Quali sono le principali tecnologie e gli utilizzi futuri del centro di tornitura-fresatura?
Efficienza e precisione della lavorazione sono gli obiettivi eterni perseguiti nella lavorazione dei metalli. Con il continuo sviluppo della tecnologia CNC, della tecnologia informatica, della tecnologia delle macchine utensili e della tecnologia di lavorazione, il concetto di lavorazione tradizionale non riesce a soddisfare i requisiti delle persone in termini di velocità di lavorazione, efficienza e precisione. In questo contesto, è nata la tecnologia di lavorazione composita. In generale, la lavorazione composita si riferisce alle apparecchiature di lavorazione che completano diversi processi o diversi metodi di tecnologia di lavorazione.
L'attuale tecnologia di lavorazione dei compositi si manifesta principalmente in due tipi diversi: uno è basato sull'energia o sul movimento di diversi metodi di lavorazione dei compositi; un altro è basato sul principio di centralizzazione del processo, basato sulla lavorazione del composito basata sul processo. La lavorazione dei compositi di fresatura e tornitura è stata uno degli sviluppi più rapidi nel campo dei metodi di lavorazione negli ultimi anni.
Gli attuali componenti dei prodotti aeronautici sono evidenziati come piccoli lotti multispecie, processi complessi e ampiamente utilizzati nella struttura generale a pareti sottili e materiali difficili da elaborare, quindi il processo di produzione generalmente esiste in un ciclo di produzione lungo, la quantità di materiale rimosso, l'efficienza di elaborazione è bassa e l'elaborazione di deformazione e altri gravi colli di bottiglia.
Per migliorare l'efficienza e la precisione di lavorazione dei prodotti complessi aeronautici, i tecnici hanno cercato metodi di lavorazione più efficienti e precisi. L'emergere di attrezzature di lavorazione composite di fresatura e tornitura per migliorare la precisione e l'efficienza di lavorazione delle parti aeronautiche fornisce una soluzione efficace.
Principalmente vantaggi
Rispetto al convenzionale Lavorazione CNC processo, la lavorazione dei materiali compositi presenta notevoli vantaggi soprattutto nei seguenti aspetti.
(1) accorciare la catena del processo di fabbricazione del prodotto e migliorare l'efficienza della produzione.
La tornitura e la fresatura di lavorazioni composite possono essere realizzate una volta caricata la scheda per completare tutto o la maggior parte del processo di lavorazione, accorciando così notevolmente la catena del processo di fabbricazione del prodotto. Ciò da un lato riduce la produzione di tempo ausiliario dovuto a modifiche nel caricamento della scheda, ma riduce anche il ciclo di fabbricazione di dispositivi e dispositivi e il tempo di attesa, il che può migliorare significativamente l'efficienza della produzione.
(2) Ridurre il numero di serraggi e migliorare la precisione della lavorazione.
La riduzione del numero di montaggi per evitare l'accumulo di errori causati dalla trasformazione del riferimento di posizionamento. Allo stesso tempo, la maggior parte delle attuali apparecchiature di lavorazione composte di tornitura e fresatura ha la funzione di rilevamento online, che può realizzare il processo di produzione di dati chiave nel rilevamento e nel controllo di precisione, migliorando così la precisione di lavorazione del prodotto.
(3) Ridurre lo spazio occupato e i costi di produzione.
La chiave per una lavorazione di precisione efficiente è realizzare un percorso di processo ragionevole, metodi di montaggio e una selezione di utensili ragionevoli in base alle caratteristiche del processo dei componenti e del processo di lavorazione composita di tornitura e fresatura.
La concentrazione del processo è la caratteristica di processo più distintiva della lavorazione composita. Pertanto, un percorso di processo scientifico e ragionevole è il fattore chiave per migliorare l'efficienza e la precisione della lavorazione di tornitura e fresatura.
