Компания Delcam (www.delcam.com) получила широкую известность благодаря высокой эффективности и надежности разрабатываемых ею CAD/CAM/CAI-систем, в число которых входят такие популярные программные продукты, как CAM-системы PowerMILL и PowerINSPECT. Глобальная сеть региональных представительств Delcam состоит из 300 офисов в 80 странах мира, шесть из которых находятся в России и два — в Украине. В настоящее время у компании, которая вот уже 13 лет является самым крупным в мире специализированным разработчиком CAM-систем, насчитывается более 45 тыс. заказчиков. Благодаря этому Delcam способствует широкому распространению современных технологий механообработки, основанных на внедрении лучшего опыта передовых предприятий.
Прецизионные контактные измерительные датчики были разработаны в 70-х годах прошлого века и применялись, в основном, на стационарных координатно-измерительных машинах (КИМ). Использование их на металлорежущих станках сдерживалось ограниченными возможностями систем ЧПУ того времени.
Для выполнения замеров непосредственно на станке с ЧПУ вместо инструмента в оправку устанавливается прецизионный беспроводной контактный измерительный датчик. Общая погрешность измерений складывается из точности позиционирования линейных и поворотных осей станка, а также точности измерительной системы.
Устанавливаемые на станок с ЧПУ измерительные системы состоят непосредственно из датчика (измерительной головки), приемника сигнала и интерфейса для связи с системой ЧПУ. Основная функция, выполняемая комплексом, — сообщить системе ЧПУ станка о срабатывании датчика, после чего производится запись координат текущего положения щупа. Датчик — это основной элемент измерительной системы, и от того, насколько быстро он сработает (пройдет некоторое расстояние) после момента касания с объектом, напрямую зависит точность измерения. Например, компания Renishaw, специализирующаяся на производстве инновационного метрологического оборудования, выпускает два типа контактных измерительных систем, отличающихся по механизму срабатывания: кинематические и тензометрические.
Измерительные головки первого поколения, основанные на кинематической схеме срабатывания (они имеют в обозначении двузначные числа, например, OMP40 или OMP60), позволяют производить измерения с точностью срабатывания порядка 1–2 мкм (после калибровки по кольцу) при направлении измерения вдоль осей X и Y. Существенным их недостатком является значительное снижение точности при пространственных измерениях — до 20 мкм. Большинство станков штатно оснащаются именно кинематическим типом датчиков.
С целью решения проблем 3D-измерений Renishaw разработала новый тип головок, основанных на тензодатчиках. После калибровки (в данном случае по сфере) точность срабатывания в любом направлении для них составляет 1 мкм. Обозначаются такие датчики трехзначными числами, например, OMP400 или OMP700. Следует отметить, что приведенные нами данные получены при использовании щупа длиной 50 мм — при увеличении его длины показатели ухудшаются. Тем не менее, требуемая точность обработки на станках с ЧПУ обычно во много раз меньше. Таким образом, основным фактором, определяющим точность измерений на станке с ЧПУ, является точность позиционирования его линейных и поворотных осеи?.
Реализованные в современных станках с ЧПУ универсальные циклы измерения (такие как определение координат точек вдоль осеи? X, Y, Z, отклонение линии от вертикали или горизонтали, определение диаметра отверстия или габаритов прямоугольных элементов) уже давно стали незаменимым подспорьем для операторов станков при наладке обработки детали. Решение более серьезных задач, как правило, вызывает у инженерного персонала резонный вопрос: «Может ли станок контролировать изделие, которое он обрабатывает, то есть сам себя?». Поэтому межоперационный контроль точности, как правило, выполняется на высокоточных стационарных КИМ в специальной измерительной лаборатории. Для этого деталь извлекается из станка и транспортируется в лабораторию, где она устанавливается на КИМ, базируется, и выполняются требуемые замеры. Затем деталь транспортируется обратно в цех и заново устанавливается на станок с ЧПУ, после чего оператор должен максимально точно вручную выполнить повторное базирование детали в крепежном приспособлении. Такая процедура межоперационного контроля отнимает много времени и неизбежно приводит к появлению дополнительных погрешностей от повторного базирования детали, причем точность выполнения операции сильно зависит от квалификации оператора станка. Отметим, что при обработке массивных и/или крупногабаритных изделий, требующих высокой точности обработки (например, пресс-формы и штампы), их транспортировка и точное базирование сами по себе представляют собой отдельную сложную задачу. Во многих случаях метрологические лаборатории вынуждены признавать деталь бракованной, так как у них нет возможности устранить исправимые недостатки. Кроме того, при использовании традиционных технологий механообработки на станках с ЧПУ межоперационный контроль точности позволяет лишь констатировать пригодность или непригодность детали для дальнейшей обработки.
