В современном мире важное значение приобретают увеличение производительности труда, минимизация потерь, уменьшение трудозатрат засчет применения новейшего оборудования, уменьшения ручных, непроизводительных работ, использования новых методов проектирования и обработки. Еще больший смысл сказанное приобретает в условиях разразившегося экономического кризиса, когда «эффективное» предприятие получает значительное преимущество на рынке машиностроительного производства.
Все вышесказанное наглядно демонстрирует, например, разработка и изготовление сложных корпусных деталей в мелкосерийном производстве. Технология их изготовления на машиностроительных предприятиях обычно предполагала пооперационное изготовление с использованием большого количества оборудования, а также проектирование и изготовление многочисленной оснастки и приспособлений. Применение обрабатывающих центров ограничивалось как возможностями самих станков, так и применяемых САD/CAM систем.
В настоящее время ситуация существенно изменилась. Бурный рост современных технологий позволяет использовать обрабатывающие центры с высочайшей степенью эффективности. Однако правильный выбор системы проектирования УП, а также применяемого для данных конкретных задач оборудования, играет решающую роль в создании технологий, которые позволяют максимально эффективно выполнять обработку деталей.
Сегодня на рынке представлен достаточно широкий спектр систем, работающих в направлении автоматизации производства. Большинство из этих систем имеют средства для создания объемных моделей и последующего создания управляющих программ (УП) для их обработки на станках с ЧПУ. Существующие в них разнообразие способов механической обработки связано, в первую очередь, с желанием сократить затраты на изготовление детали заданной формы и качества, используя для этого наиболее подходящее и доступное оборудование. Современная терминология определяет следующие разновидности фрезерной обработки в зависимости от количества одновременно управляемых осей станка:
- 2.5 координатная – перемещения по трем координатам на холостом ходу, однако одновременные перемещения на подаче не более, чем по двум;
- 3 координатная – одновременные перемещения на подаче по трем координатам с постоянным направлением оси шпинделя;
- 4-5 координатная - одновременные перемещения на подаче по трем координатам с возможностью поворота шпинделя или стола по одной/двум осям.
Особо следует выделить вид обработки, совмещающий 2.5/3-х фрезерование с возможностью поворота стола/шпинделя на фиксированные углы. Именно этот способ чаще всего применяется для обработки деталей, которые требуют подвода инструмента с разных сторон (например, корпуса) или обработки нескольких одинаковых деталей на многоместных приспособлениях. Устоявшегося названия этот способ обработки не имеет, поэтому можно употреблять наиболее распространенные варианты его названия: «Фрезерование 3+2» или «Зонная обработка». Правда в некоторых CAM системах такой вид обработки приравнивают к 5-и координатам - на наш взгляд это в корне неверно и вводит пользователя в заблуждение.
Поскольку суть процесса от названия «практически не меняется», далее будем использовать последний вариант названия, но с небольшими оговорками. Это касается в первую очередь возможностей самого станка. Большинство современных обрабатывающих центров позволяют работать в единой системе координат, сохраняющейся после поворота, иными словами, станок сам следит за положением инструмента после поворота детали. Именно для таких станков более применимо название «Фрезерование 3+2».
Рис. 1 Распределение зон на модели.
Однако существует еще немало станков, которые требуют формирования фрагментов УП отдельной системы координат (СК). Это могут быть 2.5-3 координатные обрабатывающие центры с функцией поворота стола или 4-5 координатные станки, токарно-фрезерные обрабатывающие центры, имеющие возможность установки приводного инструмента. Такие станки обеспечивают не только вращение детали, установленной в токарном патроне, но и одновременное перемещение приводного инструмента по трем линейным координатам и поворот его вокруг одной из осей детали. Таким образом, необходимо наличие ЗОНЫ, на которой располагаются элементы, обработка которых выполняется в отдельной СК. Применительно к этим станкам более близким является термин «Зонная обработка».
Оба варианта реализованы в системе ADEM-VX и допускается их использование с любыми видам обработки.
В первом случае для каждого обрабатываемого объекта достаточно установить локальную СК, в которой будет создана траектория. При формировании управляющей программы ADEM автоматически определит положение текущего объекта в общей системе координат детали и рассчитает необходимые углы для позиционирования инструмента или стола.
В случае работы с зонами система координат детали трактуется как СК осей поворота – некий общий центр. Основой для проектирования маршрута служит список зон с описанием необходимых технологических параметров. Каждая зона имеет собственную систему координат, заданную относительно общего центра; на ее основе определяется, каким образом зона расположена в пространстве и как следует рассчитывать углы поворота для того, чтобы вывести инструмент в нужное положение. Траектория обработки любого конструктивного элемента, связанного с зоной, будет формироваться в системе координат соответствующей зоны (См рис 1.).
Проектирование обработки при таком подходе удобнее начинать именно с формирования списка зон и только потом приступать к созданию маршрута. В таком случае при создании технологического перехода (например, «Фрезеровать/Колодец») можно будет сразу выбрать зону, с которой следует связать конструктивный элемент. В остальном же создание переходов практически не отличается от стандартных методов, принятых в технологической модуле ADEM-VX.
