Применение высокоскоростного фрезерования точных отверстий для совершенствования технологии производства корпусных изделий из алюминия

альные проблемы современной науки: труды 2-го Международного форума (7-й Международной конференции). — Самара: СГТУ, 2006. - С. 117-119.

4. А.С. 1089539 , С 02 В 27/17. Сканирующее устройство [Текст] / Ю.И. Некрасов, В.Н. Долгушин, И.А. Еремеев (СССР). — № 3588991; заявл. 08.02.1983; опубл.03.01.1984, Бюл. № 16. — 2 с.: ил.

5. Некрасов, Ю.И. Лазерная нанометрия деформирования режущего инструмента [Текст]/Ю.И. Некрасов. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2008. — 158 с.

НЕКРАСОВ Юрий Иннокентьевич, кандидат технических наук, профессор кафедры технологии машиностроения.

Адрес для переписки: 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38.

Статья поступила в редакцию 02.06.2010 г.

© Ю. И. Некрасов

УДК 621914 Л. О. ШТРИПЛИНГ

М. Г. ПОПОВ

Омский государственный технический университет

Омский государственный институт сервиса

ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ ТОЧНЫХ ОТВЕРСТИЙ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КОРПУСНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЯ

Рассмотрено применение высокоскоростной обработки (ВСО) точных отверстий при производстве корпусных изделий из алюминия, повышающее качество и скорость их изготовления. Обосновывается эффективность применения данного метода при изготовлении небольших партий изделий. Проводится экспериментальное исследование геометрии и шероховатости точных отверстий, получаемых методом ВСО фрезерованием, а также измерения износа режущих кромок фрез в зависимости от времени их работы.

Ключевые слова: высокоскоростная обработка резанием, фрезерование, точные отверстия.

Корпусные изделия авиационного назначения, выпускаемые ОАО «Высокие технологии», например, корпуса регулятора топлива, масляного насоса для самолетов Су-27, Су-33, Миг-29 имеют большое количество отверстий и различных диаметров, достигающее 200 шт., к которым предъявляют высокие требования по точности и геометрической форме. Обработка отверстий занимает до 95% процентов времени обработки всего корпуса.

Резервом к сокращению времени обработки может быть применение высокоскоростной обработки фрезерованием (ВСО) [1—2].

Фрезерование имеет ряд достоинств по сравнению с традиционными методами, применяемыми в настоящее время, основными из которых являются:

— сокращает количество требуемого инструмента для обработки, что разгружает инструментальный магазин станка от большого количества расточных головок, позволяя объединить значительное количество операций механической обработки в одном установе;

— при применении систем активного контроля станка (контактных датчиков типа ЯешвЬа^ с последующей коррекцией инструмента позволяет без предварительной проверки снимать изделие по окончании цикла обработки, что существенно сокращает время изготовления;

— стоимость фрез для ВСО в разы ниже, чем стоимость расточных головок, а при приобретении современного заточного оборудования еще более снижает затраты на переточку и изготовление инструмента.

Однако у ВСО существуют и недостатки, сдерживающие возможности его массового применения, которые также необходимо учитывать для правильного выбора между данными методами:

— износ инструмента влияет на отклонения формы отверстия, при несвоевременной замене концевых фрез начинают проявляться отклонения в геометрии обработанных отверстий (чаще всего конусность);

— обработка точных отверстий скоростным фре-ерованием требует наличия программного обеспечения для ВСО и соответствующего дорогостоящего обрабатывающего оборудования с высокой точностью позиционирования (в пределах 2 — 4 мкм);

— сложность применения ВСО точных элементов для сталей и других, сложно обрабатываемых материалов из-за низкой стойкости инструмента и сложности получения заданной шероховатости;

— сложность обработки глубоких отверстий фрезерованием (глубиной >5d мм и более).

Учитывая возможности современного, сверхточного обрабатывающего оборудования на ОАО «Высокие

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010

Рис. 1. Типовой элемент авиационного корпуса регулирующей аппаратуры

Рис. 2. Концевая фреза 012 STOCK

технологии», хорошую обрабатываемость корпусных изделий из алюминиевых сплавов, небольшой размер партий выпускаемых изделий в авиации (5 — 20 шт.), указанные недостатки делает несущест-венными.

Рассмотрим эффективность применения ВСО на примере составления переходов при обработке одного из элементов авиационного корпуса (рис. 1).

При стандартном подходе с растачиванием точных диаметров переходы будут выглядеть примерно следующим образом:

— сверление 4, сверло спиральное 015,8 на глубину 45 мм;

— предварительное фрезерование 2,3,5,4, черновая концевая фреза 014;

— растачивание 1, расточная головка на 022.5, резец х45°;

— фрезерование канавок 6,7, грибковая фреза 016, за несколько проходов;

— фрезерование фасок вид А, спец фреза 0 13;

— нарезка резьбы, метчик 22x1,5;

— растачивание 4, расточная головка на 016, резец;

— растачивание 5, расточная головка на 019, резец;

— растачивание 3, расточная головка на 020, резец.

