Аэрокосмическая промышленность — одна из самых сложных с технической точки зрения отраслей. Предприятия, работающие в этой отрасли, часто сталкиваются с проблемой фрезерной обработки сложных деталей из труднообрабатываемых материалов. В поиске эффективных методов обработки выбор правильной CAM-системы является решающим фактором.

 

Решение CAM для полной обработки

 

Широкие возможности для оптимизации металлорежущего производства кроются на этапах, предшествующих машинной обработке.
CAM-система hyperMILL^®, предлагаемая OPEN MIND, признана одной из пяти лучших программ, применяемых на стыке инженерного конструирования и производства.
 

 

hyperMILL^® предлагает широкий выбор стратегий: для 2,5D- и 3D-обработки, для высокоскоростного (HSC) и высокопроизводительного резания, 5-осевые стратегии, стратегии для фрезерно-токарной обработки, а также целый ряд специальных решений для обработки импеллеров, блисков и турбинных лопаток. Она также включает множество функций, позволяющих в значительной степени автоматизировать программирование. Для полной обработки изделия достаточно одной программы и одного постпроцессора, поддерживающего токарно-фрезерные операции обработки, что дает большие преимущества: все процессы можно объединить в единую технологическую цепочку, снижается время изготовления изделия и повышается надежность проектирования. Интерфейсный пакет CAD обеспечивает надежный обмен данными, позволяя считывать и обрабатывать данные из других систем проектирования, например, Siemens NX и JT, CATIA V4 и V5. Он также поддерживает интерфейсы с системами управления жизненным циклом производства, такими как Teamcenter ENOVIA, Windchill или SAP-PLM.

 

Технологии OPEN MIND сейчас широко используются в аэрокосмической отрасли – в гражданской авиации, в космонавтике, в системах оснащения и обеспечения безопасности. Они зарекомендовали себя при изготовлении силовых агрегатов (импеллеров, блисков, турбинных лопаток, турбинных колец, корпусов и конструкторных частей двигателей) и структурных конструкций (соединительные элементы, шпангоуты и шасси).

 

Лучшая 5-осевая обработка

 

5-осевые обрабатывающие центры сегодня стали стандартом на производствах, изготавливающих оборудование для аэрокосмической отрасли.
Возможности этиx машин столь широки, что для их полноценного использования необходимы дополнительные компоненты и мощное решение для подготовки управляющих программ.
 

 

hyperMILL^® — одна из самых технологически совершенных систем, которая предлагает множество 5-осевых стратегий для операций черновой и чистовой обработки. Она позволяет эффективно применять 5-осевую обработку на сложных геометриях, поверхностях произвольной формы, а также в глубоких полостях. В зависимости от геометрии и кинематических характеристик станка можно выбрать 5-осевую обработку с фиксированной установкой, автоматической индексацией или синхронной обработкой.
Программа автоматически генерирует траектории инструмента и проверяет их на столкновения, чтобы не допустить ошибок обработки.

 

hyperMILL^® предлагает также другие стратегии, расширяющие спектр прикладных задач. Их применение упрощает программирование и сокращает время разработки без ущерба для качества.
Снижение временных затрат, увеличение срока службы инструмента и отказ от дополнительной инструментальной оснастки являются важными факторами, влияющими на экономические показатели производства.

 

Компания OPEN MIND одной из первых добилась успеха в развитии 5-осевой обработки. Сегодня она по-прежнему сохраняет флагманские позиции в этой сфере, продолжая разрабатывать уникальные и высокотехнологичные 5-осевые стратегии.
Тесно взаимодействуя с крупными производителями инструментальной оснастки и обрабатывающих станков, OPEN MIND продолжает совершенствовать hyperMILL^® с тем, чтобы пользователи могли в полной мере воспользоваться всеми возможностями обрабатывающего оборудования.

 

Преимущества hyperMILL^® 5AXIS

 

Простота программирования, специальные знания не требуются;

• все стратегии 5-осевой обработки в одном интерфейсе hyperMILL^®;
• hyperMILL^® MAXX Machining с эффективными стратегиями для черновой, чистовой обработки и сверления, которые позволяют сократить время проектирования до 90%;
• разные стратегии установки инструмента: 3+2, автоматическое индексирование и 5-осевая синхронная обработка;
• большой выбор стратегий для обработки поверхностей, полостей и специальных стратегий;
• возможность использования короткого и более устойчивого инструмента;
• возможность использования специальных инструментов, например, барабанных фрез, позволяющих увеличить размер врезания;
• сокращение времени обработки;
• высокое качество поверхности;
• сокращение числа инструментов;
• увеличение срока службы инструмента;
• высокая безопасность процессов за счет полностью автоматизированных функций контроля и предотвращения столкновений;
• полный контроль над всеми параметрами;
• возможность доступа к отдельным областям обработки.

