Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Проблема повышения эффективности подготовки ключевых технологий при производстве космического корабля нового поколения
1.1. Определение ключевых направлений ТПП и путей повышения эффективности их подготовки .
1.2. Состояние автоматизации ТПП деталей РКТ .
1.3. Применение аддитивных технологий в аэрокосмической отрасли
1.4. Применение и особенности изготовления вафельной конструкции обечайки
1.5. Анализ существующих исследований и практических решений по фрезерной обработке корпусных деталей из алюминиевых сплавов
1.5.1. Анализ существующих вариантов расчета сил и контактных давлений для исключения деформаций при фрезеровании корпусных деталей.
1.5.2. Применение метода конечных элементов для оценки воздействия силовых факторов на деталь при фрезеровании .
1.6. Цель и задачи работы
ГЛАВА 2. Обеспечение эффективности тпп за счет внедрения прогрессивных технологий . 37
2.1. Применение информационных технологий для автоматизации процессов ТПП 37 Стр.
2.1.1. Разработка сквозного параллельного цикла ТПП изделий РКТ. 37
2.1.2. Разработка алгоритма согласования технологической документации в электронном виде 41
2.2. Применение аддитивных технологий для снижения трудоемкости проектирования СТО 49
ГЛАВА 3. Оптимизация подготовки производства корпуса перспективного изделия РКТ с ВКО 58
3.1. Конструктивные и технологические особенности корпуса перспективного изделия с ВКО 58
3.2. Исследование технологичности вафельной конструкции обечайки 60
3.3. Выбор стратегий обработки типового элемента вафельной конструкции 64
3.4. Оптимизация режимов обработки с целью исключения деформаций элементов вафельной конструкции с заданными параметрами 72
3.4.1. Расчет сил и контактных нагрузок при фрезеровании концевыми фрезами алюминиевого сплава с заданными характеристиками 73
3.4.2. Разработка программы (Trailer mill) и расчет усилий резания,
действующих на элементы обечайки с вафельной конструкцией
3.5. Методика оптимизации технологии обработки обечайки с
вафельной конструкцией 91
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования обрабатываемости высокопрочных алюминиевых сплавов 94
4.1. Цели исследований и показатели обрабатываемости 94 Стр.
4.2. Исследование зависимости шероховатости от режима резания 95
4.2.1 Оборудование и инструмент для проведения экспериментов 95
4.2.2 Практические результаты по обработке концевыми фрезами 97
4.2.3 Зависимости производительности, мощности, крутящего момента 103
4.3. Исследование обрабатываемости по усилию резания 105
4.4. Исследование стойкости твердосплавной фрезы и определение количества фрез для обработки корпуса нового корабля
ГЛАВА 5. Апробация результатов работы 116
5.1. Производственная проверка алгоритма согласования и утверждения ТД в электронном виде 116
5.2. Экспериментальная проверка оптимизации стратегий обработки кармана ВКО 118
5.3. Экспериментальная проверка полученных зависимостей шероховатости от режимов обработки
5.3.1 Деталь «Элемент вафельной конструкции» 119
5.3.2 Деталь «Рамка» 122
5.4. Производственно-экспериментальная проверка результатов работы на примере изготовления сегмента ВКО корпусной детали перспективного изделия 125
Общие выводы 132
Список литературы
- Состояние автоматизации ТПП деталей РКТ
- Разработка алгоритма согласования технологической документации в электронном виде
- Расчет сил и контактных нагрузок при фрезеровании концевыми фрезами алюминиевого сплава с заданными характеристиками
- Зависимости производительности, мощности, крутящего момента
Введение к работе
Актуальность работы. Мировой рынок космических изделий
характеризуется устойчивой конкуренцией между основными производителями ракетно-космической техники (РКТ). В связи с этим конкурентоспособность отечественной ракетно-космической промышленности в значительной степени определяется задачами модернизации технологической базы, методами и средствами планирования и управления производством.
Актуальность работы определяется задачами, стоящими перед ЗАО «ЗЭМ» РКК «Энергия» (ЗАО «ЗЭМ») как к головному предприятию на ближайшие 5 лет, а именно помимо производства серийных кораблей это изготовление перспективных изделий РКТ, таких как новые модули международной космической станции, космический корабль нового поколения и другие.
