Effektive løsninger til Mill-Turn Composite-bearbejdning

 

Effektivitet og præcision er de evige mål inden for metalbearbejdning. Med den kontinuerlige udvikling af CNC-teknologi, computerteknologi, værktøjsmaskiner og bearbejdningsprocesser opfylder traditionelle bearbejdningskoncepter ikke længere kravene til hastighed, effektivitet og præcision. På denne baggrund er kompositbearbejdningsteknologi opstået. Generelt refererer kompositbearbejdning til et sæt bearbejdningsteknikker, der kan udføre forskellige processer eller metoder på et enkelt stykke udstyr. De nuværende kompositbearbejdningsteknologier er hovedsageligt af to typer: Den ene er baseret på forskellige energi- eller bevægelsesformer, og den anden, primært mekanisk, er baseret på princippet om proceskoncentration. Blandt disse er mill-turn kompositbearbejdning blevet en af ​​de hurtigst voksende teknologier i de senere år.

 

▲ Mill-Turn kompositbearbejdning

 

Luftfartsdele er i stigende grad karakteriseret ved små batcher, komplekse processer og omfattende brug af integrerede tyndvæggede strukturer og materialer, der er svære at bearbejde. Dette resulterer i flaskehalse som lange fremstillingscyklusser, høje materialefjernelseshastigheder, lav bearbejdningseffektivitet og alvorlige bearbejdningsdeformationer. For at forbedre effektiviteten og præcisionen af ​​komplekse rumfartsprodukter har ingeniører længe søgt efter mere effektive og præcise bearbejdningsmetoder. Fremkomsten af ​​mølle-dreje kompositbearbejdningsudstyr tilbyder en effektiv løsning til at forbedre præcisionen og effektiviteten af ​​rumfartsdele.

 

Sammenlignet med konventionelle CNC-bearbejdningsprocesser afspejles fordelene ved kompositbearbejdning hovedsageligt på følgende områder:

 

(1) Forkortelse af produktionsproceskæden og øget produktionseffektivitet

Mill-turn kompositbearbejdning gør det muligt at fuldføre de fleste eller alle bearbejdningstrin i en enkelt fastspænding, hvilket forkorter fremstillingsproceskæden markant. Dette reducerer den ekstra produktionstid på grund af repositionering, forkorter produktionscyklussen for armaturer og øger produktionseffektiviteten.

 

(2) Reduktion af antallet af klemmer og forbedring af bearbejdningspræcision

Færre spændeoperationer reducerer fejl forårsaget af referencekonverteringer. Moderne mølle-dreje maskiner har ofte online målefunktioner, hvilket muliggør in-place inspektion og præcisionskontrol af nøgledata under fremstillingsprocessen, hvilket forbedrer delens nøjagtighed.

 

(3) Reduktion af gulvplads og sænkning af produktionsomkostninger

Mens en mølle-omdrejningskompositmaskine kan have en høj individuel pris, kan den forkortede proceskæde og reduktion i påkrævet udstyr, inventar, gulvplads og vedligeholdelsesomkostninger reducere de samlede investeringer, produktionsdrift og administrationsomkostninger markant.

 

 

Jeg nøgleteknologier iKompositBearbejdning

 

På trods af dets fordele i forhold til konventionel enkelt-proces bearbejdning, har udnyttelsen af ​​mill-turn komposit bearbejdning i flyindustrien endnu ikke nået sit fulde potentiale. Den primære årsag ligger i den relativt korte anvendelsestid for denne teknologi i rumfartsfremstilling, såvel som den løbende udforskning af mølle-drejeprocesser, CNC-programmering, efterbehandling og simuleringsteknologier, der passer til de strukturelle proceskarakteristika for rumfartsdele. For fuldt ud at udnytte mulighederne i mølle-dreje kompositudstyr og øge effektiviteten og præcisionen er det vigtigt at overvinde disse udfordringer og opnå integrerede applikationer.

 

1. Fræsedrejning Komposit Bearbejdning Proces Teknologi

I modsætning til konventionelt bearbejdningsudstyr er et mølle-dreje kompositbearbejdningscenter i det væsentlige en produktionslinje. Effektiv og præcis bearbejdning afhænger af, hvor godt procesruten er planlagt, hvordan fastspænding udføres, og hvordan værktøjer udvælges baseret på delens procesegenskaber og funktionerne ved mølle-drejebearbejdning.

