Effektiva lösningar för Mill-Turn Composite-bearbetning

 

Effektivitet och precision är de eviga målen inom metallbearbetning. Med den ständiga utvecklingen av CNC-teknik, datorteknik, verktygsmaskiner och bearbetningsprocesser uppfyller traditionella bearbetningskoncept inte längre kraven på hastighet, effektivitet och precision. Mot denna bakgrund har kompositbearbetningsteknik växt fram. Generellt sett hänvisar kompositbearbetning till en uppsättning bearbetningstekniker som kan utföra olika processer eller metoder på en enda utrustning. De nuvarande kompositbearbetningsteknikerna är huvudsakligen av två typer: den ena är baserad på olika energi- eller rörelseformer, och den andra, främst mekanisk, är baserad på principen om processkoncentration. Bland dessa har kompositbearbetning med valsvarv blivit en av de snabbast växande teknologierna under de senaste åren.

 

▲ Mill-Turn kompositbearbetning

 

Flyg- och rymddelar kännetecknas alltmer av små partier, komplexa processer och omfattande användning av integrerade tunnväggiga strukturer och svårbearbetade material. Detta resulterar i flaskhalsar som långa tillverkningscykler, höga materialavlägsningshastigheter, låg bearbetningseffektivitet och allvarliga bearbetningsdeformationer. För att förbättra effektiviteten och precisionen hos komplexa flyg- och rymdprodukter har ingenjörer länge sökt efter effektivare och exaktare bearbetningsmetoder. Tillkomsten av kompositbearbetningsutrustning för mill-turn erbjuder en effektiv lösning för att förbättra precisionen och effektiviteten hos flyg- och rymddelar.

 

Jämfört med konventionella CNC-bearbetningsprocesser återspeglas fördelarna med kompositbearbetning huvudsakligen inom följande områden:

 

(1) Förkorta tillverkningsprocesskedjan och öka produktionseffektiviteten

Mill-turn kompositbearbetning möjliggör slutförandet av de flesta eller alla bearbetningsstegen i en enda fastspänning, vilket avsevärt förkortar tillverkningsprocessens kedja. Detta minskar den extra produktionstiden på grund av ompositionering, förkortar tillverkningscykeln för fixturer och ökar produktionseffektiviteten.

 

(2) Minska antalet klämmor och förbättra bearbetningsprecisionen

Färre spännoperationer minskar fel orsakade av referenskonverteringar. Moderna vändsvarvsmaskiner har ofta onlinemätmöjligheter, vilket möjliggör inspektion på plats och precisionskontroll av nyckeldata under tillverkningsprocessen, vilket förbättrar detaljernas noggrannhet.

 

(3) Minska golvytan och sänka produktionskostnaderna

Även om en kompositmaskin kan ha ett högt individuellt pris, kan den förkortade processkedjan och minskningen av nödvändig utrustning, fixturer, golvyta och underhållskostnader avsevärt minska de totala investeringarna, produktionskostnaderna och förvaltningskostnaderna.

 

 

Jag nyckelteknologier iSammansattMaskinbearbetning

 

Trots dess fördelar jämfört med konventionell enprocessbearbetning, har utnyttjandet av kompositbearbetning med fabriksvarv inom flygindustrin ännu inte nått sin fulla potential. Den främsta orsaken ligger i den relativt korta tillämpningstiden för denna teknik inom flygtillverkning, såväl som den pågående utforskningen av fabriksvarvningsprocesser, CNC-programmering, efterbearbetning och simuleringsteknologier som passar de strukturella processegenskaperna hos flyg- och rymddelar. För att till fullo kunna utnyttja kapaciteten hos kompositutrustning för valssvarv och öka effektiviteten och precisionen är det viktigt att övervinna dessa utmaningar och uppnå integrerade applikationer.

 

1. Mill-Turn Komposit Bearbetning Process Teknik

Till skillnad från konventionell bearbetningsutrustning är ett kompositbearbetningscenter i fabriksvarv i huvudsak en produktionslinje. Effektiv och exakt bearbetning beror på hur väl processvägen är planerad, hur fastspänningen görs och hur verktyg väljs baserat på detaljens processegenskaper och egenskaperna hos fräs-varvbearbetning.

