Должен ли токарно-фрезерный станок вращаться?

Компания LeanWerks разработала процесс, сочетающий режущий инструмент и и технологии измерения деталей, позволяющие токарно-фрезерному станку обрабатывать пять сторон этой детали для литья по выплавляемым моделям за один установ. Кредиты фотографий:LeanWerks

Несколько лет назад ухудшение условий ведения нефтяного бизнеса побудило компанию LeanWerks из Огдена, штат Юта, заняться работой в других отраслях (включая аэрокосмическую и высокоскоростную автоматизацию), чтобы создать более сбалансированную клиентскую базу и более стабильный рабочий процесс. Контрактный цех, зарегистрированный в соответствии с аэрокосмическим стандартом AS9100C, также начал адаптировать некоторые из своих существующих мощностей по обработке, чтобы они лучше соответствовали задачам по обработке, с которыми он столкнется в этих новых отраслях.

Рейд Лиланд, президент и соучредитель компании, приводит один пример:алюминиевое литье по выплавляемым моделям для корпуса топливного фильтра реактивного двигателя. К тому времени, когда LeanWerks представили эту работу, ее заказчик из авиакосмической промышленности уже почти на год отставал от графика поставок, потому что его внутренний процесс обработки, а следовательно, и производительность, был медленным. В результате его заказчик — OEM-производитель реактивного двигателя, на который устанавливается этот кожух, — терял терпение, а отставание, вызванное задержками с этой работой, разочаровывало других заказчиков. Поэтому, стремясь снизить нагрузку на свои внутренние ресурсы по обработке, литейный завод связался с LeanWerks, чтобы рассмотреть возможность обработки этих отливок.

Хотя многие инженеры выбирают литье по выплавляемым моделям для своих конструкций деталей, поскольку они обеспечивают сложную форму с хорошей точностью размеров по сравнению с другими процессами литья, эти компоненты по-прежнему требуют механической обработки для достижения точной посадки и функционирования в высокопроизводительных сборках. Однако из-за разнообразия этих типов литых деталей и связанных с ними сложных требований к заготовке некоторые мастерские избегают такого типа механической обработки.

Например, корпус топливного фильтра требует нескольких операций механической обработки, включая фрезерование глубоких отверстий, растачивание, торцевание, сверление, нарезание резьбы, нарезание канавок внутреннего диаметра и трехмерное контурное моделирование. Первоначально в LeanWerks предполагали, что можно выполнить работу, используя несколько установок на трехосевом фрезерном станке и одну установку на токарном станке. В конечном итоге было решено, что это не лучшая стратегия, поскольку жесткие допуски на положение детали со сложной схемой привязки не могут быть достигнуты из-за множества настроек.

Вместо этого компания LeanWerks обдумывала, как можно использовать фрезерные возможности своего токарно-фрезерного станка Mazak Integrex i200S, чтобы свести к минимуму количество касаний детали во время обработки. Цех в основном использовал эту машину для производства конических вставок пробковых клапанов для насосных работ высокого давления в нефтегазовой промышленности, например, для гидроразрыва пласта и колтюбинга. Integrex хорошо подходил для вставки клапана, поскольку он мог как обтачивать конический внешний диаметр детали, так и фрезеровать ее внутренние сквозные отверстия. Станок также мог фрезеровать уплотнительное кольцо, связанное с отверстием, что требовало операции контурной обработки по пяти осям из-за конической поверхности отверстия.

При этом обработка детали корпуса топливного фильтра на токарно-фрезерном станке, не требующая токарной обработки, представляла множество проблем. Например, литой авиационный алюминий A356.0 имеет высокое содержание кремнезема и может плохо поддаваться режущим инструментам. Кроме того, геометрия детали имеет множество элементов под разными углами на всех гранях (включая критически важную посадку внутри нижней части отливки глубиной 13 дюймов), а тонкостенные области создают проблемы с вибрацией во время обработки. Кроме того, для детали со сложной базовой структурой требуются жесткие допуски, в том числе допуск истинного положения 0,25 мм для некоторых элементов, расположенных далеко друг от друга, и допуск размера ±0,01 мм и допуск истинного положения 0,05 мм для других, менее разделенных элементов.

В результате LeanWerks по существу предприняла три шага, чтобы на токарно-фрезерном станке можно было эффективно обрабатывать пять сторон отливки по выплавляемым моделям за один установ. Первым шагом была разработка приспособления для удержания отливки, чтобы можно было выполнять механическую обработку с пяти сторон детали. Ключевым компонентом этой конструкции приспособления является опора, которая взаимодействует с основным корпусом отливки, обеспечивая доступ к элементам между опорами опоры и рядом с ними. Для крепления отливки к люльке между ножками люльки был установлен цепной и шкивный механизм, обеспечивающий равномерное распределение прижимной силы.