Космический корабль нового поколения, а также другие перспективные космические системы, будут иметь принципиально новые конструктивные решения, такие как вафельная конструкция обечайки (ВКО) корпуса, применение высокопрочных алюминиевых сплавов. Проведение технической подготовки производства изделий предполагается в едином информационном пространстве с помощью 3-D моделирования в системах автоматизированного проектирования (САПР).
Необходимость обеспечения жестких сроков на подготовку производства
и изготовление изделий РКТ в сочетании с новым конструктивом требует
использования эффективных организационно-технических решений и
внедрения прогрессивных технологий.
Поскольку производство изделий РКТ является единичным или мелкосерийным, то в общем цикле создания изделия значительную часть занимает технологическая подготовка производства (ТПП).
Поэтому работа, направленная на повышение эффективности
технологической подготовки производства изделий РКТ, является актуальной.
Цель работы. Минимизация трудоемкости ТПП по ключевым направлениям изготовления деталей и узлов перспективных изделий РКТ.
Задачи работы:
-
Определить ключевые направления ТПП и пути повышения ее эффективности при изготовлении перспективных изделий РКТ.
-
Повысить эффективность ТПП за счет автоматизации разработки и согласования технологической документации (ТД).
-
Повысить эффективность ТПП в части проектирования средств технологического оснащения (СТО) за счет применения аддитивных технологий.
-
Разработать методику проведения ТПП для изготовления крупногабаритных корпусных деталей с вафельной конструкцией обечайки.
-
Определить шероховатость, усилия резания и стойкость инструмента при фрезеровании перспективных высокопрочных алюминиевых сплавов.
-
Определить допустимые режимы резания при фрезеровании для исключения деформации дна кармана ВКО крупногабаритного корпуса.
Научная новизна:
-
Разработана методика проведения ТПП сложного технического объекта – корпусной детали с ВКО, включающая управление ТПП, анализ технологичности конструкции, выбор оптимальной стратегии обработки типового элемента ВКО, оптимизацию режимов обработки с учетом исключения деформации элементов ВКО.
-
Доказана возможность применения аддитивных технологий для повышения эффективности проектирования СТО.
-
Получены новые результаты в области резания высокопрочных алюминиевых сплавов: значения шероховатости и силы резания при фрезеровании, экспериментальные данные по стойкости инструмента.
-
Доказана эффективность взаимодействия нескольких инженерных групп в различных САПР и PDM-системе при электронном согласовании ТД.
Практическая ценность работы:
-
Разработан и внедрен алгоритм согласования ТД в электронном виде.
-
Получены практические зависимости в области фрезерной обработки высокопрочных алюминиевых сплавов.
-
Разработана и утверждена инструкция по ТПП деталей с ВКО, основные положения подтверждены практической апробацией при разработке технологического процесса изготовления сегмента корпуса нового корабля и других типовых деталей.
-
Разработана технология изготовления пучка трубопроводов с применением метода селективного лазерного спекания (СЛС).
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Методика решения задачи обеспечения эффективности ТПП сложного технического объекта – корпусной детали с ВКО, включая анализ технологичности конструкции, выбор стратегий и оптимизацию режимов обработки с учетом исключения деформации дна и стенок кармана.
-
Информационное обеспечение для решения задачи повышения эффективности, включая:
- значения шероховатости поверхности и стойкости инструмента при фрезеровании высокопрочных алюминиевых сплавов;
- влияние выбора стратегий врезания на силы, действующие на дно
кармана;
- зависимости результирующей силы резания при сравнительной
обработке 3-х марок перспективных алюминиевых сплавов.
3. Доказательство возможности построения эффективного алгоритма
согласования и утверждения ТД в электронном виде.
Методы исследования. Работа включает в себя теоретические и экспериментальные методы исследования и моделирование на ЭВМ. Использованы основные положения технологии машиностроения, теории резания, методов математического моделирования и программирования. Исследование деформации обечайки с вафельной конструкцией проводились на ЭВМ на основе метода конечных элементов (МКЭ) с использованием полученных расчетных и экспериментальных данных. Экспериментальные исследования обрабатываемости высокопрочных алюминиевых сплавов и влияния режимов резания на показатели качества обработанных поверхностей выполнены как на экспериментальных установках, так и в реальных производственных условиях при обработке сегмента корпуса с ВКО.