При правильной эксплуатации точность позиционирования и повторяемость современных многоосевых станков с ЧПУ (находящихся в хорошем техническом состоянии и работающих на установившихся режимах) соизмерима с характеристиками стационарных КИМ с ЧПУ. Это обстоятельство позволяет выполнять весь межоперационный контроль точности при помощи контактных измерительных систем непосредственно на станке с ЧПУ (рис. 1) без извлечения обрабатываемой детали из крепежного приспособления. При таком подходе на стационарной КИМ производится выборочный финальный контроль точности, подтверждающий фактически, что в процессе обработки характеристики станка и инструмента соответствовали расчетным параметрам. В условиях серийного производства межоперационный контроль на станке исключает простой оборудования в процессе ожидания результатов замеров детали на стационарной КИМ.
Необходимо отметить, что при механообработке деталей сложной формы переход на пятиосевое фрезерование является одним из наиболее действенных методов повышения качества продукции и производительности труда, так как это дает возможность полностью обработать изделие за один или два технологических установа. Пятиосевая обработка позволяет не только исключить потери времени и точности, связанные с необходимостью повторного базирования детали, но и отказаться от изготовления большого комплекта вспомогательной крепежной оснастки, что само по себе яляется сложной производственной задачей.
Очевидно, что в процессе эксплуатации станок подвержен значительным силовым нагрузкам, поэтому вследствие механического износа его показатели точности снижаются, и их необходимо периодически проверять. Диагностику текущего технического состояния станка с ЧПУ можно осуществить при помощи тех же прецизионных контактных измерительных систем, с этой целью выполняют серию измерений эталонной сферы. Последующий компьютерный анализ полученных данных позволяет выявить погрешность позиционирования и биение осей станка с ЧПУ. С целью автоматизации всего процесса диагностики используют специальные программные продукты, например, систему NC-Checker (разработка компании Delcam).
Для программирования измерений на станке и анализа полученных результатов одних только внутренних измерительных циклов системы ЧПУ станка оказывается недостаточно. Для этого используются специализированные CAI-системы, например PowerINSPECT OMV (также разработка компании Delcam). Разработка управляющих программ с траекторией перемещения измерительного щупа осуществляется в этом программном продукте аналогично разработке УП для фрезерной обработки в CAM-системах. При этом основная задача CAI-системы — сравнение полученных в процессе измерений данных с теоретической CAD-моделью изделия. Также OMV-версия программного продукта (от англ. On-Machine Verification — контроль на станке) позволяет осуществлять предварительную компьютерную 3D-симуляцию всего процесса замеров и тем самым исключить возможные непредвиденные столкновения на реальном оборудовании. С этой целью CAI-система оперирует точными геометрическими 3D-моделями станка, измерительного датчика, крепежного приспособления и обрабатываемой детали (рис. 2). 3D-визуализация позволяет заранее выявить такие критические ошибки, как столкновение щупа с выступающими частями детали или крепежного приспособления, а также задевание боковой поверхностью щупа (а не его сферическим наконечником).
Отметим, что если для обработки детали используется позиционное («3+2») пятиосевое фрезерование, то для контроля точности на станке с ЧПУ также необходимо использовать пятиосевые траектории щупа. Написание столь сложных и ответственных управляющих программ вручную крайне трудоемко и может стать причиной поломки дорогостоящего оборудования.
Созданная в PowerINSPECT OMV управляющая программа передается на станок с ЧПУ для проведения измерений. В процессе ее выполнения щуп производит касание детали в заданных точках, и координаты (X, Y, Z) каждой точки касания записываются в файл. Для деталей сложной формы по записям в данном файле человеку трудно сделать какие-либо практические выводы, поэтому данные замеров импортируются обратно в PowerINSPECT OMV, программа производит автоматическую обработку информации и выдает отчет в понятном и доступном для пользователя виде (рис. 3). Например, для экспресс-анализа можно вывести на экран компьютера 3D-модель с нанесенным на ее поверхность цветным «конфетти», каждая точка которого с помощью цветового кодирования отображает отклонение полученного размера от его номинальных значений. Для детального изучения результаты обмера представляются в виде таблицы, содержащей всю интересующую пользователя информацию. При необходимости шаблон отчета можно адаптировать под внутренний стандарт конкретного предприятия.
Широкое распространение многоосевых станков и совершенствование прецизионных контактных измерительных систем, работающих непосредственно на станках с ЧПУ, позволило компании Delcam разработать уникальную технологию адаптивной механообработки, суть которой заключается в возможности адаптации управляющих программ для фрезерных станков с ЧПУ. Для каждой операции механообработки УП для станка с ЧПУ создаются с учетом фактической формы детали, причем после каждой операции замеры обработанной поверхности выполняются повторно. Таким образом, адаптивная механообработка обеспечивает обратную связь и даже дает возможность восстанавливать на станках с ЧПУ изделия, теоретические CAD-модели которых недоступны или не существуют вовсе. Ключевым звеном технологии адаптивной механообработки является CAI-система PowerINSPECT OMV.
