Lucht- en ruimtevaartbewerking maakt gebruik van volledige CAD/CAM/CAE CNC-capaciteit

DMG Mori (Hoffman Estates, IL) levert productietechnologieën aan OEM's en productiebedrijven in de ruimtevaart, ondersteund door een pakket CAD/CAM/CNC-hardware, -software en engineeringdiensten van Siemens Industry Inc. (Elk Grove Village, IL) voor machinale bewerking in de lucht- en ruimtevaart. DMG Mori, een langdurige partner van Siemens, bouwt een verscheidenheid aan conventionele spaansnij- en ultrasone bewerkingscentra.

Voor de lucht- en ruimtevaartindustrie is grote zorg en planning in het lucht- en ruimtevaartbewerkingsproces vereist om de gewenste nauwkeurigheid en algehele productie-efficiëntie te bereiken. Typische geproduceerde componenten zijn die gemaakt van lichtgewicht maar harde materialen, zoals titanium en verwante legeringen, evenals aluminium werkstukken, waarbij aanzienlijke hoeveelheden materiaal worden verwijderd. Vanwege de lange cyclustijden en andere hoge grondstofkosten is het bewerken van dergelijke componenten een uitdaging.

Twee recente toepassingen illustreren hoe DMG Mori zich tot Siemens kon wenden om de productie van onderdelen te verbeteren, inclusief vermindering van ontwerp-naar-onderdeelprotocollen, bewerkingstijd in de lucht- en ruimtevaart, standtijd, oppervlakteafwerking, maatnauwkeurigheden en algehele productie-efficiëntie.

In eerste instantie moest een reverse-stuwkrachtcomponent voor een straalmotor worden gemaakt van Ti Gal-4-V, een materiaal dat vanwege zijn elastische stijfheid vaak in de ruimtevaart wordt gebruikt. Uitgaande van het CAD-bestand voerde het Siemens PLM-team (product lifecycle management) het programma door zijn NX CAM met een VoluMill add-on-functie die maximale materiaalverwijderingssnelheden berekent. Met de door de gebruiker gedefinieerde gebeurtenissen (UDE)-functie in het NX-programma kunnen selectievakjes worden ingeschakeld voor het activeren van post-processorreferenties voor koelmiddeldruk, amplitude, instellingen voor ultrasone generatoren en meer. Dit vermijdt handmatige programmering en, als resultaat, verminderde de programma-overgangstijd van wel twee dagen tot ongeveer 30 minuten.

Toen het programma eenmaal klaar was voor de besturing, maakten de kenmerken van de Sinumerik 840D sl CNC een meer gestroomlijnde simulatie van het werkelijke snijpad mogelijk. De 3D quick-set compressorfunctie biedt een parametrisch gespecificeerd gegevensbestand voor alle padbewegingen, waardoor botsingen worden geëlimineerd en het optimale gereedschapspad wordt gegarandeerd, in combinatie met de NC-kernel en PLC op de bewerkingsmachine.

Zoals Randy Pearson, technisch applicatiecentrummanager voor Siemens opmerkte:"Deze functie bespaart onze klant enorm veel tijd, omdat de testkogel en taster in het spindelmechanisme op elk punt in de cyclus kunnen worden gebruikt, waardoor de feitelijke machinekinematica wordt getest op elk moment. De procedure kan ook worden geautomatiseerd om met voorgeschreven tijdsintervallen op de tafel te worden uitgevoerd.”

De hogesnelheidsbewerkingsfunctie wordt benadrukt door Cycle 800, een statische vlaktransformatie waarmee een vijfassige machine een geroteerd werkvlak in de ruimte kan definiëren. Het is algemeen bekend in de industrie als 3+2 programmering. De cyclus converteert het werkelijke werkstuknulpunt en de gereedschapsoffsets om te verwijzen naar het geroteerde oppervlak. Merk hier op dat de cyclus bepaalde machinekinematica herbergt en de fysieke assen loodrecht op het werkvlak plaatst. Dit wordt TRAORI of transformatieoriëntatie genoemd.

Ondertussen stelt de gebruikersinterface van Sinumerik CNC Operate op de machine de operator in staat om geïntegreerde functies voor gereedschapsbeheer en informatiebeheer uit te voeren, allemaal transporteerbaar op een USB- of netwerkverbinding.

In de simulatie worden het laden en fixeren van het werkstuk virtueel uitgevoerd in NX CAM, dat ook een consistente spaanbelasting berekent, essentieel in deze grote materiaalverwijderingstoepassingen. De simulatie verifieert verder de gereedschapslengte bij elke snijsectie en het programma wordt afgerond zodat de machine kan beginnen. Het is letterlijk alsof je met een "Digital Twin" van de machine werkt.