Prendiamo come esempio il centro di lavorazione composito di fresatura e tornitura S192F della Swiss Baomei Company mostrato nella Figura 1, la macchina utensile ha fresatura a cinque assi, tornitura, alesatura, foratura, alimentazione automatica del taglio, ecc. Adotta il sistema di controllo numerico FANUC31i, che ha le funzioni di levigatura del vettore utensile, super prospettica, interpolazione ad alta velocità, ecc., ed è particolarmente adatto per lavorazioni ad alta velocità e precisione di parti come alberi e parti rotanti.
Nella lavorazione delle giranti aeronautiche, questo centro di lavorazione presenta vantaggi eccezionali. Quando si utilizzano barre di materiale come grezzi per giranti, il percorso del processo di lavorazione delle giranti convenzionale utilizza prima un tornio CNC per tornire il contorno esterno della girante, quindi esegue la tornitura fine del riferimento di lavorazione;
Su questa base, l'uso di centri di lavorazione CNC a cinque assi per la scanalatura, la sgrossatura, la semifinitura e la finitura del profilo e del mozzo; e infine nel centro di lavorazione a cinque assi o nell'attrezzatura di foratura per la lavorazione dei fori.
L'uso dei centri di fresatura e tornitura S192F non solo consente di completare tutte le lavorazioni del processo sopra descritto con un unico caricamento, ma quando il materiale della barra da lavorare può essere segato, l'alimentazione automatica e altre funzioni per ottenere la lavorazione in lotti delle giranti, l'intero processo può essere completato automaticamente senza intervento umano.
Il percorso del processo può essere impostato come segue: barra di caricamento del mandrino materiale → tornitura grezza profilo esterno girante → tornitura fine profilo esterno → fresatura a cinque assi scanalatura → lavorazione grezza del canale → semi-finitura del canale → finitura del canale → foratura → caricamento del mandrino posteriore → tornitura piano inferiore girante → foratura. Si può vedere che una scheda di caricamento per completare tutto il processo di lavorazione della girante, l'efficienza della lavorazione e la precisione possono essere notevolmente migliorate.
Per i centri di tornitura e fresatura con doppi portautensili (come i centri di tornitura e fresatura WFL austriaci mostrati nella Figura 2), le apparecchiature a doppia torretta hanno un sistema di controllo a doppio canale, i portautensili superiore e inferiore possono essere controllati individualmente e la lavorazione sincrona può essere ottenuta tramite istruzioni sincrone nel codice. Per dare pieno gioco alla capacità di elaborazione dell'apparecchiatura, è possibile nelle condizioni di elaborazione consentire la premessa di funzionamento sincrono tramite il doppio portautensili per ottenere le parti di più processi contemporaneamente.
Grazie all'impostazione sincronizzata dei portautensili superiore e inferiore, la sgrossatura del foro può essere completata contemporaneamente alla tornitura grezza della forma, migliorando ulteriormente l'efficienza della lavorazione. Il movimento sincronizzato dei portautensili superiore e inferiore per completare una serie di fori non solo migliora l'efficienza della lavorazione, ma riduce anche l'impatto della deformazione del pezzo in lavorazione attraverso lo spostamento reciproco della forza assiale della foratura.
Per realizzare questa funzione, è necessario effettuare uno studio sistematico e approfondito del programma di processo durante la progettazione preliminare del processo, determinare l'ordine seriale e parallelo del percorso del processo e realizzare le funzioni di cui sopra attraverso una combinazione ragionevole di procedure di lavorazione.
Tecnologia di programmazione CNC
Lo sviluppo della tornitura-fresatura, ma anche della tecnologia di programmazione CNC, impone requisiti più elevati, che limitano anche le attrezzature per la tornitura-fresatura nell'applicazione produttiva effettiva di un collegamento a collo di bottiglia.
Poiché la lavorazione dei compositi tramite tornitura e fresatura richiede un periodo di produzione più breve, in assenza di soluzioni professionali per la lavorazione dei compositi, solitamente si ricorre a software CAM generici per pianificare parte del programma di lavorazione e poi gli artigiani integrano manualmente il programma per adattare la macchina utensile per la lavorazione dei compositi ai requisiti del programma di lavorazione.