 

Processkoncentration är den mest utmärkande egenskapen för kompositbearbetning. Därför är en vetenskaplig och rationell processväg nyckeln för att förbättra effektiviteten och precisionen för bearbetning med varv. När stångmaterial används som ett ämne för impellertillverkning, innebär den konventionella bearbetningsvägen att rotera pumphjulets yttre profil på en CNC-svarv, följt av precisionssvarvning för referensytor, femaxlig CNC-bearbetning för spårning, grovbearbetning, halvfinbearbetning, och slutlig bearbetning av ytor och nav, och slutligen borrning på ett femaxligt bearbetningscenter eller borrutrustning. Med hjälp av S192F-fräsvarvcentret kan hela processen slutföras i en enda fastspänning, och vid bearbetning av stångbestånd kan maskinen till och med automatisera skärning, matning och impellermassproduktion utan mänsklig inblandning. Processvägen kan ställas in enligt följande:

 

Spindelklämning av stångstock → Grovsvarvning av ytterprofil → Precisionssvarvning av ytterprofil → Femaxlig fräsning för spårning → Grovbearbetning av flödeskanalen → Halvbearbetning av flödeskanalen → Precisionsbearbetning av flödeskanalen → Borrning → Ryggspindel fastspänning → Vridning av pumphjulets bottenplan → Borrning.

 

Som visas fullbordar en enda fastspänning alla impellerbearbetningssteg, vilket avsevärt förbättrar både effektivitet och precision.

För fabriksvarvcentra med dubbla verktygstorn levereras utrustning med dubbla torn med dubbla styrsystem, där de övre och nedre verktygstornen kan styras oberoende av varandra. Samtidig bearbetning kan uppnås genom synkroniserade kommandon i koden. För att fullt ut utnyttja utrustningens möjligheter kan synkron drift av flera processer på delen realiseras, vilket till exempel tillåter samtidig grovsvarvning av den yttre profilen och grov borrning av det inre hålet, vilket förbättrar bearbetningseffektiviteten. Den synkrona rörelsen av de övre och nedre verktygstornen möjliggör effektiv bearbetning av en serie hål, vilket förbättrar effektiviteten samtidigt som arbetsstyckets deformation minimeras genom balansering av axiella borrkrafter. För att uppnå denna funktionalitet krävs grundlig forskning i processvägssekvensen och synkroniseringen under den inledande processdesignfasen.

 

2. CNC-programmeringsteknik för bearbetning med frässvarv

Framstegen inom teknik för bearbetning av frässvarv kräver högre standarder för CNC-programmering, vilket har blivit en flaskhals vid användning av fräsvarvsutrustning i faktisk produktion. Utan specialiserade kompositbearbetningslösningar används vanlig CAM-programvara för att planera en del av bearbetningsprogrammet, som sedan integreras manuellt av processingenjörer för att möta kraven på kompositbearbetning. Denna metod ställer höga krav på processingenjörer. Jämfört med traditionell CNC-programmering innebär mill-turn programmering flera utmaningar:

 

 

(1)Tveversprocesser

För processingenjörer är det viktigt att inte bara behärska programmeringsmetoderna för olika bearbetningsmetoder som CNC-svarvning, fleraxlig fräsning och borrning, utan också att noggrant definiera sambandet mellan operationer och inflygnings- och indragningsbanor. Därför måste ingenjörer under CNC-programmering ha en tydlig förståelse av processmodellen och fördelningen av bearbetningstillägg efter varje operation för att underlätta programmeringen och verktygsvägsinställningarna för den efterföljande operationen.

 

(2) Avskräckabrytning av sekvensen av parallella och seriella operationer måste strikt följa processvägen

Många delar kan bearbetas helt från råmaterial till färdig produkt på ett kompositbearbetningscenter. Det slutliga CNC-programmet måste alltså passa in i processvägen. Dessutom måste flerkanalig parallellbearbetning övervägas noggrant under CNC-programmeringsprocessen. För att uppnå effektiv kompositbearbetning måste därför integrerade lösningar som kombinerar process, programmering och simulering utvecklas.

 

(3) Vissa funktioner för kompositbearbetning med frässvarv stöds ännu inte av nuvarande generella CAM-programvara

Jämfört med konventionell enmaskinsbearbetning har kompositbearbetning med frässvarv mer komplexa maskinrörelser och bearbetningsfunktioner. Den nuvarande generella CAM-mjukvaran är fortfarande otillräcklig för att fullt ut stödja avancerade funktioner som onlinemätning, skärning, automatisk matning och styrning av bakstammen. Som ett resultat kräver programmen som genereras av allmän CAM-mjukvara ofta betydande manuella eller interaktiva ingrepp innan de kan tillämpas på automatiserad kompositbearbetning med frässvarv.