 

 

Конструирование силовых агрегатов

 

 

Ключевую роль в самолетостроении играет конструирование силовых агрегатов, так как именно от их эффективности зависит расход топлива и уровень шумовой нагрузки и степень воздействия на окружающую среду. Кроме того, производители очень заинтересованы в повышении экономических показателей изготовления приводных элементов и конструкций, потому что 25% расходов, связанных с производством воздушного судна, приходится на силовой агрегат.

 

Изготовление корпусов двигателей, турбинных лопаток и лопастей, импеллеров и блисков связано с множеством трудностей. Во-первых, приходится иметь дело с крайне прочными, плохо поддающимися резанию материалами, таким как титан. Во-вторых, обработка ведется на очень сложных геометриях и тонкостенных конструкциях. Для решения проблем, связанных со съемом большого количества материала, высокой точностью, филигранной обработкой сложных структур на поверхностях вращения, требуются разные стратегии и инструменты и высокая безопасность процессов. Кроме того, можно ускорить производство и улучшить качество изготовления, применяя CAM-систему, которая умеет воспроизводить комбинации фрезерно-токарной обработки и поддерживает HPC и 5-осевую синхронную черновую обра-
ботку.

 

 

Пример обработки импеллеров и блисков

 

Производство импеллеров и блисков предъявляет крайне высокие требования к эффективности и качеству. С задачей фрезерной обработки филигранных, очень сложных геометрий, труднодоступных для инструментов областей и переходов от пера к основанию играет правильный выбор 5‑осевой технологии.

 

 

Обработка с применением пакета hyperMILL^® для импеллеров и блисков

 

Пакет hyperMILL^® для импеллеров и блисков содержит CAM-стратегии и циклы, оптимизированные для работы с геометриями, характерными для этих деталей, а также поддерживает работу с барабанным инструментом большого радиуса. Инструмент с такой геометрией позволяет использовать большие врезания и обеспечить более высокое качество обработки поверхности. Кроме универсальных стратегий обработки, таких как черновая и чистовая обработка основания или пера, доступны также и специальные стратегии, оптимизированные для изготовления других конструкционных элементов.

 

 

Черновая обработка импеллеров и блисков

 

 

При использовании этой стратегии можно производить непрерывное вытачивание перьев из предварительно обточенной отливки или предварительно обработанной заготовки. В таком случае имитации снятия материала не требуется.

 

 

Черновая обработка оснований импеллеров и блисков

 

Меняя форму траектории инструмента, можно изменить аэродинамические и оптические характеристики оснований в соответствии с требованиями заказчика.
Эта стратегия обработки может использоваться также для обработки остаточного материала вблизи пера.
Точечный контакт с пером лопатки импеллера и блиска: эта стратегия позволяет обрабатывать фрезерованием перья с любой степенью кривизны. Обработка поверхностей пера производится непрерывными огибающими движениями инструмента, который касается поверхности только в одной точке.

 

 

Боковое точечное фрезерование пера импеллера/блиска

 

Эта стратегия позволяет существенно сократить время обработки, если обработка поверхности пера может быть выполнена вальцеванием. В этом случае hyperMILL^® автоматически рассчитывает прилегание инструмента.
Обработка кромок импеллеров и блисков: эта стратегия применяется в случаях, когда входные и/или выходные кромки невозможно обработать за один проход вместе с проточными поверхностями.
Лучевая обработка радиусов оснований импеллеров и блисков: идеальная стратегия в лучаях переменного радиуса между основанием и поверхностями пера. При правильном выборе инструмента для обработки пера и основания возможна также обработка остаточного материала.