Questa soluzione è molto impegnativa per gli artigiani. Rispetto alla tradizionale tecnologia di programmazione CNC, le difficoltà di programmazione della lavorazione composta di fresatura e tornitura si riflettono principalmente nei seguenti aspetti.
(1) La varietà dei processi è complicata.
Per gli artigiani, non solo per essere in grado di padroneggiare la tornitura CNC, la fresatura multiasse, la foratura e altri metodi di lavorazione dei metodi di programmazione, ma anche per l'articolazione tra il processo e il modo in cui entra ed esce dall'utensile, è necessario definire con precisione. Pertanto, nella programmazione CNC, è necessario completare il modello di processo corrente e la distribuzione delle tolleranze di lavorazione per avere una comprensione intuitiva del successivo processo di programmazione e impostazione in entrata e in uscita dall'utensile.
(2) Il processo di programmazione dell'ordine parallelo delle stringhe deve essere determinato in stretta conformità con il percorso del processo.
Molte parti nella lavorazione del centro di tornitura e fresatura possono essere ottenute dalla materia prima al prodotto finito della lavorazione completa, quindi i risultati del programma di lavorazione devono essere coerenti con il percorso del processo. Allo stesso tempo, anche l'elaborazione parallela multicanale deve essere nel processo di preparazione del programma di lavorazione CNC per una considerazione completa. Si può vedere che per ottenere una lavorazione composita efficiente dovrebbero essere sviluppate soluzioni di processo integrate di simulazione-programmazione-processo.
(3) Per alcune funzioni della lavorazione di tornitura e fresatura, l'attuale software CAM di uso generale non lo supporta ancora.
Rispetto alla lavorazione convenzionale con un singolo dispositivo, la lavorazione composta di tornitura e fresatura con funzioni di movimento e lavorazione della macchina è più complessa; l'attuale software CAM generico non è ancora sufficiente a supportare completamente la programmazione di queste funzioni avanzate, come la misurazione online, la segatura, l'alimentazione automatica, il controllo della contropunta, ecc. Pertanto, l'uso di software CAM generico compilato dal programma richiede ancora molto lavoro manuale o interattivo per essere applicato alla lavorazione composta di tornitura e fresatura automatizzata.
(4) L'integrazione dei programmi di lavorazione.
Attualmente, il software CAM generale compilato dopo il completamento del programma NC è indipendente l'uno dall'altro, per realizzare il composto di tornitura-fresatura, un'elaborazione completa automatizzata così complessa, la necessità di questi programmi di lavorazione indipendenti integrazione e integrazione. Questa integrazione deve essere guidata dal percorso di processo della parte, prima, determinare quali programmi sono paralleli, quindi determinare la sequenza di lavorazione di diversi metodi di processo e fornire l'esatto cambio utensile, la sostituzione della scheda di montaggio, la conversione del riferimento, nonché le istruzioni in entrata e in uscita dall'utensile.
Come si può vedere, la programmazione CNC per la tornitura e fresatura è molto difficile e l'attuale software CAM generico per la tornitura e fresatura presenta ancora molti difetti e carenze.
Per compensare queste carenze, l'attuale software CAD/CAM generale basato sullo sviluppo della tecnologia di prodotto e delle attrezzature di lavorazione composite per lo sviluppo di sistemi di programmazione specializzati è una soluzione più realistica. Questo da un lato riduce la duplicazione degli investimenti nell'acquisizione di software ma evita anche la conoscenza del processo che non può essere riutilizzata a causa della piattaforma di programmazione non uniforme, del personale complesso e di altri difetti.
Tecnologia di post-elaborazione
La tecnologia di post-elaborazione della lavorazione composita di tornitura e fresatura e la tecnologia di programmazione CNC corrispondono alla lavorazione composita di tornitura e fresatura a causa della complessità del metodo di processo, delle parti mobili e di altri motivi, che pone requisiti più elevati per l'attuale software e tecnologia di post-elaborazione. Rispetto alle apparecchiature CNC convenzionali, le difficoltà della sua post-elaborazione si riflettono principalmente nei seguenti aspetti.
(1) Il movimento di articolazione tra diversi processi richiede una precisione rigorosa.
