1 - 2006

Применение программных продуктов фирмы Delcam при проектировании и производстве крупногабаритных авиационных деталей

Доработка математических моделей элементов кессона крыла

Подготовка управляющих программ для изготовления лонжерона и балки

Контроль точности изготовления силового набора кессона крыла

Заключение

Мы продолжаем публиковать работы, занявшие призовые места на конкурсе студенческих работ, проводимом ежегодно компанией Delcam plc среди российских университетов. В этот раз мы предлагаем читателям ознакомиться с работой студента Московского авиационного института (факультет МАИ «Стрела», г.Жуковский) Игоря Козлова, выполненной под руководством профессора, доктора технических наук В.Д.Вермеля и А.В.Кажана.

Перед нами была поставлена задача обеспечения изготовления на обрабатывающих центрах с ЧПУ двух элементов силового набора чрезвычайно сложной силовой конструкции крыла современного самолета — лонжерона (продольный элемент) и балки (поперечный элемент).

Исходные математические модели, представленные для работы заказчиком, не соответствовали требованиям технологии фрезерной обработки — в них имелось большое количество скруглений предельно малыми радиусами при большом количестве использованных величин радиусов. Анализ поверхности детали позволил ограничить скругления до трех величин радиусов: 6, 8 и 10 мм. Реализация технологического улучшения конструкции потребовала разработки новой математической модели, предназначенной для данного производства. Наличие двух станков с разными технологическими возможностями (три и пять управляющих осей) обусловило необходимость рационального разделения этапов обработки между ними.

Стандартом CAD-системы в авиастроении является система CATIA, и именно в ней были созданы математические модели балки и лонжерона. Поскольку доработанные математические модели необходимо было согласовать с заказчиком, доработка деталей, направленная на повышение технологичности, также выполнялась в системе CATIA. Далее вся технологическая подготовка производилась в программных продуктах фирмы Delcam: Power Shape, Power Mill, View Mill и Power Inspect.

Доработка математических моделей элементов кессона крыла

В CAD-системе Power Shape были изменены некоторые незначительные конструктивные особенности деталей, позволяющие избежать лишних доработок на станках и соответственно сократить время обработки. На рис. 1 показан фрагмент исходной математической модели, а на рис. 2 — он же после доработки.

На рис. 3 и 4 приведены окончательные геометрические модели балки и лонжерона после доработки геометрии.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

В начало В начало

Подготовка управляющих программ для изготовления лонжерона и балки

Подготовка управляющих программ для обработки лонжеронов и балок проводилась в CAM-системе Power Mill, а затем постпроцессировалась под трехосевой станок MATEC-30L и пятиосевой DMU-125, которые были оснащены одинаковой стойкой ЧПУ с контроллером HЕIDENHAIN-426.

Обработка балки и лонжерона производилась в три этапа: черновая, получистовая и чистовая. Исходным материалом служили поковки из электродугового сплава нержавеющей стали. В соответствии с технологическим процессом из прямоугольной заготовки первоначально должны изготавливаться детали с увеличенным припуском (черновая обработка). После этого выполнялась термообработка деталей и их закалка, а получистовая и чистовая обработка производилась для уже закаленных деталей.

Детали имели довольно сложный профиль, большое количество поднутрений, изменяющихся по кривизне детали, поэтому для сокращения времени программирования черновой обработки и избежания возможных ошибок по исходным математическим моделям в системе Power Shape были подготовлены модели под черновую обработку за счет добавления припуска порядка 4 мм . Геометрия деталей и требования технологического процесса позволили выполнить основной съем металла на трехосевом станке MATEC-30L. Поскольку привод шпинделя на данном станке осуществлялся через редуктор, можно было применить фрезы большого диаметра (50, 63 и 80 мм ). Отдельные элементы деталей при черновой обработке, такие как сверление проушин для термической разгрузки, расточка опорных втулок, и другие элементы, требующие пространственной ориентации фрезы, выполнялись на станке DMU-125.

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 7

На рис. 5 и 6 приведены модели балки и лонжерона с заготовками в окне CAM-системы Power Mill .

