Tarkkuustyöstötekniikka ja -laitteet ohutseinäisille, erikoismuotoisille ja monimutkaisille lentokoneiden moottoreiden siipille

Avainkomponenttina lentokoneen moottoreiden suorituskyvyn saavuttamiseksi siipillä on tyypillisiä ominaisuuksia, kuten ohutseinäiset, erikoismuotoiset, monimutkaiset rakenteet, vaikeat materiaalit ja korkeat vaatimukset työstötarkkuudelle ja pinnan laadulle. Terien tarkan ja tehokkaan käsittelyn saavuttaminen on suuri haaste nykyisessä lentokoneen moottoreiden valmistuksessa. Terän käsittelytarkkuuteen vaikuttavien keskeisten tekijöiden analyysin avulla tehdään kattava yhteenveto terän tarkkuustyöstöteknologian ja -laitteiden tutkimuksen nykytilasta ja ennakoidaan lentokonemoottorien siipien käsittelytekniikan kehityssuuntaa.

Ilmailuteollisuudessa kevyitä, lujia ohutseinäisiä osia käytetään laajalti, ja ne ovat avainkomponentteja tärkeiden laitteiden, kuten lentokoneiden moottoreiden, suorituskyvyn saavuttamisessa [1]. Esimerkiksi suurten ohitussuhteiden lentokoneiden moottoreiden titaaniseoksesta valmistetut tuulettimen siivet (katso kuva 1) voivat olla jopa 1 metrin pituisia, niissä on monimutkaiset siipiprofiilit ja vaimennuslavarakenteet, ja ohuimman osan paksuus on vain 1.2 mm, mikä on tyypillinen suurikokoinen ohutseinämäinen erikoismuotoinen osa [2]. Tyypillisenä ohutseinäisenä erikoismuotoisena heikon jäykkyyden osana terä on altis käsittelyn muodonmuutokselle ja tärinälle käsittelyn aikana [3]. Nämä ongelmat vaikuttavat vakavasti terän käsittelytarkkuuteen ja pinnan laatuun.

Moottorin suorituskyky riippuu suurelta osin terien valmistusasteesta. Moottorin käytön aikana terien on toimittava vakaasti äärimmäisissä käyttöympäristöissä, kuten korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa. Tämä edellyttää, että terämateriaalilla on oltava hyvä lujuus, väsymiskestävyys ja korroosionkestävyys korkeissa lämpötiloissa ja että sen on varmistettava rakenteellinen vakaus [2]. Yleensä lentokoneiden moottoreiden siivissä käytetään titaaniseoksia tai korkean lämpötilan metalliseoksia. Titaaniseoksilla ja korkean lämpötilan metalliseoksilla on kuitenkin huono työstettävyys. Leikkausprosessin aikana leikkausvoima on suuri ja työkalu kuluu nopeasti. Kun työkalun kuluminen lisääntyy, leikkausvoima kasvaa edelleen, mikä johtaa vakavampiin koneistuksen muodonmuutoksiin ja tärinään, mikä johtaa alhaiseen mittatarkkuuteen ja osien huonoon pintalaatuun. Täyttääkseen moottorin suorituskykyvaatimukset äärimmäisissä työolosuhteissa terien työstötarkkuus ja pinnanlaatu ovat erittäin korkeat. Ottaen esimerkkinä titaaniseoksesta valmistetut tuulettimen siivet, joita käytetään kotimaisessa korkean ohitussuhteen turbopuhallinmoottorissa, siiven kokonaispituus on 681 mm, kun taas paksuus on alle 6 mm. Profiilivaatimus on -0.12 - +0.03 mm, tulo- ja poistoreunojen mittatarkkuus -0.05 - +0.06 mm, teräosan vääntövirhe on sisällä ±10', ja pinnan karheusarvo Ra on parempi kuin 0.4μm. Tämä vaatii yleensä tarkkuustyöstöä viisiakselisella CNC-työstökoneella. Terän heikon jäykkyyden, monimutkaisen rakenteen ja vaikeasti prosessoitavien materiaalien vuoksi prosessihenkilöstön on kuitenkin koneistuksen tarkkuuden ja laadun varmistamiseksi säädettävä leikkausparametreja useita kertoja koneistusprosessin aikana, mikä rajoittaa vakavasti CNC-työstökeskuksen suorituskykyä ja aiheuttaa valtavia tehokkuushukkaa [4]. Siksi CNC-työstötekniikan nopean kehityksen myötä edistyneiden valmistusyritysten kiireellinen tarve saavuttaa muodonmuutosten hallinta ja tärinänvaimennus ohutseinäisten osien työstyksessä ja antaa täyden pelin CNC-työstökeskusten työstöominaisuuksille.

Ohutseinäisten heikkojen jäykkien osien muodonmuutosten hallintatekniikan tutkimus on herättänyt insinöörien ja tutkijoiden huomion jo pitkään. Varhaisessa tuotantokäytännössä ihmiset käyttävät usein vesiviivastrategiaa, jossa ohutseinäisten rakenteiden molemmin puolin jyrsitään vuorotellen, mikä voi helposti vähentää muodonmuutosten ja tärinän haitallisia vaikutuksia mittatarkkuuteen jossain määrin. Lisäksi on olemassa myös tapa parantaa työstön jäykkyyttä asettamalla esivalmistettuja uhrausrakenteita, kuten vahvistavia ripoja.