 

Proceskoncentration er det mest karakteristiske træk ved kompositbearbejdning. Derfor er en videnskabelig og rationel procesrute nøglen til at forbedre effektivitet og præcision i mølle-drejebearbejdning. Når stangbeslag bruges som råemne til fremstilling af pumpehjul, involverer den konventionelle bearbejdningsrute drejning af pumpehjulets udvendige profil på en CNC-drejebænk efterfulgt af præcisionsdrejning til referenceoverflader, femakset CNC-bearbejdning til slidsning, grovbearbejdning, semi-finishing, og afsluttende bearbejdning af overflader og nav, og til sidst boring på et fem-akset bearbejdningscenter eller boreudstyr. Ved at bruge S192F mølledrejecenter kan hele processen fuldføres i en enkelt fastspænding, og ved bearbejdning af stangmateriale kan maskinen endda automatisere skæring, tilførsel og masseproduktion af pumpehjul uden menneskelig indgriben. Procesruten kan konfigureres som følger:

 

Spindelopspænding af stanglager → Grovdrejning af udvendig profil → Præcisionsdrejning af udvendig profil → Femakset fræsning til notning → Grovbearbejdning af flowkanalen → Halvbearbejdning af flowkanalen → Præcisionsbearbejdning af flowkanalen → Boring → Bagspindel fastspænding → Drejning af pumpehjulets bundplan → Boring.

 

Som vist fuldender en enkelt fastspænding alle trin i løbehjulets bearbejdning, hvilket i høj grad forbedrer både effektivitet og præcision.

Til mølledrejecentre med dobbelte værktøjstårne ​​leveres dobbelttårnsudstyr med to-kanals kontrolsystemer, hvor de øvre og nedre værktøjstårne ​​kan styres uafhængigt. Samtidig bearbejdning kan opnås gennem synkroniserede kommandoer i koden. For fuldt ud at udnytte udstyrets muligheder kan synkron drift af flere processer på delen realiseres, hvilket f.eks. muliggør samtidig grovdrejning af den ydre profil og grov boring af det indre hul, hvilket forbedrer bearbejdningseffektiviteten. Den synkrone bevægelse af de øvre og nedre værktøjstårn giver mulighed for effektiv behandling af en række huller, hvilket forbedrer effektiviteten og minimerer deformation af emnet gennem afbalancering af aksiale borekræfter. For at opnå denne funktionalitet er grundig forskning i procesrutesekvensen og synkroniseringen nødvendig under den indledende procesdesignfase.

 

2. CNC-programmeringsteknologi til fræsning

Fremskridtet inden for mølle-dreje-bearbejdningsteknologi kræver højere standarder for CNC-programmering, hvilket er blevet en flaskehals i anvendelsen af ​​mølle-dreje udstyr i den faktiske produktion. Uden specialiserede kompositbearbejdningsløsninger bruges generel CAM-software typisk til at planlægge en del af bearbejdningsprogrammet, som derefter manuelt integreres af procesingeniører for at imødekomme kravene til kompositbearbejdning. Denne metode stiller høje krav til procesingeniører. Sammenlignet med traditionel CNC-programmering udgør mølle-dreje programmering flere udfordringer:

 

 

(1)Diversprocesser

For procesingeniører er det vigtigt ikke kun at mestre programmeringsmetoderne for forskellige bearbejdningsmetoder som CNC-drejning, flerakset fræsning og boring, men også at præcist definere forbindelsen mellem operationer og tilgangs- og tilbagetrækningsvejene. Derfor skal ingeniører under CNC-programmering have en klar forståelse af procesmodellen og fordelingen af ​​bearbejdningsgodtgørelser efter hver operation for at lette programmeringen og værktøjsbaneindstillingerne for den efterfølgende operation.

 

(2) Afskrækkeminedrift skal sekvensen af ​​parallelle og serielle operationer nøje følge procesruten

Mange dele kan færdigbearbejdes fra råmateriale til færdigt produkt på et mølle-dreje kompositbearbejdningscenter. Det endelige CNC-program skal således flugte med procesruten. Derudover skal flerkanals parallel bearbejdning overvejes grundigt under CNC-programmeringsprocessen. For at opnå effektiv kompositbearbejdning skal der derfor udvikles integrerede løsninger, der kombinerer proces, programmering og simulering.

 

(3) Visse funktioner i mølle-dreje kompositbearbejdning er endnu ikke understøttet af den nuværende generelle CAM-software

Sammenlignet med konventionel enkeltmaskine-bearbejdning har mølle-dreje kompositbearbejdning mere komplekse maskinbevægelser og bearbejdningsfunktioner. Den nuværende generelle CAM-software er stadig utilstrækkelig til fuldt ud at understøtte avancerede funktioner som online måling, skæring, automatisk fremføring og tailstock-kontrol. Som følge heraf kræver de programmer, der genereres af generel CAM-software, ofte betydelig manuel eller interaktiv indgriben, før de kan anvendes til automatiseret mølle-drejning af kompositbearbejdning.