 

(4) Programintegration

NC-program som genereras av allmän CAM-mjukvara är oberoende av varandra. För automatiserad och komplex kompositbearbetning med frässvarv måste dessa oberoende program integreras. Denna integration bör styras av detaljens processväg, först bestämma vilka program som är parallella och sedan definiera bearbetningssekvensen för olika processer. Noggranna instruktioner för verktygsbyten, klämbyten, referenskonverteringar och närmande/indragningsrörelser måste också tillhandahållas.

 

Det är uppenbart att CNC-programmering för kompositbearbetning med frässvarv är mycket utmanande, och det finns fortfarande många brister och brister i att använda allmän CAM-mjukvara för denna process. För att ta itu med dessa problem är en mer praktisk lösning att utveckla specialiserade programmeringssystem baserade på befintlig generell CAD/CAM-mjukvara som tillgodoser produktprocesser och kompositbearbetningsutrustning. Detta tillvägagångssätt minskar inte bara överflödiga mjukvaruinvesteringar utan undviker också problem som oförmågan att återanvända processkunskap och komplexiteten i bemanningen som orsakas av icke-enhetliga programmeringsplattformar.

 

 

3. Efterbearbetningsteknik för bearbetning med frässvarv

 

Motsvarande CNC-programmeringsteknik ställer fräsvarvskompositbearbetning, på grund av dess komplexa processer och många rörliga delar, högre krav på nuvarande efterbearbetningsmjukvara och teknologier. Jämfört med konventionell CNC-utrustning återspeglas utmaningarna med efterbearbetning för kompositbearbetning i frässvarv huvudsakligen i följande aspekter:

 

(1) Noggranna och strikta rörelseövergångar mellan processer

Med tanke på mångfalden av processer på kompositutrustning, måste maskinen efter att ha avslutat den aktuella operationen automatiskt och noggrant byta bearbetningsmetoder, verktyg och rörliga komponenter i tid för att säkerställa korrekthet och säkerhet. För att uppnå detta är det nödvändigt att ställa in lämpliga inflygnings- och indragningsbanor för verktyg, samt tidpunkten för automatiska verktygsbyten och på/av kylvätska. Ännu viktigare är att positionerna för icke-rörliga komponenter under den aktuella operationen måste specificeras för att förhindra kollisioner mellan rörliga och icke-rörliga delar under verktygsbyten och bearbetning, vilket säkerställer en säker och stabil process.

 

(2) Automatiserad bestämning av processsekvenser och CNC-program

Vid kompositbearbetning är processvägen relativt lång, och att manuellt organisera och integrera NC-kod efter efterbearbetning är inte bara ineffektivt utan också risk för fel. En idealisk lösning är att efterbearbetningssystemet automatiskt bestämmer bearbetningssekvensen och processmetoderna som är inbäddade i verktygsvägsfilerna, vilket säkerställer att dessa behålls i NC-koden efter efterbearbetningen. Därför måste verktygsvägsfilen som genereras efter CNC-programmering inte bara innehålla processmetoder och verktygspositionsdata utan även innehålla bearbetningssekvenser, verktygstyper och verktygsnummer. Detta möjliggör automatisk bestämning av processsekvenser, metoder och verktyg under efterbearbetning.

 

(3) Efterbearbetning för olika bearbetningsmetoder

Efterbearbetningsprogrammet för fräs-varv kompositbearbetning måste hantera fleraxlig CNC-fräsning, svarvning och borrning, såväl som funktioner som skärning, automatisk matning, ändstockskontroll och programslinganrop. Efterbearbetningsalgoritmen för kompositbearbetning med frässvarv måste omfatta alla befintliga CNC-bearbetningsmetoder och sömlöst integrera och koordinera mellan olika bearbetningsmetoder och rörelser.

 

(4) Maximera avancerade funktioner i styrsystem

CNC-systemen som används i frässvarvskompositbearbetningscenter är mycket avancerade, såsom FANUC 31i-systemet som används i Bumotec S192FT och SINUMERIK 840D-systemet som används i WFL 150. Dessa avancerade styrsystem erbjuder funktioner som automatisk matningsoptimering, verktygsvektorutjämning, överlägsen blick framåt och höghastighetsinterpolering med hög precision. Därför är det avgörande att återspegla dessa avancerade CNC-systemfunktioner i lämpliga sektioner av bearbetningskoden som genereras under efterbearbetningen för att fullt ut utnyttja kapaciteten hos kompositutrustning för fräsvarv.

