Проблемы автоматизации финишной обработки сложнопрофильных поверхностей лопаток ГТД

УДК 621.923

ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЛОПАТОК ГТД

В.Ф. Макаров, В. А. Жукотский, Е.Н. Бычина

Рассмотрены проблемы использования войлочных накатных кругов при полировании лопаток газотурбинного двигателя. Абразивная лента рассмотрена как альтернативный вариант кругам. Также рассмотрены варианты автоматизации процесса при полировании абразивной лентой. Сформирована условная схема обработки на роботизированном комплексе. Обозначены плюсы и минусы обработки на станке и на роботизированном комплексе.

Ключевые слова: полирование, финишная обработка, автоматизация, фетровые круги, полировальная лента, лопатка газотурбинного двигателя, войлочные круги, лентошлифовальный станок.

Современные газотурбинные двигатели (ГТД) предъявляют высокие требования к качеству поверхности проточной части лопаток. Точность профиля пера достигает 4 - 5-го квалитетов, а шероховатость поверхности Ra < 0,32 мкм. Обработка с такими параметрами точности и шероховатости на многокоординатных станках с ЧПУ трудозатратна. Поэтому финишная обработка на большинстве моторостроительных предприятиях производится вручную, на полировальных бабках. В качестве инструмента используются специальные войлочные круги с использованием абразивного зерна или микропорошков. Абразив накатывают на периферию круга, а в качестве связки выступает мездровый или казеиновый клей [1]. Данный метод имеет ряд минусов:

вибрации от станка передаются на рабочего, в связи с чем у полировщиков наблюдаются виброболезни;

нестабильное качество войлока и мездрового клея дает низкую стойкость фетровых кругов [1];

ручной труд не дает стабильных размеров.

Для обеспечения стабильного качества проточной части лопаток ГТД необходимо найти альтернативу накатным войлочным кругам. Круги на эпоксикаучуковой связке не позволяют производить тонкую обработку с точностью 0,04...0,06 мм. При этом при повышении жёсткости круга возникают вибрации, и повышается риск получения прижогов на обрабатываемой поверхности [1].

Абразивная лента мелкой зернистости хорошо себя зарекомендовала при полировании в различных отраслях машиностроения. К плюсам полирования лентой можно отнести:

постоянную скорость резания; эластичность и упругость ленты;

возможность обработки больших поверхностей; отсутствие необходимости балансировки и правки. Абразивные ленты позволяют обрабатывать широкий спектр материалов с использование смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ) и без неё [2]. Температура в зоне резания гораздо ниже, чем при обработке накатным войлочным кругом, так как усилия прижатия значительно ниже [3].

Для повышения качества стабильности режимов обработки возможно использование датчиков давления при сохранении ручного труда. Однако при этом цикл обработки можно представить в виде схемы на рис. 1.

Рис. 1. Цикл обработки при ручном полировании лопаток ГТД

При таком цикле человеческий фактор играет важную роль, более того на некоторых современных лопатка компрессора радиус кромки может достигать 0.2 мм что практически не реализуемо при ручной обработке.

Перспективным решением задачи финишной обработки является применение программируемых станков или промышленных роботов.

Применение многокоординатного шлифовального станка МйаЬо 6КС - 1000 рассмотрел в своей статье Коряжкин А. А. [4]. Высокая жёсткость станка позволяет достигать высокой точности позиционирования и высокой повторяемости, при этом существуют возможность производить измерения без снятия детали с приспособления. Однако при таком виде обработки велик риск "зарезания" кромки лопатки. Так же из-за использования специализированной оснастки затруднён доступ к переходным радиусам перо/полка.

Создание роботизированного комплекса для финишной обработки лопаток ГТД позволит решить проблемы, которые возникают при обработке на лентошлифовальном станке.

Условная визуализация обработки лопатки с использованием промышленного робота представлена на рис. 2.