 

(4) Programintegration

NC-programmer genereret af generel CAM-software er uafhængige af hinanden. Til automatiseret og kompleks mølle-drejning kompositbearbejdning skal disse uafhængige programmer integreres. Denne integration bør styres af delens procesrute, først bestemme hvilke programmer der er parallelle og derefter definere bearbejdningssekvensen for forskellige processer. Nøjagtige instruktioner for værktøjsskift, udskiftning af klemme, referencekonverteringer og til-/tilbagetrækningsbevægelser skal også gives.

 

Det er tydeligt, at CNC-programmering til mølle-dreje kompositbearbejdning er meget udfordrende, og der er stadig mange mangler og mangler ved at bruge generel CAM-software til denne proces. For at løse disse problemer er en mere praktisk løsning at udvikle specialiserede programmeringssystemer baseret på eksisterende generel CAD/CAM-software, der henvender sig til produktprocesser og kompositbearbejdningsudstyr. Denne tilgang reducerer ikke kun overflødige softwareinvesteringer, men undgår også problemer som manglende evne til at genbruge procesviden og kompleksiteten af ​​personalet forårsaget af ikke-forenede programmeringsplatforme.

 

 

3. Efterbehandlingsteknologi til mølle-drejebearbejdning

 

Svarende til CNC-programmeringsteknologi stiller mølle-drejning kompositbearbejdning på grund af dens komplekse processer og talrige bevægelige dele højere krav til nuværende efterbehandlingssoftware og -teknologier. Sammenlignet med konventionelt CNC-udstyr afspejles udfordringerne ved efterbehandling til mølle-dreje kompositbearbejdning hovedsageligt i følgende aspekter:

 

(1) Nøjagtige og strenge bevægelsesovergange mellem processer

I betragtning af de mange forskellige processer på mølle-dreje kompositudstyr skal maskinen efter at have afsluttet den aktuelle operation automatisk og nøjagtigt skifte bearbejdningsmetoder, værktøjer og bevægelige komponenter rettidigt for at sikre korrekthed og sikkerhed. For at opnå dette er det nødvendigt at opsætte passende tilgang og tilbagetrækning af værktøjsbaner, samt timingen for automatiske værktøjsskift og tænd/sluk af kølevæske. Endnu vigtigere er det, at positionerne af ikke-bevægelige komponenter under den aktuelle operation skal specificeres for at forhindre kollisioner mellem bevægelige og ikke-bevægelige dele under værktøjsskift og bearbejdning, hvilket sikrer en sikker og stabil proces.

 

(2) Automatiseret bestemmelse af processekvenser og CNC-programmer

Ved kompositbearbejdning er procesruten relativt lang, og manuel organisering og integration af NC-kode efter efterbehandling er ikke kun ineffektiv, men også udsat for fejl. En ideel løsning er, at efterbehandlingssystemet automatisk bestemmer bearbejdningssekvensen og procesmetoderne, der er indlejret i værktøjsbanefilerne, og sikrer, at disse bevares i NC-koden efter efterbehandlingen. Derfor skal den værktøjsbanefil, der genereres efter CNC-programmering, ikke kun indeholde procesmetoder og værktøjspositionsdata, men også indeholde bearbejdningssekvenser, værktøjstyper og værktøjsnumre. Dette giver mulighed for automatiseret bestemmelse af processekvenser, metoder og værktøjer under efterbehandling.

 

(3) Efterbehandling til forskellige bearbejdningsmetoder

Efterbehandlingsprogrammet til mølle-drejning kompositbearbejdning skal håndtere multi-akset CNC fræsning, drejning og boring, samt funktioner som skæring, automatisk fremføring, tailstock kontrol og program loop calls. Efterbehandlingsalgoritmen for mølle-drejning sammensat bearbejdning skal omfatte alle eksisterende CNC-bearbejdningsmetoder og problemfrit integrere og koordinere mellem forskellige bearbejdningsmetoder og bevægelser.