 

 

Преимущества hyperMILL® для обработки импеллеров и блисков

 

Простота программирования, специальные знания не требуются;

• стратегии, оптимизированные для геометрий, характерных для импеллеров и блисков;
• наглядные и понятные формы ввода; все стратегии — в одном интерфейсе hyperMILL^®;
• множество автоматических функций, упрощающих программирование;
• высокая безопасность процессов за счет полностью автоматизированных функций контроля и предотвращения столкновений (можно выбрать исключение столкновений вокруг оси Z или перпендикулярно средней линии профиля лопатки,чтобы использовать для черновой обработки по возможности более крупный инструмент и обеспечить повторяемость обработки);
• 5-осевая черновая и чистовая обработка со смещением формы, обеспечивающая эффективную обработку выпуклых поверхностей с геометрическими элементами внутри;
• hyperMILL^® MAXX Machining — модуль для чистовой обработки, содержащий высокоэффективные стратегии, использование которого позволяет сократить время производства до 90%;
• повышение эффективности за счет использования нестандартных барабанных фрез;
• подробная имитация машинной обработки и съема материала, с помощью которой можно быстро проверить перемещения инструмента перед генерированием программы ЧПУ.

 

Пример обработки турбинных лопаток

 

Для обработки турбинных лопаток нужны специальные стратегии фрезерования, приспособленные для нестандартных геометрий.
Помимо сложных, составных геометрий трудность в производстве лопатки представляют операции обработки основания пера и переходов между пером и боковыми поверхностями.

 

 

Обработка с применением пакета hyperMILL^® для турбинных лопаток

 

Это специальный пакет, который объединяет в себе все необходимое для полной обработки отдельных элементов турбинных лопаток. Он также включает в себя стратегии фрезерования, оптимизированные для производства турбинных лопаток, и циклы, специально разработанные для фрезерования нестандартных геометрий, характерных для перьев, и для обработки основания пера. Многочисленные автоматические функции пакета обеспечивают простое определение обработки и исключительно быстрое программирование. К таким функциям относятся: функция Rolling-Ball для фрезерования переходных радиусов, функция Best-Fit для автоматического определения оптимального начального положения в ходе чистовой обработки и автоматическая коррекция угла опережения, позволяющая предотвратить столкновения торца инструмента с вогнутыми поверхностями. Использование барабанных и линзообразных фрез позволяет добиться исключительных показателей эффективности и получить лицевые поверхности оптимального качества.

 

 

3D-черновая обработка турбинных лопаток

 

В этой стратегии обработка турбинной лопатки, созданной на основе произвольной заготовки, производится из разных направлений. При ее применении автоматически сокращается число холостых перемещений при обработке внутренних выточек. Кроме того, она позволяет обеспечить одинаковую глубину срезания и рассчитать подачу, которая не зависела бы от вращающейся оси, то есть обеспечить постоянные условия резания.
Если заклинить вращающиеся оси, можно также использовать крупный инструмент, позволяющий снимать больший объем материала.

 

5-осевое торцевое фрезерование турбинных лопаток

 

Цикл предназначен для чистовой обработки поверхностей лопатки. Спиралевидная траектория инструмента может быть сгенерирована как для 5-осевой, так и для 4-осевой синхронной обработки. При фрезеровании хвостовыми и радиусными фрезами производится автоматическая коррекция угла опережения таким образом, чтобы не повредить поверхности и обеспечить резку передней стороной инструмента.

 

5-осевая вальцовка турбинных лопаток

 

5-осевая обработка боковой поверхностью применяется для обработки перехода между поверхностью пера и боковой поверхностью, который нельзя обработать с помощью 5-осевого торцевого фрезерования. Для обеспечения оптимальных условий резания используются такие параметры, как угол опережения и угол наклона боковой поверхности лопатки. 5-осевая обработка боковой поверхностью также позволяет применять периферийное фрезерование для обработки боковых поверхностей с небольшой кривизной.

 

 

5-осевая радиусная обработка турбинных лопаток

 

Эта функция оптимизирует чистовую обработку перехода между пером и боковыми поверхностями вершины или основания лопатки. Переходные траектории рассчитаны так, чтобы обеспечить исключительное качество поверхности. Дополнительно стратегия может автоматически рассчитывать радиус Rolling-Ball. Инструмент сохраняет контакт с пером и с идеально гладкой границей боковой поверхности.
Это позволяет решить задачу, которая по силам не всякой системе CAD, — получить переход, который бы обеспечивал хорошее соединение смежных лопаток в установленном роторе.

 

Обработка платформы

 

Цикл для обработки платформы позволяет применять специальные методы для обработки основания (втулки) и головки (обтекателя) или изготавливать эти части несколькими врезаниями.