Реализация результатов работы. Результаты работы реализованы в разработанных и внедренных в производство технологических процессах механической обработки сегмента нового корабля и сборки трубопроводов на ЗАО "ЗЭМ", а согласование ТД по механической обработке проводится по алгоритму, разработанному в рамках данной работы. Полученные в работе рекомендации по отработке на технологичность, стратегиям врезания и обработки, а также режимам резания при изготовлении деталей с ВКО использованы в выпущенной и внедренной в производство на ЗАО «ЗЭМ» технологической инструкции.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы обсуждены на 24-й Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях». Пенза, 2011; 19-й научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 50-летию первого полета человека в космос. Королев, МО, 2011; 3-ей и 4-той Всероссийской научно-технической конференции «Будущее машиностроения России». Москва, 2010 -2011; городской конференции «Инновации в жизнь». Королев, МО, 2012; научных семинарах кафедры инструментальной техники и технологий» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Москва, 2010 - 2015.
Публикации. По содержанию работы и основным результатам
исследований опубликовано 11 научных работ, в том числе один патент на изобретение и пять статей в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, общим объемом – 5,15 п.л.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 165 страницах текста и содержит 81 рисунок, 20 таблиц, список литературы из 71 наименования.
Состояние автоматизации ТПП деталей РКТ
Электромонтажные технологии составляют почти 14% от общей трудоемкости изготовления корабля. Данный тип технологий используется в цехах приборного производства, а также в цехах главной сборки изделий. Определяющим фактором эффективности этих технологий является труд электромонтажника и его квалификация.
Следующую группу технологий, составляющую почти 8% от общей трудоемкости, составляют сборочные, сварочные и клепальные технологии. Эти технологии характеризуются использованием специальной оснастки, разрабатываемой и изготавливаемой в большинстве случаев для каждого нового изделия индивидуально. Это, прежде всего стапельная оснастка для сборки, клепки корпусов изделий, а также специальная крупногабаритная оснастка для сварочных установок, необходимая для базирования, закрепления частей корпуса и обеспечения движения вдоль стыка сварочной головки.
Применяемые технологии сборки и сварки постоянно модернизируются и улучшаются исходя из результатов работы. Однако особенности конструкции корпуса космического корабля нового поколения, а также некоторых других перспективных изделий, где предполагается сварка на порядок больших толщин алюминиевых сплавов с повышенной прочностью в совокупности с повышенными требованиями к прочности сварного шва, требует внедрения современных технологий сварки, такой, как сварка трением с перемешиванием.
Наконец крайняя группа технологий, занимающая существенную часть общей трудоемкости (5.3%), являются технологии нанесения теплозащитных покрытий. Космический корабль при спуске с орбиты, проходя плотные слои атмосферы, подвергается сильному тепловому воздействию. Для защиты корабля от повреждения и разрушения вследствие этого воздействия, внешнюю поверхность спускаемого аппарата защищают с помощью нанесения ТЗП. Технология нанесения ТЗП имеет свою специфику: спускаемый аппарат помещается в специальную камеру, называемую автоклав, где слоями наносится несколько разных покрытий при определенной температуре и через заданные промежутки времени.
Если рассматривать обозначенные технологии применительно к изготовлению перспективных изделий, в частности, космического корабля нового поколения, то следует выделить некоторые технологии, которые неизбежно потребуют повышения эффективности. Учитывая изменившиеся габариты и конструктив нового корабля, можно с уверенностью сказать, что обеспечения эффективности технологий механической обработки потребуется проведение предварительных теоретических и практических исследовательских работ. Внедрение крупногабаритного оборудования для мехобработки, дальнейшее внедрение токарных и фрезерных обрабатывающих центров необходимо для освоения огромной номенклатуры деталей нового корабля. Применение высокопрочных алюминиевых сплавов в корпусных деталях и деталях силового набора требует проведения исследований в области обрабатываемости этих сплавов. Применение вафельной конструкции обечайки корпуса нового корабля делает необходимым проведение анализа обрабатываемости такой конструкции. Необходимо учитывать и тот факт, что структура трудоемкости механической обработки существенно изменится в сторону увеличения доли обработки на оборудовании с ЧПУ, а весомая часть трудоемкости слесарной обработки аннулируется ввиду применения современного оборудования, инструмента и технологий.