 

(5) Hantera och anropa icke-skärande funktioner

Förutom svarvnings-, fräsnings-, borrnings- och borrningsfunktioner har kompositbearbetningscentra icke-skärande funktioner som behövs för processövergångar, såsom automatisk matning, lossning, spindeldockning och styrning av ändstocken. Dessa funktioner måste behandlas som vanliga moduler i efterbearbetningsfasen, anropbara av programmet. Sekvensen och timingen för dessa samtal måste bestämmas i enlighet med processvägen. För närvarande stöder efterbehandlingsprogram inte fullt ut dessa funktioner.

 

 

4. Simuleringsteknik för Mill-Turn Machining

 

På grund av de många rörliga delarna och de komplexa funktionaliteterna hos kompositbearbetning med valsvarv, blir efterprogrammeringssimulering särskilt kritisk. Eftersom antagandet av mill-turn kompositbearbetning i Kinas flygtillverkningsindustri är relativt nyligen, finns det för närvarande inga mogna simuleringsapplikationstekniker. De flesta tillverkare förlitar sig på provskärning för att verifiera och optimera program, vilket leder till långa processberedningscykler, höga utvecklingsrisker och ökade bearbetningskostnader.

 

För att förbättra tillämpningen av kompositbearbetning med frässvarv och förbättra programmeringseffektiviteten måste antagandet av simuleringsteknik främjas avsevärt. För närvarande inkluderar den huvudsakliga programvaran som används för simulering av kompositbearbetning med frässvarvTopSolid (på engelska)ochGibbs, men dessa är i allmänhet dyra och introduceras mindre vanligt inom Kinas flygindustri. Faktum är att simulering av kompositbearbetning med frässvarv också kan uppnås med hjälp av allmän CNC-simuleringsprogramvara som t.ex.Vericut (på engelska)ellerNCSimul. Genom att anpassa och utveckla makrofunktioner baserat på maskinstruktur, rörelseegenskaper, specialfunktioner och CNC-system är det möjligt att simulera bearbetningsprocessen.

 

För att uppnå en sammansatt bearbetningssimulering med frässvarv med hjälp av allmän CNC-simuleringsprogramvara är det först nödvändigt att konstruera en relativt realistisk maskinmiljö inom simuleringssystemet. Fokus bör ligga på att fastställa de relativa rörelseförhållandena och geometriska positionerna för maskinens olika rörliga delar. Utifrån denna grund måste ett verktygsbibliotek och motsvarande verktygsnummer som används i bearbetningsprocessen upprättas. Konfigurera sedan CNC-systemet och bearbetningsreferenserna för maskinen och ladda NC-koden som genereras av efterbearbetningssteget i simuleringssystemet för att utföra bearbetningsprocesssimuleringen. Till skillnad från konventionell CNC-bearbetning kan vissa funktioner (såsom flerkanalsbearbetning eller tailstock-kontroll) kräva utveckling och anpassning av makrofunktioner för att vara fullt implementerade.

 

 

II Tillämpningsmöjligheter och utvecklingsförslag för Mill-Turn Machining Technology

 

 

Under de senaste åren har fabriksstyrda kompositbearbetningscentra introducerats till Kinas flygindustri, inklusive flygplan, flygmotorer och tillbehörsfabriker. Utrustningen omfattar främst produkter frånÖsterrikes WFLserie ochSchweiziska Bumotecfräs-svarvcentra. Men eftersom deras tillämpning i produktionen är relativt ny, finns det en allmän brist på mogna bearbetningsprocesser, programmeringstekniker och efterbearbetningstekniker som är i linje med produktens och utrustningens egenskaper. Som ett resultat av detta, arbetar den introducerade utrustningen för kompositbearbetning med fabriksvarv för närvarande på en relativt låg effektivitetsnivå.

 

De största utmaningarna inom tillverkning av flyg- och rymdprodukter är långa processvägar, komplexa procedurer, låg bearbetningseffektivitet, betydande deformation och höga kostnader. Både flygplans- och motortillverkningsfält har stor potential för tillämpningen av kompositbearbetning med fabriksvarv.

