Введение к работе
Актуальность проблемы
Повышение надежности, точности, а также снижение трудоемкости изготовления и контроля деталей и узлов ГТД являются важнейшими задачами производства авиадвигателей. В значительной мере это относится к производству лопаток, доля которых в общем количестве деталей ГТД состаатяет в среднем 50%, а трудоемкость доходит до 35% от трудоемкости двигателя.
Для решения указанных задач на моторостроительных предприятиях постоянно совершенствуется оборудование и технология изготовления и контроля, вводятся в действие металлообрабатывающие станки с ЧПУ, робототехнические системы, создаются автоматизированные системы технологической подготовки производства (АСТПП).
В состав современной АСТПП «Лопатка» входят: подсистема объемного математического моделирования поверхностей пера лопаток; подсистема автоматизированного проектирования технологической оснастки; подсистема автоматизированного оформления чертежей лопаток и оснастки; подсистема подготовки управляющих программ для изготовления лопаток и оснастки на станках с ЧПУ; база данных лопаток и оснастки; участки станков с ЧПУ, управляемых от ЭВМ, для изготовления лопаток и оснастки. Все подсистемы взаимодействуют между собой по каналам связи или при помощи машинных носителей информации.
Несмотря на достигнутые успехи технологический цикл нельзя считать полностью автоматизированным и законченным, поскольку операции контроля геометрических параметров лопаток выполняются вручную.
Сказанное особенно относится к крупногабаритным вентиляторным лопаткам, при изготовлении которых используется ручной груд на финишных операциях, определяющих точность профиля пера. Контроль профиля пера таких лопаток в цеховых условиях в настоящее время производится с использованием шаблонов или специально за-профилированных оптико-механических приборов. Это обуславливает крайнюю сложность технологической подготовки производства и контроля, поддержания точности шаблонного хозяйства, особенно при освоении новых изделий или внесении изменений в профиль пера выпускающихся лопаток.
Для исследовательских целей, арбитражных замеров, обмера шаблонов и эталонов применяются универсальные координатно-измери-тельные машины (КИМ), устанавливаемые, как правило, в специаль-
ных помещениях. Их применение не решает задачи 100% контроля геометрии вентиляторных лопаток из-за ограниченного количества машин вследствие дороговизны, сложности эксплуатации и низкой производительности, необходимости дополнительного высококвалифицированного персонала.
Поэтому исследования, направленные на совершенствование технологии контроля геометрии вентиляторных лопаток путем создания специализированных автоматических средств контроля цехового уровня, а также на совершенствование традиционных способов являются актуальными.
Актуальность темы нашла свое отражение в планах новой техники и технического перевооружения ПО «Моторостроитель» (теперь АО «Мотор Січ»), разработанных с учетом программы ГК по науке и технологии Украины «Развитие производственных мощностей по выпуску крупногабаритных двигателей» и комплексной программы МАП, ВВС, ГВФ от 02.06.88 «Создание авиационных двигателей на период до 2000 г.» Цель и задачи исследования
Целью диссертационной работы является создание новых технологических решений контроля геометрических размеров деформируемых изделий и оборудования для их осуществления.
Достижение поставленной цели обусловило необходимость решения следующих научных и инженерных задач:
разработать метод многоканального измерения криволинейных поверхностей пера лопатки, рассматриваемой как упругое тело, обеспечивающий автоматизацию, необходимую точность, производительность и надежность в цеховых условиях;
разработать способ вписывания идеального профиля в реальный, обеспечивающий минимальное значение погрешностей оценки искажений и смещений реального профиля относительно заданного и параметров профиля в технологически допустимое время;
разработать принципы создания переналаживаемой контрольно-измерительной оснастки для контроля геометрии сложных деталей;
разработать и внедрить в производство новые средства контроля геометрии лопаток.
