Технологии: цельнофрезерованный переплёт фонаря
рейтинг: +3+x

ADEM: Россия плюс Германия есть ключ к успеху

Помните пословицу: «Что русскому хорошо, то для немца верная смерть»? Несмотря на некоторый сарказм, это изречение отражает глубокую объективную особенность двух национальных характеров. Из многочисленных достоинств этих наций подчеркнем два, имеющих наибольший резонанс в области подготовки производства.

Для Германии это внутренняя пунктуальность и дисциплинированность, приводящая к высочайшей технологической культуре и безупречному качеству производства.

Для России – врождённая способность к нестандартным решениям, позволяющая находить выход из любых, даже самых, казалось бы, тупиковых ситуаций.

Наверное, именно по причине органичного взаимного дополнения этих черт первым зарубежным государством, где отечественная система ADEM нашла достойное применение, стала Германия. Российская разработка, основанная на серьезной теоретической школе и традициях отечественного производства, попала на благотворную почву непревзойденного практического опыта немецких машиностроителей.

Произошло и происходит взаимное обогащение опытом и знаниями. Зарубежные партнеры получают из России постоянно развивающийся инструмент для достижения главной цели – эффективной подготовки производства. Система же приобретает опыт самых передовых технологий конструкторского и технологического проектирования.

В этой статье мы расскажем об одном таком опыте плодотворного российско-германского сотрудничества в области повышения качества продукции в рамках международного проекта Sukhoi Superjet 100 (см. рис. 1).

1.jpg

Одним из самых сложных элементов конструкции фюзеляжа этого лайнера является переплет фонаря кабины пилотов. Детали, входящие в его состав, имеют множество конструктивных элементов, которые расположены на обводообразующей поверхности самолета.

Поэтому в целях повышения эффективности использования высокотехнологичного дорогостоящего оборудования, увеличения производительности и улучшения качества изделий компаниями ЗАО «Гражданские самолеты Сухого», ОАО «НАПО им. В.П. Чкалова» и Handtmann A-Punkt Automation был инициирован проект по оптимизации стратегии и маршрута обработки детали «рама переплёта боковая» (см. рис.2).

2.jpg

Вот основные задачи проекта: снижение чистого рабочего времени и величины деформации готовой детали, устранение необходимости механической доработки детали после снятия ее со станка и повышение качества обработки детали. Работы проводилась на станке UBZ 300/200 Т2 фирмы Handtmann, оснащенном системой ЧПУ SINUMERIC 840D, который обладает возможностями высококачественной, высокоскоростной обработки. В работе над проектом принимали участие Группа компаний «АДЕМ» и ООО «СКИФ-М» (см. рис. 3).

3.jpg
Рис 3. Начало работы. Сальников Алексей (ГК «АДЕМ», слева), Сахаров Денис (СКИФ-М), Куликов Евгений (ООО "Хандтманн Руссланд")

В качестве программного обеспечения была использована российская CAD/CAM/CAPP система ADEM версии 8.3. Сразу заметим, что для решения этой задачи САПР должна включать в себя уникальные алгоритмы, обеспечивающие новейшие возможности современного высокоскоростного оборудования. А это далеко не тривиальная научно-техническая задача, которая требует весьма серьёзных исследований и разработок. Поэтому основной упор в данной статье мы сделаем именно на системе САПР.

Партнёром для инструментального обеспечения проекта выступила российская фирма СКИФ-М (г. Белгород). Её специалисты подобрали большую часть режущего инструмента для обработки алюминиевых сплавов из стандартного ряда за исключением Т-образных фрез диаметрами 80 мм и 110 мм, специальных угловых и полушаровых фрез. Заметим, что применение специальных угловых фрез позволило провести обработку во всех труднодоступных местах детали (под козырьками, в углах пазов и пр.). Вся номенклатура инструмента имела уникальное алмазоподобное покрытие, предназначенное для высокоскоростной обработки алюминия и сплавов на его основе. Весь инструмент проходил балансировку на заводе-изготовителе по классу дисбаланса G2.5

Прежде чем перейти к детальному описанию процесса создания технологии, кратко расскажем, какие знаковые возможности технологической части системы ADEM были использованы в проекте:

  • Создание ЧПУ операций в рамках проектируемого технологического процесса. Это позволило наряду с комплектом управляющих программ автоматически подготовить комплект расчетно-технологических карт по каждому установу. Карты были подготовлены в соответствии с нормами ЕСТП.
  • Учёт заготовки при расчёте черновых операций.
  • Оптимизация режимов обработки по толщине стружки, снимаемой каждым зубом фрезы. Эта функция обеспечивает не только максимально возможные для станка режимы, но и постоянство силы резания, что благоприятно сказывается на стойкости инструмента.
  • Обработка пазов грибковыми фрезами (в режиме плоского и объёмного фрезерования).
  • Автоматическое распознавание и обработка отверстий, лежащих на поверхности.
  • 5-ти координатная обработка с контролем положения инструмента по управляющим кривым и поверхностям, обработка боковой частью фрезы с автоматическим контролем положения инструмента.
  • Спиральная выборка колодцев, дающая значительное сокращение времени обработки при больших объёмах удаляемого материала.
  • Режим оптимизации обработки зигзагом на 3-х и 5-ти координатном фрезеровании с коррекцией подачи на входе и выходе. При его использовании количество холостых перемещений инструмента уменьшается в несколько раз. Заметим, что эта функция была использована в черновом и чистовом режимах работы.

Итак, давайте более подробно рассмотрим этапы разработки технологии изготовления данной детали в системе ADEM. Заготовка габаритами 1700х1060х240 мм была предварительно обработана с неравномерным припуском и прошла термообработку (см. рис 4).

4.jpg
Рис 4. Начальное состояние заготовки.

После анализа объемных моделей детали и заготовки было принято решение использовать для обработки пять последовательных установов (три для черновой обработки и два для чистовой). В первой части статьи мы расскажем о черновой обработке, вторую - посвятим чистовой.

Сложность маршрута обработки не позволяет рассказать подробно об всех этапах работы, поэтому остановимся на основных моментах.

  • Предварительная обработка технологических бобышек, используемых в дальнейшем для установки заготовки, а также чтобы обеспечить безопасное перемещение инструмента рядом с ними в последующем. Следует отметить, что на этой стадии мы старались максимально использовать возможности плоской обработки и только в отдельных случаях применялось 5-ти координатное фрезерование.
  • Черновая 5-ти координатная обработка верхней половины детали по контуру с припуском 3 мм. Для обеспечения максимальной равномерности припуска применялась стратегия обработки боковой стенкой фрезы.
  • Черновая обработка наружной теоретической поверхности с припуском 3 мм. Метод обработки – оптимизированный зигзаг в режиме 3-х фрезерования. Применение фрезы-сверла с центральным зубом позволило обеспечить съем большого объема материала (при регулярных ударных нагрузках) всего за два прохода - по 10 мм в глубину за проход.
5.jpg
Рис.5 Фрагмент паза на стыковочной части.

Обработка паза в районе стыковочной части с припуском 3 мм. Обработка этого элемента выполнялась T-образной фрезой диметром 80 мм. Использовался режим 5-ти координатного многопроходного поперечного фрезерования с активной опцией высокоскоростной обработки. Для облегчения условий обработки подача на первом проходе и крайних точках остальных проходов автоматически уменьшалась до заданной величины. Фрагмент паз представлен на рисунке (см. рис 5). Обработка базовых отверстий и пазов для крепления заготовки на следующем этапе.

Состояние детали после окончания первой части черновой обработки представлено на рисунке 6.

6.jpg
Рис. 6. Деталь после первого установа.

В следующем положении деталь обрабатывалась с внутренней стороны и удалялся материал из боковых элементов. Следует сказать, что именно на этой стадии из заготовки удалялась основная часть материала. Это связано в первую очередь с конструкцией детали — именно в таком положении наибольшее число элементов доступно для обработки.