A causa della varietà di processi di lavorazione sulle apparecchiature di tornitura e fresatura, una volta completato il processo corrente, è necessario completare in modo tempestivo e accurato la commutazione automatica della modalità di lavorazione, degli utensili e delle parti mobili per garantire che il processo di lavorazione sia corretto e sicuro.
Per raggiungere questo scopo, da un lato, i requisiti di impostazione di un modo ragionevole di entrare e uscire dall'utensile e di cambio utensile automatico, temporizzazione di accensione e spegnimento del refrigerante e, cosa più importante, nel processo corrente devono essere impostati nel processo corrente di elaborazione della posizione di altre parti non mobili. Per evitare che la macchina utensile nel cambio utensile e nell'elaborazione di parti mobili e parti non mobili tra la collisione, per garantire la sicurezza e la stabilità del processo di lavorazione.
(2) La necessità di determinare automaticamente la sequenza del processo e il programma CNC.
A causa del percorso di processo relativamente lungo nella lavorazione dei materiali compositi, affidarsi manualmente al completamento del codice NC dopo la parte posteriore dell'organizzazione e dell'integrazione non solo è inefficiente, ma porta anche facilmente a errori.
La soluzione ideale è quella di determinare automaticamente la sequenza di lavorazione e il metodo di processo incorporati nel file di posizione dell'utensile durante la post-elaborazione e di mantenerli automaticamente nel codice NC una volta completata la post-elaborazione.
A tal fine, la programmazione CNC viene completata dopo che le informazioni del file di posizione dell'utensile devono contenere non solo il metodo di processo corrispondente, le informazioni sulla posizione dell'utensile, ma anche la sequenza di lavorazione corrispondente, il tipo e il numero di utensili utilizzati, in modo che nel processo di post-elaborazione si ottenga la sequenza di tecnologia, metodi tecnologici e utensili e utensili per la determinazione automatica.
(3) Tecnologia di post-elaborazione per diversi metodi di lavorazione.
Il programma di post-elaborazione della lavorazione composta di tornitura e fresatura non richiede solo la realizzazione di post-elaborazione di fresatura, tornitura e foratura CNC multiasse, ma anche la realizzazione di segatura, alimentazione automatica, controllo della contropunta e chiamata del ciclo di programma, ecc. Gli algoritmi di post-elaborazione della lavorazione composta di tornitura e fresatura includono la post-elaborazione di tutti i tipi di processo di lavorazione CNC esistenti e anche la realizzazione di un'integrazione e articolazione del movimento senza soluzione di continuità tra diverse modalità di lavorazione. Integrazione e articolazione del movimento tra diversi metodi di lavorazione.
(4) Il pieno utilizzo delle funzioni avanzate del sistema di controllo.
Attualmente nei centri di tornitura e fresatura vengono utilizzati sistemi CNC molto avanzati, come il sistema Baomei S192FT FANUC31i e il sistema WFL150 SINUMERIK840D.
La maggior parte di questi sistemi di controllo avanzati sono dotati di funzioni avanzate come l'ottimizzazione automatica dell'avanzamento, la levigatura del vettore utensile, la super forward-looking e l'interpolazione ad alta velocità e alta precisione. Pertanto, è necessario riflettere le funzioni di questi sistemi CNC avanzati nella posizione appropriata nel codice di lavorazione completato nella fase di post-elaborazione per realizzare il pieno utilizzo dell'efficacia dell'attrezzatura di lavorazione di tornitura e fresatura.
(5) Elaborazione e chiamata della funzione non di taglio.
Macchine utensili per la lavorazione di materiali compositi, oltre alle funzioni di tornitura, fresatura, foratura, alesatura e altre funzioni di taglio, svolgono anche la transizione tra i vari processi richiesti per funzioni non di taglio, come l'alimentazione automatica, lo scarico, l'aggancio del mandrino, il controllo della contropunta e così via.
Nella post-elaborazione devono essere queste funzioni come un modulo comune per il programma da chiamare, l'ordine di chiamata e la tempistica devono essere determinati in base al percorso del processo. Queste funzioni dell'attuale software di post-elaborazione non sono ancora disponibili.
