DMG Mori & Siemens Leveren Volledige CAD/CAM/CAE CNC-Oplossingen voor Luchtvaartbewerking

DMG Mori (Hoffman Estates, IL) levert productietechnologieën aan luchtvaart-OEM's en productiewinkels ondersteund door een pakket van CAD/CAM/CNC-hardware, software, en engineering-diensten van Siemens Industry Inc. (Elk Grove Village, IL) voor luchtvaartbewerking. Een langjarige partner van Siemens, bouwt DMG Mori een verscheidenheid aan conventionele spanende en ultrasonische bewerkingscentra.

Voor de luchtvaartindustrie zijn grote zorg en planning in het luchtvaartbewerkingsproces vereist om gewenste nauwkeurigheden en algehele productie-efficiëntie te bereiken. Typische geproduceerde componenten omvatten die gemaakt van lichte maar harde materialen, zoals titanium en gerelateerde legeringen alsook aluminium-werkstukken, waar substantiële volumes aan materiaalverwijdering plaatsvinden. Vanwege lange cyclus-tijden en andere hoge grondstofkosten is de bewerking van dergelijke componenten uitdagend.

Twee recente toepassingen illustreren hoe DMG Mori in staat was om naar Siemens te kijken om deelproductie te verbeteren, inclusief reductie van design-naar-deel-protocollen, luchtvaartbewerkingstijd, tool-levensduur, oppervlakteafwerking, dimensionele nauwkeurigheden en algehele productie-efficiëntie.

In de eerste instantie moest een reverse-thrust-component voor een straalmotor gemaakt worden uit Ti Gal-4-V, een materiaal vaak gebruikt in de luchtvaart vanwege zijn elastische stijfheid. Vanaf het CAD-bestand, draaide het Siemens PLM (product lifecycle management)-team het programma door zijn NX CAM met een VoluMill add-on-functie die maximale materiaalverwijderingssnelheden berekent. De user-defined events (UDE)-functie binnen het NX-programma stelt checkboxes in voor het triggeren van post-processor-referenties voor koeldruk, amplitude, ultrasonische generator-instellingen, en meer. Dit vermijdt handmatige programmering en, als resultaat, verminderde de programma-overgangstijd van zo lang als twee dagen tot ongeveer 30 minuten.

Eenmaal het programma klaar was voor de controle, stelden de functies van de Sinumerik 840D sl CNC een meer gestroomlijnde simulatie van het daadwerkelijke snijpad mogelijk. De 3D quick-set compressor-functie biedt een parametrische geïtemiseerde datafile voor alle padbewegingen, waardoor botsingen geëlimineerd worden en het optimale toolpad gewaarborgd wordt, in combinatie met de NC-kernel en PLC op de machine tool.

Zoals Randy Pearson, technical applications center manager voor Siemens observeerde: "Deze functie is een enorme tijdbesparing voor onze klant, aangezien de testbal en tast in het spindle-mechanisme op elk punt in de cyclus uitgevoerd kan worden, het daadwerkelijke machine-kinematiek op elk moment testend. De procedure kan ook geautomatiseerd worden om op de tafel te draaien op voorgeschreven tijdsintervallen."

De high-speed machining-functie wordt gehighlight door Cyclus 800, een statische vlak-transformatie die een vijf-as-machine in staat stelt een geroteerd werkvlak in de ruimte te definiëren. Het is in de industrie algemeen bekend als 3+2 programmeren. De cyclus converteert de daadwerkelijke werkstuk-nul en tool-offsets om te verwijzen naar het geroteerde oppervlak. Opmerkelijk hier is dat de cyclus specifieke machine-kinematiek accommodeert en de fysieke assen normaal op het werkvlak positioneert. Dit wordt gerefereerd als TRAORI of transformatie-oriëntatie.

Tegelijkertijd stelt de Sinumerik CNC Operate-gebruikersinterface op de machine de operator in staat geïntegreerde tool-management- en informatie-management-functies uit te voeren, allemaal draagbaar op een USB- of netwerkverbinding.

In de simulatie worden het laden en fixeren van het werkstuk virtueel uitgevoerd in NX CAM, wat ook een consistente spanbelasting berekent, cruciaal in deze grote materiaalverwijderingsapplicaties. De simulatie verifieert verder de toollengte bij elk snijsegment en het programma wordt gefinaliseerd voor de machine om te beginnen. Het is letterlijk als werken met een "Digital Twin" van de machine.