 

 

Дополнительные стратегии для обработки основания

 

Для обработки основания пера лопатки предлагается целый ряд 2,5D- и 3D-стратегий. 2,5D-обработка включает в себя стратегии для сверления, плоского фрезерования, фрезерования кривых и карманов. Для реализации 3D-операций предлагаются циклы черновой обработки, операции чистовой обработки для геометрии основания, а также стратегии обрезки, снятия грата или заточки искривленных поверхностей.

 

 

Преимущества пакета hyperMILL^® для турбинных лопаток

 

 

Простота программирования;

• высокая безопасность процессов за счет полностью автоматизированных функций контроля и предотвращения столкновений;
• широкий выбор стратегий для поверхностей и полостей, а также специальных стратегий обработки;
• посредством направляющих поверхностей можно добиться более равномерного движения фрезы, не меняя геометрию фрезерования, что обеспечивает более высокую точность обработки и качественную обработку поверхностей;
• построение высококачественных моделей турбинных лопаток из точек и кривых с помощью hyperCAD^®-S*;
• все стратегии 5-осевой обработки в одном интерфейсе hyperMILL^®;
• hyperMILL^® MAXX – модуль чистовой обработки с высокоэффективными стратегиями, сокращение времени обработки до 90%;
• повышение эффективности за счет использования нестандартных барабанных фрез;
• 5-осевая черновая и чистовая обработка со смещением формы, обеспечивающая эффективную обработку выпуклых поверхностей с геометрическими элементами внутри.

*hyperCAD^®-S — система для работы с данными CAD, предлагаемая OPEN MIND.

 

 

Пример обработки структурной детали

 

В качестве примера рассмотрим изготовление тонкостенного элемента натурной конструкции (например, шпангоута монолитной конструкции) из титановой заготовки методом механической обработки. Трудность заключается в том, что требуется снять большой объем материала практически по контуру и работать приходится со сложными геометриями, например, высокими и очень тонкими — в несколько миллиметров — стенками, а также с областями, содержащими множество карманов. Детали литой конструкции можно обработать по нескольким осям. Следует учитывать, что объем снимаемого материала в некоторых случаях может достигать 95%, то есть лишь пять процентов заготовки будет воплощено в деталь пассажирского или грузового судна, остальное будет выведено в виде стружки. Из-за высокой стоимости обработки резанием и больших издержек производства, вызванных большим объемом снимаемого материала, необходима оптимизация технологического процесса для того, чтобы сократить время обработки и исключить вероятность
ошибок.

 

Здесь требуются очень эффективные процессы черновой обработки.
Конструкционные элементы, испытывающие значительные нагрузки, изготавливаются из легких и прочных, плохо поддающихся обработке материалов, например, из титана. Кроме того, из-за особенностей материала, а также под воздействием обработки и технологического процесса в заготовках могут возникать напряжения, которые тоже нужно учитывать при изготовлении. Ошибка в несколько сантиметров означает брак.

 

 

Практическая точка зрения

 

 

Для производства структурных элементов используются и простые детали, и сложные изделия с тонкими, местами высокими стенками, малыми радиусами закруглений и множеством поднутрений.
hyperMILL^® предлагает единый интерфейс для всего спектра стратегий фрезерования — от 2,5D- до 5-осевой синхронной обработки. Это позволяет решить любые технологические задачи, связанные с производством структурных элементов.

 

 

Более эффективное и безопасное производство

 

hyperMILL^® — одно из лучших в мире решений CAM для написания программ ЧПУ независимо от системы управления и вида оборудования, которое предлагает чрезвычайно инновационные, гибкие и эффективные CAM-стратегии, позволяющие быстро достигать целей, связанных с качеством, временем и стоимостью обработки. Применяя это решение, можно быстро и с высокой точностью получить более гладкие, чистые и точные края и лицевые поверхности. Благодаря надежной системе предотвращения столкновений возможна безопасная обработка даже труднодоступных областей.
hyperMILL^® — это решение, которое отвечает требованиям производства не только сегодняшнего, но и завтрашнего дня.

 

7 аргументов в пользу hyperMILL^®:

 

1. Надежное вложение в будущее.
2. Превосходная производительность.
3. Удобство в работе.
4. Эффективные и безопасные процессы.
6. Отличное качество.
7. Полная автоматизация.

 

 

OPEN MIND Technologies AG
Телефон: +7 499 918 3218
Эл. почта: Info.Russia@openmind-tech.com

 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 4-2019