Общая последовательность обработки выглядит следующим образом:

  • Подготовка технологических бобышек для следующего этапа. Заметим, что в нашем варианте технологии размер этих элементов был уменьшен, а их расположение на детали было изменено. В дальнейшем это позволило обработать несколько отверстий, обработка которых отсутствовала в базовом варианте.
  • Черновая обработка боковой части «рамы», оставшейся после предыдущего этапа. Поскольку в данном положении значительное число ребер жесткости стало доступным, то обработка шла послойно с автоматическим контролем состояния заготовки. Для обеспечения постоянства снимаемого слоя материала использовалась схема обработки «Обратная эквидистанта с постоянным шагом».
  • Черновая обработка внутренней теоретической поверхности с припуском 3 мм. Обработка велась по схеме аналогичной предыдущему этапу. Обороты шпинделя 22000 об/мин, основная подача 8800 мм/мин, подача на входе-выходе 4400 мм/мин.
  • Черновая обработка внутренних окон. В первоначальном варианте этот вид работ выполнялся за счет 5-ти координатного фрезерования боковой стенкой. Однако из-за особенностей конструкции станка при достижении максимального угла поворота шпинделя приходилось тратить значительное время на безопасную обратную его раскрутку. Поэтому схема обработки была изменена на послойную, что сократило время фрезерования минимум в 2 раза.
  • Черновая выборка боковых элементов с припуском 3 мм. Для повышения эффективности работы была использована новая возможность системы ADEM - спиральная выборка колодцев. Обработка этих элементов выполнялась в два этапа: сначала удалялась основная масса материала с припуском 4 мм, а затем 5-ти координатная спиральная обработка дна и послойная обработка стенок в режиме 3+2 фрезерования. Этот режим был выбран потому, что стенки всех боковых элементов имеют переменную кривизну (как положительную, так и отрицательную).
  • Предварительная обработка паза в малом окне. Надо сказать, что это один из самых «тяжелых элементов» во всей детали. Во-первых, этот паз закрыт полками сверху и снизу, во-вторых, паз имеет переменную ширину, в-третьих, конструкция детали такова, что минимальный радиус кривизны стенок в углах паза практически совпадает с максимальным радиусом грибковой фрезы. Отдельные ограничения на обработку этого элемента накладывает и сам станок. Для того, чтобы дотянутся до обрабатываемого элемента в тех же углах и не задеть шпинделем деталь, приходилось использовать оправки с удлинителем. При этом общий вылет инструмента доходил до 300 мм при диаметре фрезы 20 мм. Поэтому в данной ситуации мы были вынуждены использовать виброгасящие оправки фирмы Haimer. Аналогичная ситуация в последующем возникла при чистовой обработке.
7.jpg
Рис 7. Состояние детали во время второго этапа черновой обработки.

Затем деталь была перевернута, и выполнено планирование базовых плоскостей и отверстий — для того, чтобы компенсировать деформации, возникшие во время черновой обработки. В базовом варианте деталь оставалась в том же положении и была начата обработка наружной стороны — естественно, что все технологические элементы оставались на своих местах, поскольку за них деталь крепилась позже. В нашем варианте деталь была перевернута обратно с единственной целью: выполнить обработку наружной части в последнюю очередь, обеспечив удаление всех технологических элементов. А поскольку мы крепили деталь на вновь спланированные базы и на первом чистовом установе снимали большую часть оставшегося материала, то итоговые поводки готовой детали были минимальными.

Далее в маршруте только чистовая обработка.

Итак, повторим основные задачи проекта: уменьшение чистого рабочего времени обработки и величины деформации готовой детали, устранение необходимости механической доработки детали после снятия ее со станка и повышение качества поверхности детали. Работы проводилась на станке UBZ 300/200 Т2 фирмы Handtmann, оснащенного системой ЧПУ SINUMERIC 840D. Если в первой части статьи был описан процесс черновой обработки, то теперь обратимся к описанию чистовых операций.

Прежде чем перейти к описанию самой технологии, хотелось бы заострить внимание на одной из возможностей системы ADEM, существенно облегчающей работу со сложными и большими проектами. Речь идет о возможности группировки объектов маршрута в отдельные фрагменты, приводящие к генерации отдельной управляющей программы. Фрагмент такой группировки показан на рисунке 2. Решение о включении элементов в группу принимает сам технолог, объединяя их, исходя из логики работы. Например, группа «Обработка теоретической поверхности окончательная» или «Обработка низких ребер». Таким образом, при расчете маршрута, технолог получает набор УП, последовательное выполнение которых приведет его к нужному результату. Постпроцессор для станка UBZ был создан с учетом этой возможности. Заметим также, что в постпроцессоре был реализован алгоритм точного расчета общего времени обработки с учетом динамических характеристик станка.