Гибкость системы позволяет обработать лопатку со всех сторон, кроме замковой части. При этом за счёт возможности обработки спинки лопатки непосредственно лентой, а не роликом, увеличивается производи-

53

тельность процесса. Кинематика робота и использование захвата за замковую часть позволяют избежать «зарезания» кромки, которое происходит при обработке на станке. Так как при этом обработка происходит не вдоль пера, а поперек, т. е. как при ручной обработке, робот позволяет автоматизировать процесс и загружать в его рабочую область не по одной лопатке, а паллету лопаток. Также один из плюсов - это более легкий доступ к переходным радиусам перо/полка.

Рис. 2. Визуализация обработки лопатки на роботизированном

комплексе

Робот манипулятор в отличие от станка имеет нежёсткую конструкцию, поэтому точность позиционирования составляет от 0,1 до 1 мм, что недопустимо при обработке лопаток. Для повышения точности позиционирования необходимо использовать дополнительное оборудование -лазерные трекеры и датчики давления.

Датчик давления необходим для определения, где начинается деталь, а где воздух, так же он позволит сохранить постоянство режимов резания и избежать прижогов, глубоких рисок и трещин. Робот с лопаткой на безопасном расстоянии будет подходить к ленте, и пока датчик давления не подаст сигнал о том, что началась обработка, рука робота не будет выполнять заданную траекторию. Данное решение позволит компенсировать погрешность позиционирования, при этом повторяемость робота составляет ±0,02 мм, что вполне достаточно для обработки.

Использование абразивной ленты позволяет повысить качество обрабатываемой поверхности и избежать глубоких рисок, а применение программируемых станков или роботов манипуляторов позволяет повысить точность обработки. Однако и в случае станка и в случае робота существуют не решённые проблемы, что не позволяет окончательно уйти от ручного труда.

Список литературы

1. Макаров В.Ф., Кочепанова Н.К., Титаренко Н.В. Эффективность применения новых полировальных кругов на эпоксикаучуковой связке с демпфирующей сердцевиной // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы. Шлифабразив. 2003. С. 24-28.

2. Полирование лентами. Оборудование для полирования лентами. Контактные ролики [Электронный ресурс]. URL: http://dlja-mashinostroitelja.info/2011/05/polirovanie-lentami/

3. Макаров В.Ф., Бычина Е.Н., Чуян А.О. Математическое моделирование процесса полирования лопаток газотурбинных двигателей // Авиационно-космическая техника и технология. 2011. № 8. С. 11-14.

4. Коряжкин А. А. Оптимизация процесса ленточного шлифования на многокоординатных станках с ЧПУ // Вестник УГАТУ. 2011. Т. 15, № 3. С. 84-89.

Макаров Владимир Федорович, д-р техн. наук, проф., зам. зав. кафедрой, makarovv@pstu.ru, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский университет,

Жукотский Виталий Александрович, асп., vitalik-ram@yandex. ru, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский университет,

Бычина Екатерина Николаевна, асп., katerina.Bychina@yandex.ru, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский университет

PROBLEMS OF AUTOMATION OF FINISHING PROCESSING OF DIFFICULT PROFILE

SURFACES OF BLADES GTE

V.F. Makarov, V.A. Zhukotsky, E.N. Bychina

Problems of use felt polishing circles are considered at polishing of shovels GTE. The abrasive tape is considered as an alternative variant to circles. As variants of automation of process are considered at polishing by an abrasive tape. The conditional scheme of processing on the robotised complex is generated. Pluses and processing minuses on the machine tool and on the robotised complex are designated.

Key words: polishing, finishing processing, automation, felt circles, polishing tape, blades of GTE, felt circles, beltgrinding machine tool.

Makarov Vladimir Fedorovich, doctor of technical sciences, professor, deputy head of chair, makarovv@pstu. ru, Russia, Perm, Perm National Research University,

Zhukotsky Vitaly Aleksandrovich, postgraduate, vitalik-ram@yandex.ru, Russia, Perm, Perm National Research University,

Bychina Ekaterina Nikolaevna, postgraduate, katerina.Bychina@yandex. ru, Russia, Perm, Perm National Research University