книги / Технология автоматизированного производства лопаток газотурбинных двигателей

Рис. 3.53. Схема базирования заготовки и обработки на ленточно-шлифовальном станке с УЧПУ:

а - схема базирования детали и взаимных перемещений детали и инструмента при образовании продольной строки шириной Ас; б - схема снятия припуска глубиной Г, а - угол разворота прижимного ролика к направлению продольной подачи детали

Предлагаемый технологический процесс значительно повышает точность обработки благодаря использованию при изготовлении проточ­ ной части лопатки схемы снятия припуска, осуществляемой от техноло­ гической базы, а рассчитываемой от конструкторской, т.е. рассматривае­ мая ниже технология шлифования проточной части лопатки содержит технологические переходы разметки припуска по длине проточной части. Причем эта разметка выполняется от конструкторской базы, а механиче­ ская обработка ведется от технологических баз, которые не совпадают с конструкторскими.

В соответствии с предлагаемой технологией заготовка (лопатка компрессора) после предварительной обработки (фрезерования проточ­ ной части) устанавливается на технологические базы в ленточно­ шлифовальный станок с устройством ЧПУ (УЧПУ). Чаще всего исполь­ зуют станки мод. МТЭ-КИЮ/бЫС немецкой фирмы Ме1аЬо (рис. 3.53 и 3.54).

Если поверхность касания имеет форму сегмента цилиндрической поверхности, то это означает, что ролик установлен правильно и текущие положения управляемых координат заносят в память УЧПУ. Аналогич­ ным образом настраивают станок во всех размеченных точках.

При обработке проточной части детали УЧПУ станка использует данные из оперативной памяти, занесенные в нее при расчете перемеще­ ний узлов всех одновременно управляемых координат. В промежутках между размеченными точками движение узлов рассчитывается по крат­ чайшему расстоянию, т.е. посредством линейной интерполяции. Однако чаще всего сила прижатия абразивной ленты к обрабатываемой поверх­ ности оказывается примерно постоянной.

Технология шлифования проточной части крупногабаритных лопа­ ток на подобном оборудовании содержит следующую очередность опе­ раций (см. рис. 3.53):

1. Лопатка устанавливается на ряд технологических баз. Установоч­ ную базу составляют две точки боковой поверхности замка 1,2 и точка 3 на центровой фаске технологической бобышки; направляющую - точка 4 на центровой фаске технологической бобышки и точка 5 на торце хво­ стовика; опорную - точка 6 на подошве хвостовика.

Деталь 1 своими технологическими базами помещают на установоч­ ные элементы приспособления, в качестве которого выступает колодка II с пазом для замка детали, расположенная на планшайбе III шлифовально­ го станка, а также центр IV. Оси планшайбы III и центра IV совпадают с осью лопатки I. Перемещения прижимного ролика относительно детали рассчитываются системой УЧПУ таким образом, чтобы поддерживать постоянными шаг между строчками Ис и скорость подачи детали \ а.

Деталь в процессе обработки совершает вращательные движения А вокруг координатной оси станка X, перемещается относительно ролика в направлениях X, У и 2. При этом шлифовальная бабка станка с прижим­ ным роликом V, несущим абразивную ленту VI, имеет возможность пово­ рота В и С вокруг координатных осей У и Z, т.е. деталь и инструмент мо­ гут одновременно перемещаться друг относительно друга в шести коор­ динатах, из них пять управляются УЧПУ станка одновременно. При этом лента движется со скоростью ул, регулируемой от 2 до 20 м/с.

В результате этого проточная часть лопатки формируется при шли­ фовании в виде строчек шириной Ас и глубиной /, определяемой соотно­ шением режимных параметров: сил прижатия Р ролика V к детали /; ско­ ростями ленты ули подачи детали уд.

Рис. 3.55. Схема установки шаблона для разметки детали со стороны спинки

Величины режимных параметров и характеристика ленты опреде­ ляются требованиями к обработке. Величина снимаемого припуска со­ ставляет 0,01...0,5 мм. На данном отрезке за один или несколько прохо­ дов шлифуется внутренняя сторона проточной части лопатки (корыта). Общая величина специального припуска должна быть не меньше, чем половина общего припуска, оставленного на операцию шлифования, т.е., шлифуя деталь с одной стороны (например, корыта), снимают половину суммарного припуска, оставленного после предыдущей операции на толщину теоретического профиля лопатки.

2. Деталь вынимают из приспособления и размечают с противопо­ ложной стороны проточной части (например, спинки). Разметку пера ло­ патки при настройке станка целесообразно вести с помощью объемного шаблона, повторяющего профиль проточной части детали со стороны спинки (рис. 3.55).

Использование шаблона, разработанного в соответствии с площадью поверхности пера и кривизной элементов объемной модели проточной части лопатки, позволяет выполнить более рациональную простановку опорных точек программы УЧПУ, а значит, снизить влияние инерцион­ ности подвижных узлов станка на точность обработки.

