6 - 2002

Программный комплекс T-FLEX 7.1: новые решения для старых технологий

Дмитрий Чекарьков, Анатолий Калинин

Модель

Создание УП

Имитация обработки

Изготовление детали

НПО «Наука» занимается разработкой и изготовлением продукции авиакосмического назначения. Общая номенклатура выпускаемых изделий содержит до 200 наименований, в числе которых системы жизнеобеспечения для летательных аппаратов, установки охлаждения воздуха, турбохолодильники различной производительности и многое другое.

Спецификация выпускаемых изделий такова, что элементы, входящие в состав изделий, сконструированы с учетом газодинамических, прочностных и динамических расчетов. Геометрическая форма изготавливаемых деталей, таких как вентиляторные и турбинные колеса, сопловые аппараты, включает как линейчатые поверхности, так и поверхности свободного положения (рис. 1).

Модель

Построение 3D-модели изготовляемой детали занимает значительную часть времени, поскольку все геометрические данные будущей детали закладываются именно на этом, очень ответственном, этапе.

Неточности в построении модели либо ошибки, обнаруженные на этапе формирования траектории движения инструмента (в худшем случае — при обработке детали на станке), приводят к потере времени вследствие повторения работы, а порой может быть испорчена заготовка, которая обработана по управляющей программе (УП), рассчитанной на основе ошибочной модели.

При построении модели колеса вентилятора у нас возникли определенные сложности, поскольку конструкторская документация на эту деталь была разработана в середине 80-х годов. В соответствии с технологическим процессом колесо изготавливалось следующим образом: сначала на универсальном станке фрезеровалось колесо с прямыми лопатками, затем по шаблону вручную загибали каждую лопатку. Поэтому на изготовление одного колеса требовалось 10 дней.

Исходными данными для построения загнутой лопатки согласно чертежу были: прямая лопатка (развертка); радиус шаблона, по которому загибали лопатку; габаритные размеры готового колеса вентилятора. Процесс построения изогнутой лопатки соответствовал технологическому процессу изготовления колеса, а именно: построение прямой лопатки в системе трехмерного моделирования T-FLEX CAD 3D 7.1 и загиб по радиусу шаблона. Система T-FLEX CAD 3D 7.1 российской компании «Топ Системы» (http://www.topsystems.ru/) обладает набором всех необходимых операций для осуществления данной процедуры.

Как видно из рис. 2, изгиб лопатки выполняется в такой последовательности действий:

  • разбиваем прямую лопатку с определенным шагом, формируя набор 3D-профилей (количество сечений);
  • копируем каждый 3D-профиль в новую точку, положение которой определяется радиусом загиба лопатки в соответствующей плоскости;
  • на основе 3D-профилей, ориентированных согласно условиям загиба, формируем тело изогнутой лопатки, используя операцию lofting.

После этого выполняются дополнительные построения специальных геометрических элементов, ограничивающих и направляющих путей, необходимых для расчета траекторий. Эти элементы будут определять характер движения инструмента при обработке.

В начало В начало

Создание УП

Разработка стратегии обработки колеса вентилятора производилась с учетом станочного парка предприятия. Для изготовления этого колеса использовался 5-координатный станок с ЧПУ КМЦ-600, оснащенный стойкой CONTUR 20 NS, имеющей некоторые не слишком приятные особенности. Так, размер программы, считываемой в память стойки, не должен превышать 40 Кбайт, причем невозможна покадровая считка программы с носителя. Следовательно, одним из требований была минимизация размера разрабатываемой УП.

Поскольку лопатка колеса вентилятора образована сочетанием линейчатых поверхностей и поверхностей общего положения, то нами был определен необходимый подход для обработки колес данного типа: для выборки межлопаточного материала и формирования линейчатых поверхностей лопаток использовать 4-координатную обработку, зафиксировав одну координату (угол В). При этом фреза располагается в плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса. Для получения срезанной поверхности лопатки — элемента типа «нож» — было принято решение использовать 5-координатную обработку, что дает возможность получить контур лопаток за один проход. Такая стратегия позволила сократить время изготовления колеса данного типа и выполнить требование к объему УП.

Разработка УП для колеса вентилятора производилась с использованием CAM-модулей 5-координатной обработки, интегрированных в системе T-FLEX CAD 3D 7.1. Последовательность операций для изготовления колеса такова:

  • черновая обработка: выборка межлопаточного материала с формированием поверхностей лопаток и ступицы колеса с припуском под чистовую обработку — 4D-обработка (Dфр= 12 мм) (рис. 3);
  • чистовая обработка: окончательная обработка ступицы и боковых поверхностей лопаток — 4D-обработка (Dфр= 6 мм);
  • получение срезанной поверхности лопатки, то есть элемента «нож», за один проход — 5D-обработка (Dфр= 6 мм) (рис. 4).