Tijdens productie leverde dit proces een 2,25 keer verbetering in tool-levensduur op dit zeer harde materiaal, volgens Luke Ivaska, national product manager 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 enkele initiële uitdagingen, aangezien de meeste softwareprogramma's purpose-built CAM-pakketten zijn die snel en gemakkelijk gebruik door iedereen toelaten. Ze hebben significante beperkingen, echter, aangezien de software het toolpad stuurt en de operator heel weinig controle heeft. Met NX CAM en Sinumerik hebben we veel meer input op de creatie van het toolpad. Ik heb nog geen probleem gevonden dat ik niet met NX kon oplossen." Als resultaat wordt het afgeronde deel in 4½ uur gedraaid met een oppervlakteverbetering van 62,5 Ra naar 35 Ra, door de ultrasonische actor.

In het tweede voorbeeld wordt een conventionele spanende vijf-as bewerkingscentrum, de entry-level DMU 50, gebruikt om een 7" (177,8 mm) diameter x 2" (50,8 mm) hoog blok 6061 aluminium in een waaierwiel voor de luchtvaartindustrie te snijden, met meer dan 90% materiaalverwijdering bereikt. Hetzelfde NX CAM-software startte deze procesketen, met het initiële voordeel van aanzienlijke tijdbesparing in de vijf-as-opstelling en uitgebreide G-code-simulatie en -verificatie in een enkel systeem.

Vanwege de gebladde structuur van dit waaierwiel-component was slechts een 0,5-play tussen het deel en de toolhouder toelaatbaar tijdens bewerking. Simulatie met NX CAM voorkwam botsing van tool en deel. DMG Mori-engineering keek naar een andere langjarige tooling-partner, Haimer, en zijn slim-line-houder om een haalbare oplossing voor deze toepassing te bieden. Tegelijkertijd werden de geïnterpoleerde tool-as en sectie-weergaven op NX CAM gedraaid om de operatie van de tool in de krappe werkruimte te verifiëren.

In de Sinumerik 840D sl, zorgde dezelfde 3D quick-set compressor-functie voor het juiste toolpad, terwijl de high-speed machining-opstelling en Cyclus 800 opnieuw gebruikt werden voor dit project. Sinumerik Operate, de CNC's grafische gebruikersinterface, biedt de eindgebruiker's operator en productie-engineering-personeel toegang tot productiecondities, inclusief alle ruw- en fijnfreesdata in platte tekst, plus alle vijf-as-transformatie-oriëntatiedata gelogd voor herstart na elke onderbreking en handmatige herstart.

De variabele stroomlijningsoperatie van de machine-tool combineert met een geïnterpoleerde vector om een gladde afwerking te produceren bij het bewerken van bladoppervlakken in een enkel toolpad. De machine gaat over van vierkant-naar-rond bewerken en dan de extreme hoekpaden die nodig zijn om de blaad-interna nauwkeurig te bewerken. Het enkele blaad-vinderdeel van het programma werd automatisch vastgelegd, zodat een stap-en-herhaal-programma opgebouwd kon worden.

De simulatie van elk blaad-vinder-snijpad werd op zowel de NX CAM- als de CNC-programma's gedaan. Dit gevectoreerde programma is transportabel naar elke machine met vergelijkbare resultaten, volgens Randy Pearson en Matthias Leinberger, PLM-directeur van business development voor Siemens, die commentaar gaven, "Precies omdat de machine-kinematiek bekend zijn, kan dit programma, eenmaal gecreëerd, overgedragen worden op meerdere machines binnen dezelfde faciliteit of gedraaid worden door winkels over de hele wereld, allemaal verbonden door de controle. Er is totale continuïteit tussen de operaties, het dataverzamelingsprotocol, en feedback ontvangen voor productie-analyse."

Beide projecten werden uitgevoerd met de nieuwe CELOS aan boord van de DMG Mori-machines. CELOS faciliteert interactie tussen operator en machine in deze toepassingen. Het heeft talloze apps om direct op te roepen van actuele condities, volledige datavergelijking via een link naar CAD- en CAM-producten, plus volledige interface naar het ERP-systeem van het klantbedrijf voor logging en analyse, met in-process remote aanpassing. In het geval van deze luchtvaartklanten wordt interactieve communicatie naar een globaal productienetwerk ook geboden.