Одной из основных технологий при изготовлении корабля, несомненно, будут технологии испытаний. Часть работ по этому направлению возможно проводить на существующем модернизированном оборудовании. В настоящий момент проведена глубокая модернизация криогенного стенда для испытаний шар-баллонов, модернизированы бронекабины для испытаний на прочность узлов арматуры, а также пневмопульты и вакуумные камеры. Для пневмогидроиспытаний нового корабля на разных стадиях готовности необходима модернизация вакуумной камеры соответствующего размера, вследствие чего для испытаний нынешнего поколения кораблей проводится ремонт и модернизация вакуумной камеры меньшего размера. Таким образом, для проведения испытаний нового корабля необходимо продолжать модернизацию оборудования, а технологии испытаний останутся ключевым направлением с уровнем трудоемкости 18-20%.
Благодаря применению современных технологий механической обработки, электроэрозионной обработки, гидроабразивной резки и т.д. ожидается существенное снижение трудоемкости слесарных работ, до 8-10%. При изготовлении корабля нового поколения применение слесарной обработки необходимо только в тех случаях, когда это целесообразно и эффективно исходя из мелкосерийности выпуска космических кораблей. Слесарные способы обработки практически не подвержены автоматизации, модернизации или какому-либо повышению эффективности, и с учетом внедрения современного оборудования и технологий при изготовлении корабля нового поколения слесарные технологии не являются ключевым направлением.
Объем электромонтажных работ при изготовлении нового корабля ожидается на том же уровне в 14% от общей трудоемкости изделия. Технологии электромонтажных работ также слабо подвержены автоматизации и модернизации и во многом зависят от квалификации исполнителя. Из-за применения нового конструктива при изготовлении космического корабля нового поколения ожидается снижение протяженности сварных швов до 5 раз. Поэтому в целом ожидается снижение трудоемкости сборочно-сварочных операций. Однако в конструкции корпуса нового корабля предусмотрены высокие требования по прочности сварных швов и необходимость сварки больших толщин металла (сварка плит толщиной 30мм). Поэтому при изготовлении корпуса необходимо применение нового типа сварки – сварки трением с перемешиванием. Для реализации этого процесса требуется приобрение и освоение крупногабаритного оборудования, и разработки и изготовления оснастки принципиально нового конструктива, обеспечивающей заданную жесткость закрепления свариваемых частей. Также вследствие изменения габаритов нового корабля по сравнению с кораблем «СОЮЗ» потребуется проектирование и изготовление значительного количества стапельной оснастки. Изменение конфигурации трубопроводных систем делает необходимым проектирование новых приспособлений для сборки-сварки отдельных трубопроводов и пучков трубопроводов. Поэтому задача повышения эффективности подготовки производства в части проектирования оснастки и разработки технологических процессов сборки-сварки является актуальной и реализуется посредством автоматизации процессов проектирования КД и ТД.
Разработка алгоритма согласования технологической документации в электронном виде
Как уже упоминалось в главе 1, производство РКТ является единичным, а в общем цикле создания изделия значительную часть занимает технологическая подготовка производства. Перспективным направлением повышения эффективности ТПП является внедрение, использование и постоянное развитие, поддержка на современном уровне прогрессивных информационных технологий, к которым в первую очередь, относятся САПР и PDM-системы.
Эффективность использования САПР определяется способностью сократить сроки конструкторско-технологической подготовки производства. Для определения механизма влияния САПР ТП на сокращение сроков подготовки производства были проведены экспериментальные работы с использованием методики сквозного параллельного цикла в сравнении с традиционным последовательным (Рис. 1.4).
