными виброгасящими оправками. Для высокоскоростной обработки все инструментальные наладки должны проходить балансировку на специальных машинах.
Детали малой жесткости склонны к вибрациям во время механической обработки. Как правило, вибрации возникают при обработке высоких стенок и ребер детали. Для снижения вибрации применяется особая схема съема припуска. Заготовку разгружают с большим припуском на ребрах и стенках, а затем ребра и стенки обрабатывают в номинальный размер, без получистовых проходов. Кроме того, для снижения вибрации применяется специальная оснастка, а также выполняется подбор режущего инструмента и режимов резания.
Во время механической обработки тонких полотен также возникают различные трудности. Помимо вибрации во время удаления материала возникают деформации полотна в сторону удаленного материала. Для исключения возможности появления подобных дефектов эффективно применение нескольких способов: деление полотна на несколько зон резания с переустановкой прижимов, применение фрез небольшого диаметра, что позволяет снизить нагрузку на проблемные участки детали, а также использование комбинированной вакуумной объемной оснастки. Применение данных способов увеличивает подготовительно-заключительное время и время обработки, но существенно снижает вероятность появления брака.
Для сокращения машинного времени, а также из-за технологических требований (структура и направление волокон материала и т. п.) некоторые детали производятся из штамповок и отливок. Штампованные заготовки отличаются друг от друга, в связи с этим нет точного повторения баз, возникает проблема сложности базирования таких заготовок. Как следствие, изменяется припуск на заготовки, что в результате приводит к неравномерному съему металла. При этом нецелесообразно постоянно корректировать операции в уже отработанном (внедренном) комплекте УП, поскольку каждая новая партия штамповок может иметь свои отличия.
К современным методам решения проблем базирования заготовок и учёта деформаций можно отнести применение технологий адаптивной обработки, подразумевающей подготовку специальных управляющих программ с учётом предварительного обмера заготовки на станке с помощью датчика Renishaw. При адаптивной обработке управляющая программа автоматически корректируется по результатам обмера контрольных точек, что снижает требования к квалификации оператора, а также сокращает машинное время обработки за счёт исключения проходов по воздуху. Однако данный способ требует разработки дополнительных программ обмера заготовки и технологии корректировки управляющих программ обработки.
В некоторых случаях, например, когда заготовка детали отличается высокой стоимостью, для получения модели заготовки целесообразно использовать 3D сканирование. Инженер-программист в CAD-системе размещает электронную модель детали внутри полученной 3D сканированием модели заготовки. Модель заготовки представляет собой фасетное тело (облако точек). Если на этапе совмещения моделей детали и заготовки не выявлено проблем (например, нехватка припуска на обработку, несоответствие габаритов и т. д.), то программист создает по фасетному телу траекторию движения инструмента в CAM-системе.
Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России.
Литература
1. Маданов А. В. Особенности обработки авиационных деталей сложной геометрии на станках с числовым программным управлением. [Электронный ресурс]: Электронный научный журнал, 2015. № 2. Режим доступа: http://co2b.ru/docs/enj.2015.02.pdf (дата обращения: 18.12.2015).