 

(4) Maksimering af avancerede funktioner i kontrolsystemer

CNC-systemerne, der anvendes i mølle-drejningskompositbearbejdningscentre, er meget avancerede, såsom FANUC 31i-systemet, der bruges i Bumotec S192FT og SINUMERIK 840D-systemet, der bruges i WFL 150. Disse avancerede styresystemer tilbyder funktioner som automatisk fremføringsoptimering, værktøjsvektorudjævning, overlegent se fremad og højhastighedsinterpolation med høj præcision. Derfor er det afgørende at afspejle disse avancerede CNC-systemfunktioner i de relevante sektioner af bearbejdningskoden, der genereres under efterbehandlingen, for fuldt ud at udnytte mulighederne i mølle-dreje kompositudstyr.

 

(5) Håndtering og opkald af ikke-skærende funktioner

Ud over drejning, fræsning, boring og borefunktioner har kompositbearbejdningscentre ikke-skærende funktioner, der er nødvendige for procesovergange, såsom automatisk fremføring, aflæsning, spindeldocking og tailstock-kontrol. Disse funktioner skal behandles som almindelige moduler i efterbehandlingsfasen, der kan kaldes af programmet. Rækkefølgen og timingen af ​​disse opkald skal bestemmes i henhold til procesruten. I øjeblikket understøtter efterbehandlingssoftware ikke disse funktioner fuldt ud.

 

 

4. Simuleringsteknologi til Mill-Turn Machining

 

På grund af de mange bevægelige dele og komplekse funktionaliteter ved mølle-dreje kompositbearbejdning, bliver efterprogrammeringssimulering særligt kritisk. Da vedtagelsen af ​​mill-turn-kompositbearbejdning i Kinas rumfartsindustri er relativt ny, er der i øjeblikket ingen modne simuleringsapplikationsteknologier. De fleste producenter er afhængige af prøveskæring for at verificere og optimere programmer, hvilket fører til lange procesforberedelsescyklusser, høje udviklingsrisici og øgede bearbejdningsomkostninger.

 

For at forbedre anvendelsen af ​​mølle-dreje kompositbearbejdning og forbedre programmeringseffektiviteten skal vedtagelsen af ​​simuleringsteknologi fremmes betydeligt. I øjeblikket omfatter den vigtigste software, der bruges til simulering af mølle-drejning af kompositbearbejdningTopSolidogGibbs, men disse er generelt dyre og mindre almindeligt introduceret i Kinas rumfartsproduktion. Faktisk kan mølle-drejning sammensat bearbejdningssimulering også opnås ved brug af generel CNC-simuleringssoftware som f.eks.VericutellerNCSimul. Ved at tilpasse og udvikle makrofunktioner baseret på maskinstruktur, bevægelseskarakteristika, specialfunktioner og CNC-systemer er det muligt at simulere bearbejdningsprocessen.

 

For at opnå mølle-drejning sammensat bearbejdningssimulering ved brug af generel CNC-simuleringssoftware, er det først nødvendigt at konstruere et relativt realistisk maskinmiljø i simuleringssystemet. Fokus bør være på at etablere de relative bevægelsesforhold og geometriske positioner af maskinens forskellige bevægelige dele. Ud fra dette grundlag skal der oprettes et værktøjsbibliotek og tilsvarende værktøjsnumre, der anvendes i bearbejdningsprocessen. Konfigurer derefter maskinens CNC-system og bearbejdningsreferencer, og indlæs NC-koden genereret af efterbehandlingstrinnet i simuleringssystemet for at udføre bearbejdningsprocessimuleringen. I modsætning til konventionel CNC-bearbejdning kan nogle funktioner (såsom flerkanalsbearbejdning eller tailstock-kontrol) kræve udvikling og tilpasning af makrofunktioner for at blive fuldt implementeret.

 

 

II Anvendelsesmuligheder og udviklingsforslag til Mill-Turn Machining Technology

 

 

I de seneste år er mill-turn kompositbearbejdningscentre blevet introduceret til Kinas rumfartsfremstillingsindustri, herunder fly, flymotorer og tilbehørsanlæg. Udstyret omfatter hovedsageligt produkter fraØstrigs WFLserie ogSchweiziske Bumotecfræse-drejecentre. Men da deres anvendelse i produktionen er relativt ny, er der en generel mangel på modne bearbejdningsprocesser, programmeringsteknikker og efterbehandlingsteknologier, der stemmer overens med produktets og udstyrets egenskaber. Som følge heraf fungerer det introducerede mølle-dreje kompositbearbejdningsudstyr i øjeblikket med et relativt lavt effektivitetsniveau.

 

De største udfordringer ved fremstilling af fly- og rumfartsprodukter er lange procesruter, komplekse procedurer, lav bearbejdningseffektivitet, betydelig deformation og høje omkostninger. Både fly- og motorfremstillingsområder har et stort potentiale for anvendelsen af ​​mill-turn kompositbearbejdning.