При внедрении сквозного параллельного цикла автоматизации проектирования технологического процесса, создание управляющих программ для станков с ЧПУ является составной частью комплексной автоматизации процессов проектирования и выпуска конструкторской и технологической документации, конструкторско-технологического документооборота и электронного архивирования [24,25]. Задачей проведенных экспериментальных работ было установить, насколько комплексная автоматизация позволяет сократить цикл технологической подготовки производства за счет параллельности процедур при работе в едином информационном пространстве посредством PDM-системы, где доступ к изделию на любой стадии разработки может осуществляться одновременно несколькими инженерными группами: проектантами, конструкторами, технологами разных подразделений. Второй задачей было проверить распространенную гипотезу о том, что эффект при автоматизации достигается, когда все аспекты инженерного труда при конструкторско-технологической подготовке производства в сквозном параллельном цикле автоматизируются при помощи какой-либо одной системы. В качестве основного аргумента в пользу этого утверждения выдвигается то, что издержки от потери информации при сопряжении различных систем автоматизации проектирования несоизмеримо больше, чем издержки, вызванные слабостью каких-либо функций в той или иной системе.
Для оценки эффективности сквозного параллельного цикла при конструкторско-технологической подготовке производства по сравнению с последовательным при применении именно одной системы автоматизированного проектирования, составлена схема прохождения традиционного последовательного цикла конструкторско-технологической подготовки производства и определены ее этапы (Рис. 1.4). При последовательном цикле очередной этап работы начинается только после завершения предыдущего [26] и оформления соответствующей документации в бумажном виде.
Преимущества такого пути заключаются в том, что обмен данными через бумажные документы, выпускаемые в установленном стандартами порядке, позволяет проводить автоматизацию каждого из этапов технологической подготовки производства в любом удобном для этого программном продукте, не привязываясь к автоматизации другого этапа.
Главными недостатками являются длительность цикла, где почти каждый этап начинается после окончания предыдущего, а также повторное создание в электронном виде данных, ранее уже созданных на предыдущих этапах.
При работе в рамках сквозного параллельного цикла (Рис. 2.1) за счет работы в единой информационной среде на первом этапе во время проектирования и разработки КД изделия есть возможность параллельно заниматься отработкой на технологичность, а также технологическим планированием, чтобы к моменту окончания разработки изделия в виде 3-D модели сборки был выпущен маршрут изготовления изделия и, таким образом, была подготовлена вся информация для перехода ко второму этапу сквозного параллельного цикла.
На втором этапе осуществляется параллельная работа конструкторских и технологических групп в единой информационной среде: на основе 3-D модели изделия конструктора занимаются оформлением чертежей для производства и контроля изделия, а ТПП продолжается в виде разработки технологической документации, проектирования и изготовления СТО.
Таким образом, к моменту перехода на третий этап сквозного параллельного цикла, полностью проведена технологическая подготовка и выпущены чертежи изделия, что позволяет произвести изготовление и дальнейший контроль изделия. Применение сквозного параллельного цикла при конструкторско технологической подготовке позволило часть этапов провести параллельно, что существенно повысило эффективность конструкторско-технологической подготовки в целом и технологической подготовки производства в частности. На диаграмме (Рис. 2.2) показано сокращение периода конструкторско-технологической подготовки производства за счет использования сквозного параллельного цикла.
Сравнительная диаграмма этапов последовательного и сквозного параллельного циклов подготовки производства изделия Результаты экспериментальных работ также показали, что, несмотря на возможность потерь части данных при использовании разных САПР, использование различных систем оправдано, т.к. ни одна из соответствующих систем автоматизированного проектирования не обладает всеми возможностями, требуемыми для создания изделия.
Существенно повысила эффективность использования сквозного параллельного цикла подготовки производства возможность обмена данными между САПР «Pro/Engineer» и САПР «ADEM» в единой информационной среде PDM-системы «Windchill». По результатам проведенных работ можно отметить, что применение сквозного параллельного цикла с использованием различных специализированных САПР хотя обычно и сопряжено с отмеченными недостатками, но, тем не менее, показало свою эффективность и обеспечило значительное сокращение длительности подготовки производства по сравнению с традиционным последовательным циклом.