Tecnologia di simulazione della lavorazione di tornitura e fresatura
Lavorazioni complesse di tornitura e fresatura, a causa di più parti in movimento, funzioni complesse, la programmazione viene completata dopo la simulazione della lavorazione ed è particolarmente importante.
Per migliorare il livello di applicazione e l'efficienza di programmazione della lavorazione complessa di tornitura e fresatura, è necessario promuovere vigorosamente l'applicazione della tecnologia di simulazione. Attualmente utilizzato per il software di simulazione della lavorazione di tornitura e fresatura principalmente TopSolid, Gibbs e così via. La realizzazione della simulazione della lavorazione di tornitura e fresatura può anche basarsi sull'attuale software di simulazione della lavorazione CNC per uso generale (come Vericut, NCSimul, ecc.), in base alla struttura dell'attrezzatura di lavorazione di tornitura e fresatura, alle caratteristiche del movimento, alle caratteristiche speciali e ai sistemi CNC, attraverso la personalizzazione e lo sviluppo di funzioni macro per ottenere il processo di lavorazione della simulazione del movimento.
L'uso di un software di simulazione di lavorazioni CNC generali per realizzare la simulazione di lavorazioni di tornitura-fresatura richiede innanzitutto la creazione di un ambiente macchina utensile relativamente reale nel sistema di simulazione, concentrandosi sulla relazione di movimento relativo tra le parti mobili della macchina utensile e sulla definizione di relazioni di posizione geometriche.
Su questa base viene definita la libreria degli utensili utilizzati nel processo di lavorazione e il numero dell'utensile corrispondente.
Quindi, configurando il sistema CNC della macchina utensile e i benchmark di lavorazione del programma CNC, è possibile eseguire la simulazione del processo di lavorazione dopo il completamento del codice NC caricato nel sistema di simulazione.
A differenza della lavorazione CNC convenzionale, alcune funzioni (ad esempio la lavorazione multicanale, il controllo della contropunta, ecc.) devono essere completate anche tramite lo sviluppo e la personalizzazione di funzioni macro.
Prospettive applicative della tecnologia di lavorazione dei compositi di tornitura e fresatura e proposte di sviluppo
In generale, i centri di lavorazione compositi di tornitura e fresatura stanno elaborando prodotti più complessi, come i prodotti aeronautici. I principali problemi affrontati dal processo di produzione di lavorazione tradizionale sono evidenziati come lunghi percorsi di processo, processi complessi, bassa efficienza di lavorazione, deformazione di lavorazione seria e costi di lavorazione elevati, ma invece della lavorazione composita di tornitura e fresatura, sia nel campo della produzione di aeromobili che nella produzione di motori, c'è uno spazio estremamente ampio per lo sviluppo.
La pratica tradizionale è quella della fresatura del telaio della fusoliera dell'aereo, solitamente attraverso la preparazione del materiale/grezzo, la lavorazione di riferimento, la sgrossatura della forma interna, la sgrossatura della forma, il riferimento di finitura, la semi-finitura e la finitura della forma interna, la semi-finitura e la finitura della forma, la lavorazione dei fori, il serraggio, la rifilatura, il collaudo e altre decine di processi, molte volte nel corso della cartella da completare.
L'attuale campo dei motori aeronautici della lavorazione dell'intero disco a foglia viene utilizzato anche come pezzo grezzo forgiato; dopo la tornitura e la fresatura, la fresatura, la lucidatura, il trattamento e il rinforzo della superficie, il collaudo e il rilevamento dei difetti, ci sono decine di processi da completare.
Queste parti hanno spesso un lungo ciclo di produzione, che richiede un tempo macchina solitamente di centinaia di ore, e il processo di lavorazione richiede l'uso di molti tipi diversi di macchine utensili CNC e di un gran numero di attrezzature, utensili da taglio, strumenti di misurazione e così via.