Tijdens de productie leverde dit proces een 2,25-voudige verbetering van de standtijd op dit zeer harde materiaal op, volgens Luke Ivaska, nationaal productmanager voor DMG Mori. “Met de combinatie van NX CAM, plus de Sinumerik 840D sl op de machine en alles wat het kon doen, hadden we wat initiële uitdagingen, aangezien de meeste softwareprogramma's speciaal gebouwde CAM-pakketten zijn die snel en gemakkelijk door iedereen kunnen worden gebruikt. Ze hebben echter aanzienlijke beperkingen, aangezien de software het gereedschapspad aanstuurt en de operator zeer weinig controle heeft. Met NX CAM en Sinumerik hebben we veel meer inbreng bij het maken van het toolpad. Ik heb nog geen probleem gevonden dat ik met NX niet kon oplossen.” Het resultaat is dat het voltooide onderdeel in 4½ uur wordt uitgevoerd met een verbetering van de oppervlakteafwerking van 62,5 Ra tot 35 Ra dankzij de ultrasone actor.

In het tweede voorbeeld, een conventioneel spaansnijdend vijfassig bewerkingscentrum, wordt de instapmodel DMU 50 gebruikt om een ​​7″ (177,8 mm) diameter × 2″ (50,8 mm) hoog blok 6061 aluminium te snijden in een waaierventilator voor de lucht- en ruimtevaartindustrie, met meer dan 90% materiaalverwijdering. Dezelfde NX CAM-software begon deze procesketen, met als eerste voordeel een aanzienlijke tijdsbesparing bij de vijfassige setup en uitgebreide G-codesimulatie en verificatie in één enkel systeem.

Vanwege de bladenstructuur van deze waaierventilatorcomponent was tijdens de bewerking slechts 0,5 speling tussen het onderdeel en de gereedschapshouder toegestaan. Simulatie met NX CAM voorkwam botsing van gereedschap en onderdeel. DMG Mori Engineering keek naar een andere langdurige gereedschapspartner, Haimer, en zijn slanke lijnhouder om een ​​haalbare oplossing voor deze toepassing te bieden. Ondertussen werden de geïnterpoleerde gereedschapsas en doorsnedeaanzichten uitgevoerd op NX CAM om de werking van het gereedschap in de krappe werkruimte te verifiëren.

In de Sinumerik 840D sl zorgde dezelfde 3D quick-set compressorfunctie voor het juiste gereedschapspad, terwijl de hogesnelheidsbewerkingsconfiguratie en cyclus 800 opnieuw werden gebruikt voor dit project. Sinumerik Operate, de grafische gebruikersinterface van de CNC, biedt de operator en het fabricagetechnisch personeel van de eindgebruiker toegang tot productieomstandigheden, inclusief alle voorbewerkings- en afwerkingsgegevens in platte tekst, plus alle vijfassige transformatieoriëntatiegegevens die zijn vastgelegd voor herstart na elke onderbreking en handmatige herstart .

De variabele stroomlijnwerking van de bewerkingsmachine wordt gecombineerd met een geïnterpoleerde vector om een ​​gladdere afwerking te produceren bij het bewerken van bladoppervlakken in een enkel gereedschapspad. De machine gaat over van vierkante naar ronde bewerking en vervolgens naar de extreme hoekpaden die nodig zijn om de binnenkant van het blad nauwkeurig te bewerken. Het enkelbladige vingedeelte van het programma werd automatisch vastgelegd, zodat een stap-en-herhaalprogramma kon worden opgebouwd.

De simulatie van elk snijpad van de bladvin werd gedaan op zowel de NX CAM als de CNC-programma's. Dit gevectoriseerde programma kan naar elke machine worden getransporteerd met vergelijkbare resultaten, volgens Randy Pearson en Matthias Leinberger, PLM-directeur bedrijfsontwikkeling bij Siemens, die opmerkten:"Juist omdat de machinekinematica bekend is, kan dit programma, zodra het is gemaakt, worden overgebracht naar meerdere machines binnen dezelfde faciliteit of gerund door winkels over de hele wereld, allemaal met elkaar verbonden door de besturing. Er is totale continuïteit tussen de operaties, het protocol voor het vastleggen van gegevens en de ontvangen feedback voor productieanalyse.”

Beide projecten werden uitgevoerd met behulp van de nieuwe CELOS aan boord van de DMG Mori-machines. CELOS faciliteert bij deze toepassingen de interactie tussen machinist en machine. Het heeft tal van apps voor het direct oproepen van de werkelijke omstandigheden, volledige gegevensvergelijking via een link naar CAD- en CAM-producten, plus een volledige interface naar het ERP-systeem van het klantbedrijf voor logging en analyse, met in-process externe aanpassing. In het geval van deze ruimtevaartklanten is er ook interactieve communicatie met een wereldwijd productienetwerk.