А Б В

Рис. 3.56. Схема снятия припуска со стороны спинки

Шаблон изготовляют из алюминиевого листа толщиной 1... 1,5 мм с отверстиями для разметки точек, указанных в чертеже в том или ином сечении. Чаще всего это могут быть точки Си С2, Стах (рис. 3.55) того или иного сечения. После наложения шаблона на проточную часть лопатки маркером закрашивают отверстия на трафарете (шаблоне). После его снятия на детали остаются замаркированные точки.

3. В отмеченных точках измеряют толщину лопатки в том или ином сечении. Сравнивая фактические значения толщины лопатки в каждой точке с чертежными, определяют фактическую величину припуска, кото­ рую требуется снять в каждой отмеченной точке до указанного в чертеже размера.

4.Разрабатывают схему снятия припуска со стороны спинки (т.е. с необработанной стороны). Она заключается во введении в УЧПУ станка управляющей программы, предусматривающей необходимое количество проходов и размеров поверхности, обрабатываемой при каждом проходе (рис. 3.56).

5.Деталь устанавливают на технологические базы в приспособление станка (планшайбу и задний центр) и шлифуют. При этом обработка ве­ дется не по всей поверхности детали, а участками. Сначала снимается наиболее выступающий участок А, а затем вводится следующая про­ грамма и обрабатывается участок Б, потом вводится программа, предусматривающая обработку всей поверхности В.

Рассматриваемый способ позволяет значительно снизить трудоем­ кость финишной обработки, так как избирательно обрабатывается только одна сторона детали. Кроме того, позиционный допуск на расположение сечений друг относительно друга при доработке здесь не используется, т.е. деталь по длине проточной части от хвостовика к периферии не име­ ет "волны", что благоприятно сказывается на эксплуатационных характе­ ристиках изделия.

Опыт внедрения данной технологии в производство позволил за­ ключить, что для достижения требуемой точности при назначении режи­ мов шлифования и схемы снятия припуска необходимо дополнительно учитывать следующие факторы:

1.Влияние "технологической наследственности". Имеется в ви­ ду, что неравномерность припуска, созданная на предыдущей обработке, при последующем шлифовании копируется, хотя и в меньших объемах.

2.Износ и затупление ленты. Износ инструмента (даже неболь­ шое засаливание) приводят к уменьшению съема металла в процессе об­ работки. При этом погрешность п геометрических размеров на лопатке может достигать при черновом шлифовании 0,15...0,25 мм, при чистовом 0,1...0,05 мм.

Наибольшая погрешность наблюдается в том случае, если длитель­ ность цикла шлифования проточной части лопатки превышает длитель­

ность цикла приработки ленты. Как правило, цикл обработки одной ло­ патки значительно меньше периода приработки ленты [19].

Необходимость учета этих факторов предопределила исследование процесса ленточного шлифования лопаток компрессора. Исследования проводили на станке мод. МТБ-ЮОО/бМС фирмы Ме1аЬо при шлифова­ нии лопаток КНД одного и того же наименования. Материал лопаток - ОТ-4. При исследованиях использовали упругий прижимной ролик твердостью ~ 60 ед. по Шору.

Влияние режимных параметров на производительность обработки и качество обработанной поверхности показано на рис. 3.57-3.61.

Из представленных результатов следует, что по мере приработки ленты ее режущая способность уменьшается, причем тем быстрее, чем выше скорость обработки. Начальный момент затупления наступает при съеме лентой порядка 10... 15 тыс. мм3 Этому моменту соответствует трехкратное уменьшение ее режущей способности (с 30...35 до 10...

15 мм3/с), в дальнейшем скорость съема стабилизируется.

Также из сравнения результатов шлифования лопаток различными лентами видно, что лента ЗМ Тпгас! 953 РААЗО обладает вдвое лучшей режущей способностью, чем лента УБМ Р40 БК 750Х.

а,.м3/с

О 10000 30000 50000

к,,»3

Рис. 3.57. Изменение производительности шлифования (?м от объема снятого металла Ум:

а - лента УБМ Р40 БК 750Х; б - лента ЗМ ТпгаЯ 953 ИААЗО

Результаты исследований, кроме того, показали, что глубина / тем меньше, чем больше ширина строки Ис, занесенная в программу. Также глубина снимаемого металла / увеличивается прямо пропорционально силе прижатия ленты Р к поверхности детали. Причем глубина снимае­ мого металла / при работе лентой УЭМ Р40 ЭК 750Х вдвое выше, чем у ленты ЗМ Тпгас! 953 РАА100. Шероховатость обрабатываемой поверх­ ности Р.а тем выше, чем больше зернистость инструмента 2К и ширина строки Ас.