Отметим некоторые возможности, которыми обладает система T-FLEX 3D ЧПУ и которые в полной мере реализованы в стратегии обработки колеса, что позволило упростить этап внедрения новой УП на станке.

Основной тип движения инструмента при обработке колеса вентилятора — петля. В системе имеется достаточно параметров, наиболее полно задающих перемещение фрезы в петле:

  • врезание инструмента — задание величины и наклона фрезы при врезании инструмента в материал;
  • подъем инструмента — задание типа перемещения инструмента на ускоренной подаче между проходами, задание определенных точек подъема инструмента с указанием наклона;
  • припуск — задание отступа от всех поверхностей либо только от боковых поверхностей лопаток на заданную величину.

Система также позволяет рассчитать траекторию движения инструмента как на нулевую точку, так и на центр сферы инструмента, что удобнее для коррекции УП в случае 4D-обработки.

Постпроцессор для данного станка, входящий в стандартную поставку системы T-FLEX 3D ЧПУ, обеспечил полную совместимость CAM-системы с имеющимся станочным оборудованием.

Общий размер УП всей обработки колеса вентилятора на станке КМЦ-600 составляет 52 Кбайт.

В начало В начало

Имитация обработки

Важное значение на этапе построения траектории движения инструмента занимает контроль УП на предмет зарезов/недорезов обрабатываемой модели. Такую проверку позволяет осуществить внутренний имитатор, встроенный в систему T-FLEX 3D ЧПУ. В покадровом и непрерывном режиме имитатор отображает положение инструмента, модели готовой детали, траектории движения инструмента. С помощью текста УП, выводимого на экран, можно отследить ошибочные кадры и внести соответствующие изменения в УП.

Однако средствами внутреннего имитатора невозможно представить точной картины процесса изготовления детали из заготовки, так как в нем не отображаются ни съем материала, ни оставляемые припуски, ни межпроходные переходы с учетом кинематики станка. Поэтому для визуализации процесса отработки УП с заданием реальных условий обработки на станке используется внешний имитатор T-FLEX NC Tracer 5D. Имитатор визуализирует 5-координатную обработку изготавливаемых деталей с учетом предварительно задаваемых параметров:

  • тип станка — выбор кинематической схемы станка указанием соответствующего репостпроцессора;
  • тип инструмента — выбор режущего инструмента из ранее созданной базы с возможностью редактирования;
  • тип заготовки — задание геометрических размеров и положения заготовки с возможностью автоматического габаритного построения.

Для сохранения выполненных настроек создается файл проекта обработки. При следующих вызовах файла устанавливаются все настройки системы с сохраненным расположением заготовки на экране, изменяется лишь редактируемая траектория движения инструмента.

В случае имитации отработки колеса вентилятора средствами T-FLEX NC Tracer 5D имитируем обработку одного межлопаточного канала и одной лопатки. Этого вполне достаточно, поскольку остальная обработка производится по этой же УП посредством поворота стола станка на угол между лопатками.

Весь процесс изготовления колеса вентилятора, начиная с черновой обработки до формирования срезанной поверхности лопатки – элемента «нож», был сымитирован в T-FLEX NC Tracer 5D (рис. 5). Таким образом, возможно визуально проконтролировать величину снимаемого материала, чистоту обрабатываемых поверхностей, межоперационные переходы на предмет задевания инструментом заготовки, что дает общее представление о процессе изготовления детали на станке.

В начало В начало

Изготовление детали

Известно, что результатом работы любой системы геометрического моделирования и программирования для станков с ЧПУ является построение 3D-модели изготавливаемой детали, наиболее точно соответствующей технической документации, и создание УП, обработка по которой на станке позволяет получить нужную деталь.

Как показывает практика, после механической обработки на станке изготовленная деталь иногда отличается от того, что можно наблюдать в имитаторах CAD/CAM-систем. Это связано в основном с технологическими особенностями механического процесса резания, которые проявляются только на металле. Столкнувшись с такими явлениями, как биение инструмента, увод или затягивание инструмента относительно поверхности материала, рассогласование станочных координат в процессе обработки, невозможно заранее предсказать результат действия каждого фактора и заложить необходимую коррекцию в УП. Особенно это проявляется при 5-координатной фрезерной обработке лопаток турбинных и вентиляторных колес при толщине лопаток и радиусах скругления порядка 0,5 мм.

Единственным решением этих проблем является оперативный пересчет УП с внесением откорректированных значений технологических параметров (величина припуска, величина снимаемого материала за проход, точки подвода/отвода и др.). Поскольку в системе T-FLEX 3D ЧПУ реализовано решение сквозной параметризации, то генерация УП с учетом новых технологических параметров позволяет получить несколько вариантов готовых УП для подбора оптимальных настроек режимов обработки детали.

Таким образом, за счет уменьшения времени на подготовку УП возможно достижение требуемого результата (рис. 6) вследствие использования большего количества пробных запусков обработки при неизменном временном ограничении на процесс внедрения новой детали.

«САПР и графика» 6'2002