Как упоминалось в п.2.1.1, необходимость обеспечения жестких сроков на подготовку производства и изготовление космического корабля нового поколения, современных спутников различного назначения требует использования эффективных организационно-технических решений, в том числе по автоматизации ТПП. Эффективным направлением автоматизации технологической подготовки производства считается электронное согласование технологической документации [27,28]. Автоматизация в этой области позволяет сократить цикл технологической подготовки производства и решить другие проблемы. Для проведения оценки затрат на разработку и согласование технологической документации был разработан классификатор деталей РКТ, позволяющий разделить детали фрезерного и токарного типа по группам сложности - Таблица 3
Расчет сил и контактных нагрузок при фрезеровании концевыми фрезами алюминиевого сплава с заданными характеристиками
Характеризуется высокой подачей, сопоставимой с основной подачей обработки, нагрузка в момент перехода к обработке заданной глубины прохода минимальна. После врезания остается колодец, имеющий геометрию, эквидистантную контуру обработки, который затем фреза пересекает при обработке слоя кармана, испытывая плавные изменения нагрузки, т.к. и колодец, и траектории движения фрезы при стратегиях «эквидистанта» и «спираль» имеют эквидистантные траектории. Данная стратегия подходит для большинства современных фрез, имеющих возможность врезания под углом.
С точки зрения машинного времени процесса врезания описанные выше стратегии принципиально не отличаются. Врезание «вертикальное» имеет наименьшую длину траектории, однако и минутная подача значительно ниже, чем у двух последующих стратегий. Стратегии врезание «спиральное» и «спиральное по контуру» имеют приблизительно одинаковые длины траекторий и величину подачи, поэтому машинное время обработки идентично (Таблица 6).
Таким образом, исходя из проведенного анализа, принимаем оптимальной стратегию врезания спиральное по контуру – она обеспечивает движение фрезы с плавными изменениями нагрузки, что позволяет работать на высоких режимах резания, а также подходит для большинства современных фрез. Далее рассмотрим возможные стратегии обработки кармана на основе возможностей модуля САМ САПР «ADEM». Принципиально можно выделить 4 типа стратегий, которые можно использовать для обработки кармана, это: - «зигзаг» - прямолинейные движения фрезы вдоль одной из сторон контура, со сдвигом на величину глубины резания на рабочей подаче вдоль другой из сторон контура (Рис. 3.8). Эта стратегия характеризуется частой сменой направления движения на 180 и сменой встречной на попутную схему фрезерования и наоборот, что негативно сказывается на стойкости инструмента, качестве обработки и требует корректировки режимов обработки в сторону сокращения. При такой стратегии, как правило, требуется последний чистовой проход из-за остающихся гребешков по сторонам сдвигов на величину глубины резания.
Нагрузка на инструмент (Р, Мкр.) Высокая, переменная Высокая, переменная Минимальная, постоянная Инструмент С возможностьювертикальноговрезания С возможностьюврезанияпод углом С возможностью врезания под углом Tмаш, сек 0.39 0.42 0.43 - данные при обработке одного слоя кармана заданного размера с врезанием фрезой диаметром 16 мм и радиусом 2 мм на торце. - «петля» - прямолинейные движения фрезы вдоль одной из сторон контура в одну сторону, со сдвигом на величину глубины резания после подъема в плоскость холостых ходов. Эта стратегия характеризуется возможностью выбора встречной или попутной схемы фрезерования и необходимостью подъема инструмента на плоскость холостых ходов и последующего врезания для каждого сдвига на величину глубины резания (Рис. 3.8). При стратегии «петля» требуется последний чистовой проход из-за остающихся гребешков по сторонам сдвигов на величину глубины резания. Все эти факторы существенно увеличивают трудоемкость обработки кармана. - «эквидистанта» - обработка кармана по контурам, эквидистантным контуру кармана, со сдвигом на глубину резания от контура к контуру (Рис. 3.9). Эта стратегия характеризуется равномерной нагрузкой на инструмент при движении по контурам и изменениями нагрузки при переходе от контура к контуру, что требует корректировки режимов обработки в сторону сокращения.
Стратегия обработки «эквидистанта» без функции и с функцией скругления траектории При использовании стратегии «эквидистанта» существенно снижаются скачки нагрузки, а применение функции введения радиуса скругления в углах траектории позволяет интенсифицировать режимы обработки (Рис. 3.9). При такой стратегии в большинстве случаев не требуется чистовой проход по контуру кармана, им является последний эквидистантный проход. - «спираль» - обработка кармана вдоль контура по спирали, с шагом, равным глубине резания (Рис. 3.10). Эта стратегия характеризуется постоянной нагрузкой на инструмент в течении всего времени обработки кармана, что позволяет максимально интенсифицировать режимы обработки. Применение функции введения радиуса скругления в углах траектории также позволяет интенсифицировать режимы обработки (Рис. 3.10).