Рис. 3.58. Изменение глубины Г	Рис. 3.59. Изменение глубины /
снимаемого слоя от ширины А строки
ленты при ул= 4,8 м/с; Р - 250 Н. Лента	снимаемого слоя от силы прижатия
ЗМ Тпгяа 953 РААЗО	Р при ул= 4,8 м/с; А = 2 мм

Яа, мкм

2,0

0 ^------- --- ---- --- ---- --- ----

0 50 100 150 мкм

Рис. 3.60. Изменение шероховатости поверхности Яа от зернистости

ленты Zк для различных углов а между направлением подачи и осью круга при \ л=4 м/мин; ул= 10 м/с; Н =2 мм; Р =250 Н

Проведенные исследования еще раз подтвердили, что основным не­ достатком ленточного шлифования является малый период стойкости инструмента. В процессе работы лента изнашивается и затупляется.

При постоянной прижимающей силе прижатия уменьшается съем материала заготовки и увеличивается получаемый размер в поперечном направлении к оси лопатки. Повышению стабильности съема металла и стойкости ленты способствует снижение скорости ленты.

Яа, мкм

Рис. 3.61. Изменение шероховатости поверхности Яа от ширины строки Ипри уд- 4,8 м/мин; Р= 150 Н; ул= 10 м/с; И= 2 мм

Рис. 3.62. Схема снятия припуска при нескольких проходах:

а- направления строчечной подачи совпадают; б - они противоположны;

/и 2 - припуски, снимаемые соответственно при первом и втором проходах

Ухудшение режущей способности абразивной ленты при обработке крупногабаритных лопаток создает проблему при получении требуемой точности в рамках одного прохода по обрабатываемой поверхности. Об­ работанная поверхность имеет в этом случае плавно увеличивающееся отклонение по профилю проточной части. При съеме припуска большой величины за несколько проходов с одинаковым направлением строчеч­ ной подачи данное отклонение возрастает. Устранение такой погрешно­ сти возможно путем назначения одного или нескольких последователь­ ных проходов с направлением подачи в поперечном направлении на­ встречу направлению подачи при первом проходе (рис. 3.62).

В этом случае происходит взаимная компенсация отклонений, так как уменьшение съема наблюдается во встречных направлениях. Пара­ метры, обеспечивающие наименьшую погрешность обработки, опреде­ ляют расчетным путем. Компенсация погрешности от износа ленты пу­ тем применения дополнительных встречных проходов возможна и при небольших припусках. Для сохранения производительности обработки в этом случае увеличивают шаг Ас. С возрастанием шага строки Ас снижа­ ется съем металла и увеличивается параметр шероховатости Яа (см. рис. 3.60 и 3.61).

Погрешность обработки в результате уменьшения съема при затуп­ лении ленты определяется как разность величины припуска под обработ­ ку и глубины резания при обработке данной точки поверхности:

Д = 5(м, у) - / , - / 2 -...

(3.8)

где 8 (м, V) - величина припуска под обработку; и, V - криволинейные координаты, задающие профиль проточной части лопатки;

/,(и, у), 12(и, у),...,/к(м, у) - глубина резания при послойном удалении

припуска, м.

Глубина резания на проходе с номером / задается функцией, которая может быть построена в результате интерполяции по сглаженным дан­

ным, полученным экспериментально (см. рис. 3.56 и 3.57):
=/,(»*,	Л. А*. Г«,)-/, - ' 2	(3-9)

где \ лк, Уд* - скорости ленты и детали, м/с; Рк - сила прижима, Н; Иск - величина строчечной подачи, м; Умк- объем снятого металла; м3; к - но­ мер прохода.

Наименьшая суммарная погрешность от затупления ленты при об­ работке достигается при минимизации квадрата средней погрешности:

/= 1 У=1

(3|0)

где /, У- число точек разбиения поверхности проточной части в продоль­ ном и поперечном направлениях соответственно.

При обработке на многокоординатных станках сложных поверхно­ стей на поверхности детали формируются отклонения геометрии, зани­ мающие промежуточное положение между волнистостью и шероховато­ стью и называемые "остаточными гребешками". На практике для удобст­ ва контроля их обычно относят к шероховатости и оценивают парамет­ ром Ла. В ряде случаев наблюдается выход этого параметра за допусти­ мый предел. Снижение величины остаточных гребешков может быть дос­ тигнуто малым шагом между строчками Ис (см. рис. 3.60), однако при этом снижается производительность обработки. Уменьшение параметра шероховатости Яа без падения производительности достигается разворо­ том оси прижимного ролика относительно направления вектора скорости подачи уд на угол а. В этом случае площадь контакта размерами Ъ х / останется прежней, однако по аналогии с известной схемой, применяе­ мой при плоском шлифовании, она может быть названа косоугольной. При традиционной схеме обработки остаточный гребешок формируется всеми режущими зернами, участвующими в снятии припуска (рис. 3.63).

В случае применения косоугольной схемы зона контакта между ин­ струментом и заготовкой также разворачивается и остаточный гребешок формируется меньшим числом зерен, что способствует уменьшению его