 

Till exempel innefattar fräsningen av en flygkroppsram dussintals steg: materialförberedelse, grov och finbearbetning av inre och yttre former, hålborrning, manuell efterbehandling och inspektion, vilket kräver flera återklämningar. På liknande sätt börjar bearbetning av inbyggda bladskivor i flygmotorer med smidesämnen och involverar svarvning, fräsning, polering, ytbehandling och feldetektering. Dessa delar har långa produktionscykler, ofta upptar maskiner i hundratals timmar, och kräver olika typer av CNC-maskiner, tillsammans med många fixturer, verktyg och mätinstrument. Den frekventa återklämningen förlänger inte bara väntetiderna utan ackumulerar också positioneringsfel, vilket påverkar detaljnoggrannheten och slutkvaliteten.

 

Mill-turn kompositbearbetning, med dess förmåga att slutföra de flesta eller alla operationer i en enda installation, erbjuder en ny väg för effektiv och exakt bearbetning av komplexa flyg- och rymdkomponenter. Fördelarna återspeglas främst i:

 

• Betydande minskning av spänntider, förbättra effektiviteten samtidigt som fel som orsakas av byte av maskiner eller fastspänningsmetoder elimineras.
• Processkoncentration, förkortar bearbetningsprocesskedjan och minskar väntetider och maskinperioder som inte är i drift.
• Mångsidighet i bearbetningsoperationersåsom svarvning, fräsning och borrning utan att ändra positionering, minska antalet nödvändiga fixturer och säkerställa konsekvent dimensionell noggrannhet.
• Mätmöjligheter på maskinen, vilket tillåter mätning under och mellan processer för att kontrollera noggrannheten genom hela bearbetningscykeln.

 

Dessa fördelar kan effektivt åtgärda de nuvarande bristerna i tillverkning av flyg- och rymddelar, vilket avsevärt förbättrar produktens noggrannhet och effektivitet.

 

För att fullt ut kunna utnyttja potentialen hos avancerad kompositbearbetningsutrustning och ytterligare förbättra tillverkningseffektiviteten och kvaliteten för flygprodukter, behöver flera nyckelområden uppmärksamhet:

 

• Forskning om kompositbearbetningsprocessersom överensstämmer med egenskaperna hos flyg- och rymddelar, inklusive bestämning av processvägar, fastspänningsmetoder, verktyg, kylningsstrategier och skärparametrar.
• Utveckling och anpassning av CNC-programmering, efterbearbetning och simuleringssystemsom matchar utrustningens struktur- och processegenskaper, vilket skapar en integrerad lösning för process-programmering-efterbearbetningssimulering, vilket minskar beroendet av högutbildad personal.
• Upprättande av processstandardergenom ackumulering av erfarenhet från simulering, provskärning och faktisk produktion, vilket kan fungera som vägledning för efterföljande detaljtillverkning.
• Talangodling, eftersom kompositbearbetning representerar den senaste tekniken inom bearbetningsområdet. Både processprogrammering och driftunderhåll är mer komplexa än konventionell utrustning, vilket gör ett FoU-team på hög nivå avgörande för att säkerställa effektiv och sund utrustningsdrift.

 

 

 

III Slutsats

 

 

För närvarande utvecklas kompositbearbetningsutrustning mot bredare processkapacitet, högre effektivitet, större operationer och modularisering. Flygtillverkningssektorn har alltid varit ett avgörande skede för avancerad tillverkningsteknik, och med den accelererande takten i uppgraderingar av flygprodukter kommer spridd processutrustning gradvis att ersättas av flexibel, automatiserad utrustning med koncentrerade processer. Denna förändring erbjuder kompositbearbetningsteknik ett bredare utrymme för utveckling och tillämpning.

 

Trenden mot mer integrerade, flexibla tillverkningssystem stämmer väl överens med kraven från modern flygtillverkning. I takt med att flygplans- och rymdkomponenter blir mer sofistikerade och produktionstidslinjerna kortas, kommer tillverkare i allt högre grad att förlita sig på avancerad bearbetningsteknik som kompositsystem för att effektivisera processer, förbättra precisionen och minska kostnaderna. Den pågående utvecklingen inom automatisering och modularisering av utrustning kommer att ytterligare öka flexibiliteten, vilket gör det möjligt för tillverkare att snabbt anpassa sig till nya konstruktioner och produktionskrav, vilket säkerställer att flygindustrin förblir i framkanten av teknisk innovation.