57944904_2.jpg
Рис 8. Фрагмент маршрута с группировкой объектов.

Итак, вернемся к чистовой обработке; с ней связаны последние два установа. В первом из них выполняется примерно 80% чистовой обработки. Именно в таком положении детали большая часть элементов доступна для инструмента (с учетом габаритов обрабатывающей «головы»). Среди всего множества объектов, обрабатываемых на этом этапе, рассмотрим наиболее интересные:

Обработка внутренней теоретической поверхности окончательно. Поскольку на данном этапе обработки толщина материала достаточная, то за один проход снимался весь оставленный припуск. Для уменьшения количества холостых перемещений была использована схема 5-ти координатного оптимизированного зигзага с включенной опцией высокоскоростной обработки.

Обработка центральных окон окончательно. Их обработка была разделена на два фрагмента – все открытые участки стенок, по возможности, были обработаны послойной обработкой с активной функцией оптимизации по толщине стружке. Участки дна были обработаны 3-х координатным фрезерованием с использованием ограничивающих контуров. Данные фрагменты детали являются достаточно ответственными, поэтому качеству их обработки мы уделяли повышенное внимание (см. рис 9).

57944904_3.jpg
Рис 9. Фрагмент «центрального» окна после чистовой обработки.

Обработка паза в малом центральном окне (см выноски на рис. 2). Пожалуй, самое трудное место во всей детали. Недаром в базовой технологии именно в этих местах оставался материал, который затем удалялся вручную (см. выноску на рисунке 4). Как видно из рисунка 1 этот паз закрыт сверху и снизу полками и имеет переменную ширину по всей длине. Кроме того, габариты станка и детали позволяли обработать цилиндрическим инструментом только нижнюю полку и часть стенки паза. При этом, чтобы обеспечить доступ в нижние углы паза и не задеть шпинделем деталь, был использован самый большой удлинитель — 300 мм, в который была установлена шаровая фреза диаметром 12 мм. Для обработки верхней полки и закрытой части стенки мы использовали коническую грибковую фрезу диаметром 80 мм. Естественно, что для обработки данного элемента был задействован практически весь арсенал 5-ти координатной обработки системы ADEM:

  • Продольный зигзаг между двумя кривыми. Траектория строится таким образом, что инструмент плавно переходит с одной кривой на другую с заданным шагом. Управление наклоном инструмента велось с помощью управляющей кривой. По аналогичной схеме велась обработка доступных участков стенки. При этом вводились дополнительные ограничения за счет припуска на контрольные поверхности, чтобы избежать касания инструментом верхней полки.
  • Для обработки верхней (закрытой) полки применялся режим многопроходного фрезерования стенки с фиксированными углами отклонения/опережения, продольный зигзаг между двумя кривыми с автоматической коррекций положения инструмента. При обработке стенок мы опять столкнулись с проблемой совпадения радиуса фрезы и скругления поверхностей модели. Чтобы облегчить условия работы грибковой фрезы на таких участках, обработка велась в режиме построения гладкой траектории. Все перегибы содержали дуги радиусом 0.3 мм (максимальный допуск на деталь).
57944904_4.jpg
Рис 10. Одно из самых труднодоступных мест в детали – закрытый паз.

Обработка перемычек между торцевыми колодцами. Поскольку толщина перемычек между колодцами составляла всего 3 мм, обработка их верхних граней проводилась до чистовой обработки колодцев. Для этих целей использовался режим 5-ти координатного прохода между двумя кривыми (ребра соседних колодцев).

Обработка торцевых колодцев. Технология обработки этих элементов также имеет свои хитрости (см. рис. 11). Дело в том, что некоторые из них имеют очень большую глубину (до 90 мм). Это потребовало использования инструмента с удлинителем - общий вылет составил 230 мм, при диаметре 12 мм. Для исключения вибрации и эффекта «затягивания» фрезы в углах (при касании инструментом трех граней), была использована следующая методика обработки:

  • Предварительная 3-х координатная обработка дна с припуском 0.3 мм на дно и 4.5 мм на стенки.
  • Чистовая обработка стенок с припуском 0.5 мм на дно. Ввиду того, что кривизна стенок переменная, было использовано послойное фрезерование в режиме «3+2» с активной опцией высокоскоростной обработки.
  • Окончательная обработка дна с припуском 2 мм на стенки.
  • Доработка радиусов скруглений на стенках. Данный шаг был необходим по двум причинам. Во-первых, при обработке стенок траектория в углах была скругленной - в этих местах оставался материал (минимальный радиус скругления углов в колодцах равен радиусу инструмента). Во-вторых, сами радиусы в модели были переменными, правда, в небольших пределах.
  • Доработка радиуса скругления 3 мм между стенками и дном. Большой вылет не позволял использовать цилиндрическую шаровую фрезу, поэтому обработка велась конической шаровой фрезой с диаметром при вершине 6 мм. Ее жесткость обеспечила легкое прохождение всех углов.
57944904_5.jpg
Рис 11. Чистовая обработка торцевых колодцев.

После завершения первой части чистовой обработки деталь перевернули для последнего этапа. Поскольку после переворота деталь ставилась обработанной стороной вниз, то для исключения деформации для мест крепления были разработаны временные ложементы. На данном этапе были выполнены следующие работы:

  • Удаление технологических бобышек. В основном для данной операции использовался режим плунжерного фрезерования, хотя две центральные бобышки удалялись режиме обычного плоского фрезерования.
  • Обработка внутренней теоретической поверхности окончательно. Ввиду того, что толщина элементов детали на этом этапе в самом тонком месте составляет всего 3 мм (а на краях отсутствуют элементы жесткости), чистовую обработку было решено разбить на два этапа - получистовая с припуском 1 мм скругленной фрезой и окончательно «шариком». Для исключения срыва фрезы на наиболее крутых участках, была использована 5-ти координатная обработка по нормали к поверхности, но с небольшим углом опережения. Чтобы уменьшить количество холостых перемещений была выбрана схема оптимизированного зигзага с включенной опцией высокоскоростной обработки. Это позволило при 22000 об/мин увеличить подачу до 13500 мм/мин в основном режиме, несколько снижая ее на входе и выходе.
  • Сверление и обработка фигурных отверстий. Особенность деталей планеров является то, что они могут содержать большое количество отверстий, расположенных по нормали к теоретическому обводу самолета. Кроме этого, данная деталь содержала ряд фигурных отверстий, также расположенных на внешней стороне (см. рис. 6). Для сверления мы использовали одну из возможностей системы ADEM - автоматическое распознавание отверстий. Помимо определения диаметра и глубины, распознается так же положение отверстия в пространстве. На основе этих данных формируются команды позиционирования инструмента и вызова соответствующего цикла.
  • Чистовая обработка паза в районе стыковочной части. Заметим, что это самый ответственный элемент детали с точки зрения соответствия размерам, поэтому его изготовление проводилось в три этапа. Сначала грибковой конической фрезой диаметром 60 мм обрабатывались нижняя и верхняя полки, а затем стенка паза. Для обработки использовался режим управления положением инструмента методом смещения вдоль его оси до контакта с обрабатываемой поверхностью.

Итогом работы стала деталь, представленная на рис 12. Созданная в процессе работы технология позволила практически полностью исключить ручные операции. Но что более важно, полученная деталь практически не деформирована, по результатам измерения на КИМ ее размеры лежат в пределах допуска. Фактическое время обработки по управляющим программам, созданным в системе ADEM, составило 65 часов против 144 часов, полученных в применяемой на предприятии CAD/CAM системе.

57944904_6.jpg
Рис 12. Деталь после обработки

В ходе реализации проекта были решены не только поставленные изначально задачи, но и выявлены дополнительные возможности по повышению общей производственной эффективности. Практическим результатом реализованного проекта является готовая технология обработки детали, включая рабочую управляющую программу, отработанный постпроцессор системы ADEM для станка UBZ/300, а так же детальную документацию к комплексному применению подобных проектов.

В итоге, из расчета на одно изделие, были получены следующие результаты:

  • Сокращено рабочее время операторов приблизительно в 2.3 раза.
  • Сокращена амортизация и износ оборудования в 2.3 раза.
  • Практически полностью исключена слесарная доработка.
  • Сокращены расходы СОЖ и электроэнергии приблизительно в 2 раза.
  • Сокращены расходы на инструмент, как за счёт повышенной износостойкости выбранного инструмента, так и за счёт уменьшения общего времени его использования.