Поскольку токарно-фрезерный станок не обеспечивал достаточного перемещения по оси Y для доступа ко всем функциям, в приспособление был встроен суппорт Setco в форме ласточкиного хвоста, позволяющий скользить и повторно зажимать люльку и деталь в доступном положении без полной повторной фиксации детали. Для обеспечения жесткости люлька была установлена ​​и закреплена на стальной опорной плите с помощью штифтов и сварных швов. Эта опорная плита крепится к суппорту салазок типа «ласточкин хвост», а основание салазок крепится к основным кулачкам существующего трехкулачкового патрона станка.

Из-за размера этой заготовки перемещение по оси Y токарно-фрезерного станка не позволяет его шпинделю охватить все области обрабатываемой детали. Чтобы смягчить это, приспособление, разработанное LeanWerks, использует направляющую типа «ласточкин хвост», позволяющую перемещать закрепленную часть и повторно зажимать ее в доступном положении. Последующие процедуры измерения определяют истинное положение перемещенной детали.

Затем в магазине была интегрирована сенсорная система зондирования. Контактное зондирование было необходимо, потому что форма каждой литой детали немного различается, а скользящее приспособление, используемое для смягчения проблемы перемещения по оси Y, изменяет положение детали. Зондирование позволило точно определить новое положение детали после смещения, а последующие траектории инструмента лучше всего соответствовали фактическому местоположению детали.

На самом деле в мастерской поняли, что им нужен датчик стандартной длины, а также датчик с увеличенным радиусом действия для доступа к элементам, расположенным глубоко внутри детали. Поскольку токарно-фрезерный станок имел только один измерительный канал, компания LeanWerks модернизировала станок радиоприемником Renishaw RMI-Q и установила карту программируемого логического контроллера (ПЛК) в главную панель управления станка для обработки второго сигнала датчика. В коротком датчике используется щуп длиной 25 мм, а в длинном датчике используется щуп длиной 50 мм, установленный на удлинителе 200 мм. Оба используют корпус датчика Renishaw RMP-60.

Процедуры измерения были запрограммированы с помощью программного обеспечения Renishaw Inspection Plus, и полученный код был добавлен в программу станка в соответствующих местах. Начальная программа измерения измеряет точки на нижнем порту внутри корпуса и в отверстии в передней части корпуса, чтобы определить центральную ось детали. Другие элементы, которые исследуются, включают один из небольших портов рядом с гранью, чтобы определить ориентацию вращения детали, и стенку внутри главной боковой полки, чтобы определить положение детали по оси Z. Программный модуль Mazak для компенсации ошибок рабочего положения (WPEC) позволяет отклонениям, обнаруженным с помощью расчетов истинного положения, полученных из исходной процедуры измерения, перемещаться вместе с деталью посредством индексных движений шпинделя. После первоначальных процедур зондирования выполняется дополнительное зондирование, чтобы подтвердить расположение связанных элементов и обработанных поверхностей.

Чтобы изучить особенности внутри корпуса, LeanWerks использует щуп длиной 50 мм, закрепленный на удлинителе 200 мм.

Наконец, глубокая обработка, необходимая для этой детали и абразивного алюминиевого материала, побудила мастерскую использовать передовые технологии режущего инструмента. Для этой работы в мастерской используется система крепления инструмента Rego-Fix powRgrip. В качестве альтернативы горячей посадке powRgrip представляет собой механическую систему с запрессовкой, состоящую из державки, прецизионной цанги и компактного настольного гидравлического зажимного устройства, используемого для вставки цангы и инструмента в державку. По данным Rego-Fix, система способна генерировать высокие зажимные усилия при сохранении общего показания индикатора менее 0,0001 дюйма. Жесткость этой системы увеличивает срок службы инструмента и точность резки.

Режущие инструменты, используемые для этой работы, должны иметь положительный положительный передний угол и работать на очень высоких скоростях с малой глубиной резания. Используются концевые фрезы Garr Alumistar, а также небольшая торцевая фреза с непокрытыми полированными пластинами с высоким положительным положительным углом.

LeanWerks также выполняет предварительную настройку инструментов для этой работы с помощью устройства предварительной настройки Speroni STP Magis 400, которое можно приобрести в компании Big Kaiser. Устройство предварительной настройки не только позволяет выполнять внешнюю настройку инструментов, но, что более важно, помогает в квалификации и устранении неполадок, поскольку облегчает осмотр режущей кромки, проверку формы формообразующих инструментов и измерение биения.

Поворотный момент

Процесс, разработанный LeanWerks для обработки этой работы по литью по выплавляемым моделям на токарно-фрезерном станке, позволил повысить производительность с 10 часов на одну деталь до менее чем двух часов на одну деталь. В результате магазин продолжает рассматривать другие способы, которыми он может максимизировать возможности своих существующих мощностей, подобно тому, как он занимается работой в различных новых отраслях.