Для ВСО фрезерованием существуют две различные стратегии по обработке подобного отверстия:

фрезерование на основе винтовой интерполяции инструмента («торнадо») вдоль образующей и круговая интерполяция на определенную глубину.

Стратегия ВСО фрезерования диаметров методом круговой интерполяции на всю глубину позволяет значительно быстрее производить обработку, чем при фрезеровании по «торнадо» и даже растачивании. Однако данная стратегия сильно зависит от отношения глубины обработки, вылета инструмента к его диаметру. ВСО по стратегии «торнадо» позволяет обрабатывать точные отверстия на большей глубине и с большим вылетом инструмента за счет уменьшения сечения срезаемого слоя.

На основе рассмотренных особенностей стратегий фрезерования отверстий был составлен технологический процесс (ТП) для обработки элемента, показанного на рис.1. Т ехнологические переходы при этом будут выглядеть следующим образом:

— сверление 4, сверло спиральное 015,8 на глубину 45 мм;

— предварительное фрезерование по «торнадо» 1,2,3,5,4, окончательно обработка фасок А, фаски под резьбу х45°, черновая концевая фреза 014;

— фрезерование канавок 6,7, грибковая фреза 016, за несколько проходов;

— нарезка резьбы, метчик 22x1,5;

— прямое окончательное фрезерование диаметров 3,5, чистовая фреза 014;

— окончательное фрезерование по «торнадо» диаметра 4, чистовая фреза 014.

В таблице 1 приводится сравнение времени, затраченного на обработку корпусного элемента при растачивании и ВСО фрезами. Данное время снималось на станке Уапах1в-500 фирмы Mazak (Япония). Из таблицы видно, что экономия при ВСО обработке только одного отверстии составляет 33 сек. (14,6% общего времени). Так как авиационные корпуса состоят из множества подобных элементов можно утверждать, что применение ВСО точных отверстий позволит значительно сократить количество требуемого инструмента и времени обработки за счет умень-шения количества ходов и смен инструмента. Наиболее значительным будет сокращение подготовительного времени, значительная часть которого тратилась на настройку расточных головок.

цикл 'торнадоЧ)=16тт

прямое фрезерование D=16mm

растачивание D=16mm

Рис. 3. Результаты проверки на Та1угопс1-365 геометрии и шероховатости отверстий, обработанных ВСО фрезерованием и растачиванием

Оценим шероховатость и геометрию получаемых поверхностей при применении ВСО. С данной целью был проведен эксперимент по определению качества получаемой геометрии поверхности и ее шероховатости в зависимости от стратегии ВСО, а также обработки методом растачивания.

В алюминиевой заготовке были отфрезерованы 2 отверстия на 016 мм, прямым фрезерованием и по «торнадо» при одинаковых скоростях и подаче на зуб фрезы, глубиной 15 мм, одно отверстие 016 мм было расточено обычным резцом. Обработка отверстий производилась фрезой 012 для ВСО алюминия фирмы 012 STOCK (Германия) (DIN6527 К,№ 74520), количество зубьев 2 (рис. 2). Измерения геометрических отклонений и шероховатости отверстий проводились с помощью кругломера фирмы «Taylor-hobson» Talyrond-365.

Перед чистовой обработкой все отверстия были расфрезерованы на диаметр 15,9 мм. Измерения

геометрии отверстий производились в 3-х сечениях на протяжении всей глубины методом постоянного сканирования. На рис. 3 графически показана форма геометрии в сечениях, ниже приведены их развертки с числовым значением отклонений. Результаты проведенных измерений, представленные на рис. 3, показали, что оба способа ВСО обработки фрезами уложились в заданную шероховатость и отклонения формы отверстия, однако полученный фактический диаметр отверстия при прямом фрезеровании и цикле «торнадо» был различен (среднее значение диаметра отверстия при прямом фрезеровании составило 15,996мм, апри «торнадо» 16,001 мм) (рис. 3).

Проверка геометрии полученных отверстий показала полную обоснованность применения метода ВСО для получения точных диаметров и возможность замены им растачивания.

Одним из препятствий для продвижения ВСО при изготовлении точных элементов всегда являлся износ

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010

%

Рис. 4. Процесс обмера концевой фрезы STOCK 012 на приборе Zoller

К.мим

L17II ПГ: 1

£

. і  - -J  -J і

20 К &:/ ЗО ICO І20 f-K І60 ISO ЙГО

1 ИНН

Ь И КММ ре'г -1НИ!