Таким образом, для выполнения текущего производственного плана по данной детали требуется в 2 раза меньше времени и материалов, что в масштабах производства планеров SSJ-100 составляет колоссальную экономию.

источник

Обсуждение

serg2044: Впечатляет. Это уже реальное ноу-хау. Требования к метрологическому обеспечению производства должны быть высочайшие.

Но что более важно, полученная деталь практически не деформирована, по результатам измерения на КИМ ее размеры лежат в пределах допуска.

Не совсем понимаю как проверить геометрию такой сложной детали?

Comet: Примерно так http://www.knaapo.ru/rus/about/technology/measuring.wbp

KPV: Ну, насчёт ноу-хау, пожалуй, перебор. Обычный техпроцесс. Она ж (деталь) не титановая, или там жаропрочная, или там композитная, или ещё что-то. Впечатляет другое, что для изготовления такого узелка, которых в изделии миллион, уже нужна кооперация 5-6 предприятий. Имею в виду: необходимо наличие станка, ПО на обработку, куча инструмента и оснастки, и прочее прочее.. Сколько людей получают работу…

Comet: Она из сплава 1933, а это ужас технолога Металл ведёт сильно в процессе обработки, нужно большой опыт, чтобы правильно подобрать режимы обработки и добиться такой точности.

по началу в брак много уходило?

Comet: Да много, но вроде отработали технологию, правда, и сейчас иногда бывает. Скоро поковку будем менять на штамповку, ещё лучше будет.

KPV: Сколько ж труда человеческого надо что бы самоль рассчитать, сконструировать, потом производство подготовить, изготовить… А теперь всякого рода олени говорят что мол де в ССЖ ничего нет российского. говорят, блин — та чё там, планер делаем? та это ж туфта! железяки! Смотрю вот на изделия ваши конструкторским взглядом — да там чёрт ногу сломает все это только рассчитать и начертить …а потом еще на каждую деталь вроде этого переплета еще нужна и армия проектировщиков оснастки, технологов.и т .д. и т. п.

serg2044: Обычный техпроцесс? Дайте ссылку на любую цельнофрезерованную деталь такой сложной геометрии, с такими требованиями к точности и прочности. Гражданское назначение обязательно.

11 Jul 2012 21:21 (опубликовано: skydiver000)


Если вам понравилась статья, не забудьте поставить "+"

рейтинг: +3+x

Facebook vk16.png twitter_icon.png 01.gif mailru-share-16.png ok-logo.png

fancy-divider.gif

Читайте далее

  • НАПО - Новосибирское Авиационное Производственное Объединение им. В.П. Чкалова Мезонин для сборки носовых частей самолета Commet писал: Это новый стапель для Ф1, его подвижную часть еще доделывают. По расчётам, планировалось после его запуска, обеспечить...… (+1)
  • Parts Assembly - Применение современных технологий и высокоточного оборудования при изготовлении деталей позволило отказаться от применения традиционной оснастки для производства агрегатов самолета, внедрить сборку по сборочным отверстиям. Предварительная сборка...… (+1)
page 5 of 5« previous12345
fancy-divider.gif

Случайные статьи

  • Упрощенные методы проектирования самолетов | юмор - УПРОЩЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОЕКТИРОВАНИЯ САМОЛЁТОВ (статья Р. Р. Осборна, сотрудника фирмы Стинсон Эйркрафт, опубликованная в журнале Aviation Проектирование и производство самолетов многие представляют, как нечто таинственное, причем такое представление замечается не только у широкой публики, но и у лиц,...… (+7)
  • Статус ЦОС 20.04.14 - 25 апреля произошла окончательная расстановка бортов в ЦОС… (+11)
  • Работа электроники на разных фазах полёта - Вопрос: а откуда система «знает», что самолет находится в режиме взлета? Ответ (Инженер2010): На распознавании фаз полёта базируется значительная часть идеологии систем и БРЭО самолёта, он ведь у нас очень умный. :) Распознавание фаз основано на совокупности ряда признаков и событий, а также на...… (+5)

Использование материалов сайта разрешается только при условии размещения ссылки на superjet100.info

Пока не указано иное, содержимое этой страницы распространяется по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License