Для черновой обработки использовались как выборка смещением и проекцией плоскости, так и обработка боковой поверхностью фрезы. Основной съем материала производился до припуска в 4 мм. При этом применялись фрезы фирм SANDVIK, ISCAR и HANITA размером от D32R4 до D63R3.5. Съем материала производился с шагом по Z = 2…4 мм с перекрытием фрезы 0,7…0,8 D. На рис. 7 и 9 показаны проходы черновой обработки, а на рис. 8 и 10 — результаты визуализации черновой обработки во View Mill.

Рис. 8

Рис. 9

 

После закалки выполнялась получистовая обработка до припуска 1 мм . В качестве стратегии получистовой обработки использовалась подборка инструментами тех же фирм с глубиной фрезерования 0,5...1,0 мм с перекрытием фрезы 0,6...0,7 D. На рис. 11 и 12 показаны проходы получистовой обработки.

Рис. 10

Рис. 11

Рис. 12

Чистовая обработка также выполнялась на двух станках параллельно: на станке MATEC-30L — базовая трехкоординатная обработка, а на станке DMU-125 — финишная обработка наклонных полок и стенок, поднутрений, проушин и пятиосевые сверления.

Наиболее трудоемким и ответственным процессом в обработке деталей, включающим огромное количество доборов и требующим высочайшей точности, была чистовая обработка. Для чистовой обработки применялись почти все стратегии чистовой обработки набором инструментов — начиная с D32R4 до D6R3 и заканчивая «фасочными» фрезами, а съем материала производился с глубиной фрезерования 0,05…0,25 мм с перекрытием фрезы 0,1...0,5 D. Большое количество поднутрений по возможности обрабатывались инструментом (проекция плоскости), остальные доводилось с поворотом головы станка («3+2») или в 5-осевой обработке (боком фрезы). На рис. 13 представлена фотография лонжерона, по которой можно судить о высоком качестве обработанных поверхностей. На рис. 14 и 15 показана чистовая обработка балки и лонжерона в PowerMILL. На рис. 16 запечатлен процесс фрезерования балки.

Рис. 13

Рис. 14

Рис. 15

В начало В начало

Контроль точности изготовления силового набора кессона крыла

Важным достоинством программного обеспечения Delcam в данном процессе оказалась возможность использования внешних математических моделей для операций обработки и последующего контроля точности на основе сопоставления результатов измерения с исходной математической моделью. Необходимые преобразования форматов данных были выполнены в системе PS-Exchange. Обработанные детали контролировались измерительной машиной типа ROMER Arm-2030.

После изготовления требуемых деталей на станках с ЧПУ было проведено инспектирование точности их изготовления. Точность изготовления проверялась с помощью контрольно-измерительной машины — манипулятора ROMER Arm-2030 (рис. 17) и программного обеспечения Power Inspect.

Рис. 16

Рис. 17

Рис. 18

 

Измерения проводились в несколько этапов. Сначала системы координат КИМ совмещались с системой координат математической модели методом СКТ по характерным, заведомо точно изготовленным элементам детали. Для балки эти элементы показаны на рис. 18, а далее проводился общий контроль точности в произвольно взятых точках на поверхности детали.

Заказчик требовал обеспечить определенную точность геометрических параметров в заданных точках, лежащих на известных плоскостях. Для этого были измерены сечения детали (рис. 19 и 20).

Рис. 19

Рис. 20

Были проведены измерения геометрических параметров большого числа элементов детали, таких как радиусы отверстий и дуг, расстояния и углы между плоскостями, соосность отверстий, толщины стенок и т.д. Для лонжерона была осуществлена аналогичная серия измерений. Результаты измерений представлены на рис. 21.

Рис. 21

В начало В начало

Заключение

Программное обеспечение Delcam продемонстрировало реальную возможность изготовления сложных геометрических деталей по математическим моделям, которые были подготовлены в известных CAD-системах, имеющихся у потенциального заказчика. Применение программных продуктов Delcam и высокоскоростных станков при изготовлении силового набора кессона крыла позволило в короткие сроки получить высококачественную продукцию, полностью удовлетворяющую заказчика.

В начало В начало

САПР и графика 1`2006