Inoltre, la ripetuta sostituzione della scheda di montaggio non solo provoca lunghi tempi di attesa nel processo di fabbricazione dei pezzi, influendo sul ciclo di produzione, ma provoca anche l'accumulo di errori di montaggio, influenzando così la precisione dimensionale dei pezzi e i risultati della lavorazione.
La lavorazione composita tornitura-fresatura può realizzare la lavorazione di tutte o della maggior parte delle parti aerospaziali tipiche di cui sopra tramite caricamento una tantum, fornendo così un nuovo modo per la lavorazione efficiente e precisa di parti aerospaziali complesse. I suoi vantaggi applicativi si riflettono principalmente nei seguenti aspetti:
(1) Il numero di caricamenti delle schede è notevolmente ridotto, migliorando l'efficienza della lavorazione ed eliminando gli errori causati dalle modifiche alle macchine utensili e ai metodi di caricamento delle schede.
(2) Il processo è più centralizzato, può accorciare significativamente la catena del processo di lavorazione e ridurre i tempi di attesa e i tempi di fermo macchina.
(3) Senza modificare lo stato di posizionamento in base alla premessa di tornitura, fresatura, foratura e altri metodi di lavorazione per realizzare il processo di lavorazione, ridurre il numero di dispositivi di fissaggio per garantire la coerenza della precisione dimensionale.
(4) La maggior parte delle attuali lavorazioni di tornitura e fresatura ha la funzione di misurazione online, che può essere utilizzata per misurare i risultati di lavorazione nel processo e tra i processi in situ, per ottenere il controllo della precisione dell'intero processo di lavorazione.
Come si può vedere, le attrezzature per la fresatura e la tornitura di materiali compositi presentano questi vantaggi e possono compensare efficacemente le attuali carenze del processo di produzione di componenti aeronautici complessi e migliorare significativamente la precisione di lavorazione e l'efficienza del prodotto.
Per sfruttare appieno l'efficienza di lavorazione delle attrezzature avanzate per la lavorazione dei materiali compositi e migliorare ulteriormente l'efficienza produttiva e la qualità dei prodotti aeronautici, è urgente portare a termine i seguenti aspetti del lavoro.
(1) In combinazione con le caratteristiche del processo delle parti del prodotto aeronautico, uno studio approfondito del processo di lavorazione dei compositi, compreso lo sviluppo di percorsi di processo, modalità di caricamento, utensili, raffreddamento e parametri di taglio, come la selezione ragionevole.
(2) In base alla struttura del movimento dell'attrezzatura di lavorazione composita e alle caratteristiche del processo del prodotto, sviluppare e personalizzare la programmazione CNC corrispondente, la post-elaborazione, la simulazione del taglio e altri sistemi, per formare una soluzione integrata di programmazione del processo-post-elaborazione-simulazione e ridurre i requisiti di lavorazione composita sugli artigiani.
(3) Specifiche del processo di forma.
In combinazione con la simulazione, il taglio di prova e l'esperienza di processo accumulata nella produzione effettiva, si è giunti alla formazione di specifiche di processo consolidate per la lavorazione di materiali compositi tramite fresatura e tornitura, per guidare la successiva lavorazione di altre parti.
(4) Concentrarsi sulla coltivazione dei talenti.
Le attrezzature per lavorazioni composite rappresentano l'attuale tecnologia all'avanguardia nel campo della lavorazione; sia la preparazione del processo che il funzionamento e la manutenzione sono più complessi rispetto alle attrezzature convenzionali; un team di ricerca e sviluppo di alto livello deve garantire lo stato di salute delle attrezzature, la chiave per un funzionamento efficiente.
Conclusione
L'attuale attrezzatura di lavorazione composita si sta muovendo verso una gamma più ampia di processi, una maggiore efficienza e una direzione su larga scala e modulare. Il campo della produzione di prodotti aeronautici è stato una fase importante per la tecnologia di produzione avanzata, con la crescente velocità di sostituzione dei prodotti aeronautici, le attrezzature di lavorazione disperse di processo saranno gradualmente sostituite da attrezzature di automazione flessibile centralizzate di processo, che forniscono uno spazio di sviluppo e applicazione più ampio per la tecnologia di lavorazione composita.