Рис. 5. Зависимость износа твердосплавных фрез для ВСО от времени резания

режущих кромок инструмента, что в отличие от растачивания приводит к отклонениям в геометрии получаемой поверхности.

Для определения зависимости износа инструмента от времени его работы были произведены измерения трёх твердосплавных фрез фирмы STOCK (Германия) 012. Все измерения износа инструмента проводились на приборе фирмы Zoller (Германия) позволяющем отслеживать изменения в геометрии инструмента с точностью до 1 мкм (рис. 4). Работа фрез фиксировалась на основании данных станка, позволяющего отслеживать время резания для каждого инструмента.

Все фрезы использовались в основном для чистовой обработки точных диаметров, корпусных изделий из алюминия, по стратегии «торнадо». Режимы резания соответствовали рекомендуемым произ-

водителем для данного типа фрез: скорости резания Ус = 400 м/мин, и подаче Рг=0,03 мм/зуб [3]. Применяемое охлаждение-эмульсия на водной основе. Измерения износа режущих кромок фрезы производились через каждые 20 минут резания. Начальный замеренный диаметр всех новых фрез перед началом обработки составил 011,97 (рис. 4). Результат зависимости времени резания и износа инструмента представлен в виде графика на рисунке 5. Как видно из рисунка, износ фрез в течение 160 мин обеспечивает обработку отверстий с допусками от 15 мкм, что позволяет обработать в среднем более 320 различных диаметров без переналадок.

Анализ эффективности применения ВСО фрезами проведен на корпусе, имеющем 103 различных отверстия, 95 из них были обработаны фрезерованием, что сократило время обработки с 69 до 54 минут

Таблица 1

Сравнение времени обработки отверстий методом растачивания и ВСО фрезерованием

Раста- чивание ВСО фрезеро- ванием

Общее количество используемого инструмента, шт. 9 5

Общее количество используемого вспомогательного инструмента (комплект). 9 5

Кол-во смен инструмента . 9 4

Фактическое время смены инструмента, сек. 8 8

Фактическое время обработки, сек. 123 130

Общее время обработки, сек. 195 162

(22% от времени обработки всех отверстий). Все геометрические отклонения при ВСО удерживались в допуске от 2 до 5 мкм.

При реализации принципа безлюдной технологии в гибких механообрабатывающих производственных системах необходимо решать задачу автоматизации контроля результатов обработки с целью стабилизации качества технологического процесса. Основным средством измерения результатов обработки деталей на станках с ЧПУ являются системы с измерительными головками. Однако эффективность использования таких систем в значительной мере определяется

Полученные данные показывают перспективность замены растачивания ВСО фрезерованием, что ведет к повышению эффективности производства.

Библиографический список

1. Виттингтон, К. Высокоскоростная механообработка / К. Виттингтон, В. Власов // САПР и графика. - 2002. -№11. -С. 43-51.

2. Segerlin, С. High Speed Cutting /С. Segerlin // Cutting Tool Engineering. - 2006. - Vol. 58, №. 12. - C. 36-39

3. Каталог инструмента фирмы STOCK. — Режим доступа : http://www.transetspb.ru/transet/stock/FRA_RU.pdf [Дата обращения: 01.08.2010] Л

ШТРИПЛИНГ Лев Оттович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Промышленная экология и безопасность» Омского государственного технического университета. ПОПОВ Максим Геннадьевич, аспирант кафедры «Прикладная информатика и математика» Омского государственного института сервиса, мастер-наладчик в ОАО «Высокие технологии».

Адрес для переписки:е-таП:тахйтит@гатЫег.ги

Статья поступила в редакцию 17.08.2010 г.

© Л. О. Штриплинг, М. Г. Попов

И. В. ЛАЗАРЕНКО А. В. ФЕДОТОВ

Омский государственный технический университет

алгоритмами управления процессом обработки на основе полученных результатов измерений [ 1 ].

Рассмотрим возможность совершенствования алгоритмов управления процессом обработки в гибком производственном модуле в случае фрезерования плоской грани детали на многооперационном станке с ЧПУ. Наиболее распространенная схема фрезерования представлена на рис. 1. Грань 1 детали обрабатывается торцевой фрезой 2. Для формали-

УДК 621.9.08

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ КОМПЕНСАЦИИ ПОГРЕШНОСТЕЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ ГРАНИ ДЕТАЛИ НА СТАНКЕ С ЧПУ

Рассмотрена возможность обеспечения стабильного качества фрезерования граней деталей в условиях гибкого производственного модуля. Приведена математическая модель для определения составляющих погрешностей обработки на основе результатов координатных измерений с помощью измерительной головки. Рассмотрены возможности компенсации погрешностей, возникающих в процессе обработки, и условия для их реализации.

Ключевые слова: точность, механическая обработка, погрешность обработки, гибкий производственный модуль, автоматический контроль.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