Зависимости производительности, мощности, крутящего момента
Процесс согласования технологической документации в электронном виде, разработка алгоритма которого представлена в главе 2, прошел апробацию и внедрение в подразделениях механообработки ЗАО «ЗЭМ» (Таблица 16), и продолжается его внедрение в подразделениях других направлений ТПП.
Необходимо отметить, что апробация процесса согласования в электронном виде производилась на деталях средней степени сложности (2-3 группа классификатора, Таблица 16), которые составляют 3/4 от общего количества номенклатур. Результаты такого процесса для 1 и 4 групп будут несколько отличаться.
Процесс согласования технологической документации в электронном виде на основе PDM-системы «Windchill» подтвердил свою эффективность при проведении технологической подготовки производства, однако на начальном этапе технические и организационные вопросы вызывали существенные задержки (Таблица 16).
Это вызвано в том числе и тем, что для разработки и эксплуатации автоматизированных систем можно привлекать специалистов в относительно узких областях, таких как технология машиностроения, разработка программного обеспечения и других, но только в составе групп, объединяющих специалистов разного профиля, работающих над одной проблемой [67-68], а это не всегда сразу удается реализовать. После настройки системы, адаптации специалистов и решения организационных вопросов процесс согласования в электронном виде укладывается в расчетные временные рамки.
Целью проведения данной проверки является экспериментальное определение стратегии врезания, которая оказывает минимальное усилие на дно при условии одинакового времени обработки кармана.
При экспериментальных исследованиях рассматривались три типовые стратегии врезания: спиральное по контуру, вертикальное и спиральное (Рис. 5.1), применялась твердосплавная фреза диаметром 16 мм Walter H602091-16-24-2 z=3, предназначенная для обработки алюминиевых сплавов.
Режимы обработки подбирались исходя из рекомендуемой подачи и равного времени обработки кармана при трех различных стратегиях врезания.
При таких условиях минимальное усилие при врезании зафиксировано при стратегии врезания спиральное по контуру, которое составило 170Н (Рис. 5.2) в конечный момент врезания. Усилие при спиральном врезании составило 240Н.
Таким образом, для обеспечения наименьшей силы, действующей при врезании на дно кармана, необходимо применять стратегию врезания «спиральное по контуру».
С учетом полученных рекомендаций по обработке перспективных алюминиевых сплавов разработаны технологические процессы, управляющие программы и обработаны макеты типовых деталей на фрезерном ОЦ TOYODA UG550 (Рис. 5.3). Обработана деталь «Элемент вафельной конструкции» с пазами размерами 50х70 мм, толщиной стенки между пазами 3±0,2 мм, размером по дну пазов 3±0,2 мм. Заготовкой для элемента служила плита из алюминий-литиевого сплава В-1469 размерами 300x325x70 мм. Электронная модель детали и деталь с технологическими прибылями для закрепления на столе обрабатывающего центра показаны на Рис. 5.4.
При обработке элемента использованы инструменты: фреза концевая сборная диаметром 25 мм Iscar HM90 EAL-D25-C25-L140-15, z=2; фреза концевая диаметром 16 мм Master Cut Tool R2 цельная твердосплавная 88140, z=2. Режимы фрезерования соответствовали средним значениям диапазонов, полученных в п.4.2.
Измерение шероховатости обработанных поверхностей выполнено следующим образом: с помощью портативного профилометра Mitutoyo Surftest SJ-301 (Рис. 4.1) по каждой поверхности детали проведено 3 измерения параметра шероховатости Ra (аналогично измерениям п.4.2.1). На Рис. 5.5 цифрами обозначены обработанные поверхности, по которым проведено измерение параметра шероховатости Ra. В Таблице 17 представлены результаты измерений шероховатости поверхностей детали.
Как следует из результатов измерений, шероховатость обработанных поверхностей не превышает Ra1,6мкм, что соответствует результатам, полученным для указанных фрез при экспериментальных исследованиях п.4.2.2. Деталь «Рамка» изготовлена в количестве 2 шт. из алюминий-литиевого сплава В-1469 и алюминий-скандиевого сплава 01570С. Фотография детали, установленной на столе станка на приспособлении, показана на Рис.5.6.