Методы исследований При выполнении работы применялись аналитические и экспериментальные методы исследований, базирующиеся на теории точности машин и механизмов, теории погрешностей, методе конечных элементов, статистическом моделировании на ЭВМ.
Научная новизна
Разработана деформационная модель вентиляторной лопатки при различных условиях закрепления, находящейся под воздействием точечной силы, и способ оперативного учета соответствующих упругих деформаций в процессе контроля многоканальными датчиками касания.
Разработан способ контроля геометрических размеров деформируемых изделий, обеспечивающий большое быстродействие за счет многоканальное. и, в то же время, малое контактное давление на контролируемую деталь и незначительную ее деформацию за счет нелинейного характера восстанавливающей силы.
Разработан оптимальный по быстродействию способ оценки соответствия геометрии сечения точностным требованиям, основанный на двухэтапной процедуре: 1) вначале быстром определении смещений и отклонений реального профиля от идеального по результатам вписывания идеального профиля в полученные координаты, основанный на критерии минимума с.к.о. и 2) затем, в случае отрицательного результата первого этапа, применении минимаксного критерия к значениям максимального отклонения профиля в тело сечения.
Разработана методика расчета точностных характеристик оборудования для реализации способа.
Разработана методика автоматизированной оценки соответствия реального профиля технологическим требованиям. Практическая ценность работы
Развитые в работе методы автоматического высокопроизводительного контроля геометрических параметров упругих тел, в частности, лопаток для авиадвигателей, могут быть ипользованы для построения широкой гаммы специализированных координатно-измерительных машин контроля геометрии лопастей энергетических машин, вентиляторов, ветряных двигателей, судовых и авиационных винтов и других изделий сложной формы. Практическая ценность работы заключается также в том, что ее результаты могут быть использованы и в других отраслях машиностроения при создании унифицированной технологической оснастки, составной частью которой являются переналаживаемые контрольно-измерительные приспособления. На защиту выносятся:
способ контроля геометрических параметров деформируемых изделий типа лопаток и лопастей;
методика расчета точностных характеристик оборудования для реализации способа;
методика автоматизированной оценки соответствия реального профиля технологическим требованиям;
состав, устройство и рекомендации по использованию унифицированной перестраиваемой технологической оснастки для производства и контроля сложных деталей двигателей.
Практическая реализация работы
Проведенные исследования позволили разработать технологические решения, положенные в основу создания системы контроля профиля пера вентиляторных лопаток ГТД типа ВЕНТА, а также унифицированной оснастки как для повышения точности и производительности изготовления сложных деталей двигателей, так и для контрольно-измерительных операций.
Реализация результатов исследований выполнялась путем разработки рабочей документации на систему контроля профиля пера вентиляторных лопаток к авиадвигателям Д-18Т, Д-36 и Д-436, изготовление которой завершается в настоящее время в АО «Мотор Січ», а также путем разработки технической документации, изготовления переналаживаемых контрольно-измерительных приспособлений и технологической оснастки и отработки технологии их использования в цехах АО «Мотор Січ».
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на заседаниях научно-технического совета АО «Мотор Січ», научно-технических совещаниях предприятий отрасли, на Всероссийском семинаре «Проблемы динамики и прочности электро- и энергомашин» в Институте проблем машиноведения РАН (С-Петербург, 1993), на 2-й Международной конференции «Датчики электрических и неэлектрических величин» (Барнаул, 1995), на совместных семинарах и совещаниях специалистов АО «Мотор Січ», НПО «Метрология», НПО «Днепрчерметавтоматика» и УкрНИИТМ в 1992—1994 г.г. под руководством д.т.н. Ободана В.Я. Полностью работа доложена на семинаре кафедры технологии машиностроения ХАИ.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 17 работ в т.ч. 10 изобретений. Список основных публикаций приведен в автореферате. Объем и структура работы Реферируемая диссертация общим объемом 176 страниц состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы из 89 наименива-ний, а также 8 приложений на 38 стр.