Самой простой разновидностью технологии адаптивной механообработки является метод виртуального базирования, применяемый в тех случаях, когда оказывается намного проще адаптировать код ЧПУ-программы под конкретный установ детали на станке с ЧПУ, чем выполнять точное базирование детали на станке. Такая ситуация возникает, например, при базировании тяжелых, крупногабаритных и пружинящих деталей. Предварительные обмеры фактического расположения детали на станке дают возможность автоматически вычислить необходимые поправки для стойки станка с ЧПУ, чтобы в соответствии с реальным расположением детали задать смещение и поворот системы координат готовой ЧПУ-программы. Именно такой алгоритм работы реализован в программе NC-PartLocator (разработка компании Delcam). Интересный факт: изначально эта технология была разработана компанией Delcam для удовлетворения потребностей своего собственного производственного участка.
При обработке деталей, не имеющих явных технологических баз (например, штампованных поковок и литых заготовок), технология виртуального базирования позволяет равномерно распределять припуск на механообработку. В этом случае используется виртуальное базирование методом оптимального совмещения. При этом программа пытается совместить измеренные точки и точки на поверхности модели таким образом, чтобы расстояние до каждой из них было минимальным.
Как показывает опыт компании Delcam, технология виртуального базирования пользуется большим спросом у заказчиков из аэрокосмической отрасли, которые применяют ее для сверления и обрезки формованных изделий, в том числе изготовленных из стекло- и углепластика. Например, фирма BAE Systems Salmesbury, являющаяся субподрядчиком по производству многоцелевого истребителя Eurofighter EF2000 Typhoon, при помощи технологии виртуального базирования обрабатывает штампованные титановые заготовки переднего цельно-поворотного горизонтального оперения. Большие габариты (порядка 2,2х1,1 м) и сильное пружинение тонкостенной конструкции ЦПГО крайне затрудняли точное базирование этой детали вручную. Внедрение технологии виртуального базирования позволило существенно сократить потери времени на подготовительные процедуры и связанный с этим вынужденный простой дорогостоящего станка, а также значительно повысить точность обработки и уменьшить количество брака.
В более сложных случаях адаптивная механообработка подразумевает модификацию (повторную генерацию) управляющей программы для фрезерного станка с ЧПУ в соответствии с изменениями в теоретической CAD-модели, выполненными на основе фактических замеров текущей формы изделия. Это позволяет при межоперационном контроле точности не только констатировать, пригодна ли та или иная деталь для дальнейшей обработки, но и вносить в управляющую программу изменения с целью предотвращения появления брака в дальнейшем.
В отличие от традиционных технологий при адаптивной механообработке может использоваться не только теоретическая CAD-модель, но и фактическая, соответствующая текущей форме изделия. В некоторых случаях, например, при восстановлении методом плакирования сколов на кромках лопаток ТРД и крыльчаток, за теоретическую принимается форма неповрежденной поверхности изделия.
У компании Delcam налажено тесное сотрудничество практически со всеми лидирующими производителями станков и инструментов, поэтому ее CAD/CAM/CAI-системы разрабатываются с учетом последних тенденций развития станкостроительной отрасли. Так, в конце 2013 года немецкая фирма Hamuel Maschinenbau продемонстрировала свою новейшую разработку — гибридный обрабатывающий центр HSTM 1000 Hybrid, предназначенный для восстановления методом наплавления незначительных сколов на кромках лопаток авиационных двигателей. Со временем лопатки постепенно вытягиваются под действием огромных центробежных сил, поэтому их размеры перестают соответствовать форме и допускам теоретической CAD-модели. Традиционные методы восстановления лопаток наплавлением предполагают большой объем кропотливого ручного труда.
Гибридный обрабатывающий центр HSTM 1000 Hybrid позволяет выполнять лазерное плакирование (наплавление порошкового металлического сплава), пятиосевую фрезерную обработку, шлифование, контроль точности и лазерную разметку. Преимущество такого комбинированного решения заключается в возможности выполнения всех операций за один технологический установ, благодаря чему исключается появление погрешностей повторного базирования детали и экономится много времени. В данном случае технология адаптивной механообработки позволяет полностью восстановить деталь за один технологический установ без ее извлечения из крепежного приспособления, что не только повышает точность обработки, но и существенно увеличивает производительность труда. Кроме того, такой гибридный станок занимает сравнительно мало места и стоит гораздо дешевле аналогичного по возможностям набора специализированных станков с ЧПУ. Разработка управляющих программ для многоосевого гибридного станка HSTM 1000 Hybrid выполняется при помощи CAD/CAM/CAI-систем компании Delcam.
Созданием технологии объемного лазерного плакирования для гибридного станка занималась британская компания Manufacturing Technology Centre. Применение достаточно мощного лазера обеспечивает требуемый локальный подвод тепла в зону наплавления, что позволяет восстанавливать лопатки даже из жаропрочных сплавов. Излишки наплавленного металла удаляются при помощи пятиосевого фрезерования, шлифования и полировки. Технология адаптивной механообработки посредством последовательных этапов машинного шлифования обеспечивает требуемую плавность перехода между неповрежденной и восстановленной частью лопатки. В некоторых случаях свойства наплавленного сплава могут значительно превосходить характеристики материала лопатки, что позволяет не только восстановить лопатку до состояния «как неповрежденная», но даже улучшить ее эксплуатационные свойства.
www.delcam.ru
Тел.: +7 (499) 685?00?69