 

For eksempel involverer fræsningen af ​​en skrogramme snesevis af trin: materialeforberedelse, grov- og finbearbejdning af indre og ydre former, hulboring, manuel efterbehandling og inspektion, hvilket kræver flere genspændinger. Tilsvarende starter bearbejdning af integreret knivskive i rumfartsmotorer med smedning af emner og involverer drejning, fræsning, polering, overfladebehandling og fejldetektion. Disse dele har lange produktionscyklusser, som ofte optager maskiner i hundredvis af timer, og kræver forskellige typer CNC-maskiner sammen med adskillige armaturer, værktøjer og måleinstrumenter. Den hyppige genspænding forlænger ikke kun ventetider, men akkumulerer også positioneringsfejl, hvilket påvirker delens nøjagtighed og slutkvalitet.

 

Mill-turn kompositbearbejdning, med dens evne til at fuldføre de fleste eller alle operationer i en enkelt opsætning, tilbyder en ny vej til effektiv og præcis bearbejdning af komplekse fly- og rumfartskomponenter. Fordelene afspejles hovedsageligt i:

 

• Betydelig reduktion af spændetider, forbedre effektiviteten og eliminere fejl forårsaget af ændring af maskiner eller fastspændingsmetoder.
• Proceskoncentration, afkortning af bearbejdningsproceskæden og reduktion af ventetider og ikke-operative maskinperioder.
• Alsidighed i bearbejdningsoperationersåsom drejning, fræsning og boring uden at ændre positionering, hvilket reducerer antallet af nødvendige armaturer og sikrer ensartet dimensionsnøjagtighed.
• Målefunktioner på maskinen, der tillader måling i proces og mellem proces for at kontrollere nøjagtigheden gennem hele bearbejdningscyklussen.

 

Disse fordele kan effektivt afhjælpe de nuværende mangler ved fremstilling af dele til luftfartsindustrien, hvilket væsentligt forbedrer produktets nøjagtighed og effektivitet.

 

For fuldt ud at udnytte potentialet i avanceret kompositbearbejdningsudstyr og yderligere forbedre produktionseffektiviteten og kvaliteten for flyprodukter, kræver flere nøgleområder opmærksomhed:

 

• Forskning i kompositbearbejdningsprocesserder stemmer overens med egenskaberne for rumfartsdele, herunder bestemmelse af procesruter, fastspændingsmetoder, værktøjer, kølestrategier og skæreparametre.
• Udvikling og tilpasning af CNC programmering, efterbehandling og simuleringssystemerder matcher udstyrets struktur- og proceskarakteristika, hvilket skaber en integreret løsning til proces-programmering-efter-behandling-simulering, og derved reducerer afhængigheden af ​​højt kvalificeret personale.
• Etablering af processtandardergennem akkumulering af erfaringer fra simulering, prøveskæring og egentlig produktion, som kan tjene som guide for den efterfølgende delfremstilling.
• Talentdyrkning, da kompositbearbejdning repræsenterer banebrydende teknologi på bearbejdningsområdet. Både procesprogrammering og driftsvedligeholdelse er mere komplekse end konventionelt udstyr, hvilket gør et højt niveau R&D-team afgørende for at sikre effektiv og sund udstyrsdrift.

 

 

 

III Konklusion

 

 

I øjeblikket udvikler kompositbearbejdningsudstyr sig mod bredere proceskapaciteter, højere effektivitet, større operationer og modularisering. Luftfartsproduktionssektoren har altid været en afgørende fase for avancerede fremstillingsteknologier, og med det accelererende tempo i flyproduktopgraderinger vil spredt procesudstyr gradvist blive erstattet af fleksibelt, automatiseret udstyr med koncentrerede processer. Dette skift giver kompositbearbejdningsteknologi en bredere plads til udvikling og anvendelse.

 

Tendensen mod mere integrerede, fleksible produktionssystemer stemmer godt overens med kravene fra moderne luftfartsproduktion. Efterhånden som fly- og rumfartskomponenter bliver mere sofistikerede, og produktionstidslinjerne forkortes, vil producenter i stigende grad stole på avancerede bearbejdningsteknologier som mølle-dreje kompositsystemer for at strømline processer, forbedre præcisionen og reducere omkostningerne. Den igangværende udvikling inden for automatisering og modularisering af udstyr vil yderligere øge fleksibiliteten, hvilket giver producenterne mulighed for hurtigt at tilpasse sig nye designs og produktionskrav, hvilket sikrer, at rumfartsindustrien forbliver på forkant med teknologisk innovation.