Но давайте перейдем от теории к практике. Наиболее типичным представителем корпусных деталей, требующих зонной обработки, являются корпуса насосов и элементов топливной аппаратуры (См. рис 4.). Последние, как правило, содержат значительное число сложно-профильных отверстий требующих точной расточки. Обработка таких отверстий обычно выполняется последовательно набором стандартного или специализированного инструмента. Но задача значительно усложняется при наличии в отверстии поднутрений, поскольку требует использования расточных резцов различного профиля.
Рассмотрим внимательно сечение основной камеры представленного насоса. Как видно из чертежа (См. рис. 2), точность обработки и множество переходных радиусов и фасок с различными углами требует применения большого количества инструмента, а именно 64 единицы.
Рис. 2 Сечение основной камеры топливного насоса.
Решением проблемы является использование управляемых расточных систем, позволяющих динамически смещать режущую кромку от оси вращения в то время, пока сама головка движется вдоль оси. Как правило, конструкция расточной системы такова, что позволяет устанавливать в нее обычный расточной резец. Для поддержки подобного инструмента в системе ADEM-VX был реализован отдельный вид обработки - расточка с дополнительной осью «U», полностью автоматизирующая процесс обработки отверстий сложного профиля. Единственным отличием U-расточки от токарной обработки является то, что неподвижный элемент — это сама обрабатываемая деталь. Поэтому логичным шагом стало объединение токарной и расточной обработки. Теперь для программирования расточки достаточно установить систему координат оси вращения инструмента в нужное положение в пространстве и воспользоваться токарным переходом «Расточить», выбрав необходимый вид траектории и режимы обработки (См. Рис. 3).
Рис. 3 Расточка сложно-профилированных отверстий в системе ADEM-VX
Давайте сравним два варианта обработки корпуса топливного насоса – «традиционный» и оптимизированный с применением зонной обработки. Во втором случае разработка УП выполнялась с применением системы ADEM-VX.
В первом случае работа ввелась на трех координатном станке TwinHorn VX-850L, оснащенного системой ЧПУ «FANUK 21i» с использованием приспособлений для установки детали в различных угловые положениях (всего их потребовалось 27 штук). Для расточки применялись стандартные расточные системы фирмы «D’ANDREA».
Общая трудоемкость изготовления корпуса насоса при изготовлении «традиционными» методами составила 74 часа без учета трудоемкости изготовления оснастки и приспособлений. Кроме того, изменение приспособлений и оснастки требовало очень тщательной и внимательной работы оператора станка, так как любая ошибка в его действиях могла привести к неисправимому браку. Таким образом было потеряно одно из основных преимуществ работы на обрабатывающих центрах – максимальная непрерывность работы УП.
Рис. 4 Корпус топливного насоса
Во втором случае, применялась зонная обработка на модифицированном станке TwinHorn VX-1050L. Для его модификации специалисты НПФ «Вест Лабс» закупили саму раму станка, а в качестве дополнительного оборудования поставили на нее глобусный стол собственной конструкции. Была модернизирована и стойка ЧПУ: на станок установили продукцию «Вест Лабс» - систему WL5M, позволяющей вести 6-координатную обработку и использовать системы активного лазерного контроля. Позиционирование осуществлялось при помощи упомянутого 2-координатного «глобусного стола». Все расточные операции выполнялись с помощью модернизированной расточной системы ТА-100 фирмы «D’ANDREA» (См. рис. 5). После ее доработки точность позиционирования составила 5 микрон и позволила получать отверстия, соответствующие квалитету Н7.
Эти свойства были получены также и за счет применения системы лазерного измерения инструмента. Она позволяет практически полностью исключить случаи поломки инструмента и контролировать его износ. Также была использована система активного управления положением инструмента при выполнении расточных операций, что позволило избежать «погрешностей» позиционирования резцов, связанных с люфтами в механике расточной головки.
Отдельно следует сказать о применяемом «глобусном столе» на «прямых двигателях». Разработанный НПФ «Вест Лабс» (г. Харьков) стол обеспечивает точность позиционирования в 7 угловых секунд (См. рис. 5). Его использование исключило возможность возникновения люфтов, которые повляются при использовании обычных (червячных) столов, что также позволило достичь требуемого качества изготовления изделия.
Рис. 5 Обработка корпуса на станке.
Применение второго способа обработки (использование зон), позволило существенно сократить число приспособлений и установок; приспособлений осталось 2 единицы. Уменьшилось также и число применяемого инструмента, оно составило 22 единицы. Такое резкое сокращение обусловлено использованием расточных операций в обрабатываемых отверстиях по траектории профиля сечения отверстия с точным позиционированием по оси отверстий и выполнением чистовых проходов расточными резцами с гарантированной точностью. Трудоемкость изготовления корпуса составила 12 часов.
Таким образом изготовление данной мелкосерийной корпусной детали показало высокую эффективность как используемой САD/CAM/CAРР ADEM-VX, так и применяемого оборудования.
авторы статьи: Агадиев А.К., Казаков А.А.