Leikkaustekniikka vaikeasti leikattaville materiaaleille

Täyttääkseen vakaan palvelun korkean lämpötilan ja korkeapaineisen ympäristön vaatimukset lentokoneiden moottoreiden siipien yleisesti käytetyt materiaalit ovat titaaniseoksia tai korkean lämpötilan seoksia. Viime vuosina metallien välisistä titaani-alumiiniyhdisteistä on myös tullut terämateriaali, jolla on suuri käyttöpotentiaali. Titaaniseoksilla on alhainen lämmönjohtavuus, alhainen plastisuus, alhainen kimmomoduuli ja vahva affiniteetti, minkä vuoksi niillä on ongelmia, kuten suuri leikkausvoima, korkea leikkauslämpötila, kova työkarkaisu ja suuri työkalun kuluminen leikkauksen aikana. Ne ovat tyypillisiä vaikeasti leikattavia materiaaleja (mikrorakenteen morfologia katso kuva 2a) [7]. Korkean lämpötilan metalliseosten pääominaisuudet ovat korkea plastisuus ja lujuus, huono lämmönjohtavuus ja suuri määrä tiheää kiinteää liuosta sisällä [8]. Leikkauksen aikana tapahtuva plastinen muodonmuutos aiheuttaa vakavaa hilan vääristymistä, suurta muodonmuutoskestävyyttä, suurta leikkausvoimaa ja vakavaa kylmäkarkaisuilmiötä, jotka ovat myös tyypillisiä vaikeasti leikattavia materiaaleja (mikrorakenteen morfologia katso kuva 2b). Siksi on erittäin tärkeää kehittää tehokas ja tarkka leikkaustekniikka vaikeasti leikattaville materiaaleille, kuten titaaniseoksille ja korkean lämpötilan metalliseoksille. Vaikeasti leikattavien materiaalien tehokkaan ja tarkan koneistuksen saavuttamiseksi kotimaiset ja ulkomaiset tutkijat ovat tehneet syvällistä tutkimusta innovatiivisten leikkausmenetelmien, optimaalisten työstötyökalumateriaalien ja optimoitujen leikkausparametrien näkökulmasta.

2.1 Leikkauskäsittelymenetelmien innovaatio

Leikkausmenetelmien innovatiivisessa tutkimuksessa ja kehittämisessä tutkijat ovat ottaneet käyttöön apukeinoja, kuten laserlämmityksen ja kryogeenisen jäähdytyksen materiaalien työstettävyyden parantamiseksi ja tehokkaan leikkauksen saavuttamiseksi. Laserkuumennusavusteisen prosessoinnin [9] (katso kuva 3a) toimintaperiaate on kohdistaa suuritehoinen lasersäde työkappaleen pintaan leikkuureunan eteen, pehmentää materiaalia säteen paikallisella lämmityksellä, vähentää materiaalin myötörajaa, mikä vähentää leikkausvoimaa ja työkalun kulumista sekä parantaa leikkauksen laatua ja tehokkuutta. Kryogeeninen jäähdytysavusteinen prosessointi [10] (katso kuva 3b) käyttää nestemäistä typpeä, korkeapaineista hiilidioksidikaasua ja muita jäähdytysaineita ruiskuttamalla leikkausosaan leikkausprosessin jäähdyttämiseksi, välttääkseen materiaalin huonosta lämmönjohtavuudesta johtuvan liiallisen paikallisen leikkauslämpötilan ongelman ja tehdäkseen työkappaleesta paikallisesti kylmän ja hauraan, mikä parantaa lastunmurtovaikutusta. Iso-Britanniassa sijaitseva Nuclear AMRC -yhtiö käytti menestyksekkäästi korkeapaineista hiilidioksidikaasua jäähdyttämään titaaniseoksen käsittelyprosessia. Kuivaleikkaustilaan verrattuna analyysi osoittaa, että kryogeeninen jäähdytysavusteinen käsittely ei voi vain vähentää leikkausvoimaa ja parantaa leikkauspinnan laatua, vaan myös vähentää tehokkaasti työkalun kulumista ja pidentää työkalun käyttöikää. Lisäksi ultraäänivärähtelyavusteinen käsittely [11, 12] (katso kuva 3c) on myös tehokas menetelmä vaikeasti prosessoitavien materiaalien tehokkaaseen leikkaamiseen. Kohdisttamalla työkaluun suurtaajuisia, pieniamplitudisia tärinöitä, työkalun ja työkappaleen välillä saavutetaan työstöprosessin aikana ajoittainen erotus, mikä muuttaa materiaalin poistomekanismia, parantaa dynaamisen leikkauksen vakautta, välttää tehokkaasti työkalun ja koneistetun pinnan välistä kitkaa, alentaa leikkauslämpötilaa ja leikkausvoimaa, vähentää pinnan karheusarvoja ja vähentää työkalun kulumisarvoja. Sen erinomaiset prosessivaikutukset ovat saaneet laajaa huomiota.

2.2 Työkalumateriaalien valinta

Vaikeasti leikattavien materiaalien, kuten titaaniseosten, kohdalla työkalumateriaalien optimointi voi parantaa tehokkaasti leikkaustuloksia [8, 13]. Tutkimukset ovat osoittaneet, että titaaniseoksen käsittelyyn voidaan valita erilaisia ​​työkaluja käsittelynopeuden mukaan. Hidasleikkaukseen käytetään korkeanopeuksisen kobolttiteräksen, keskinopean leikkauksen sementoituja kovametallityökaluja, joissa on alumiinioksidipinnoite, ja nopeaan leikkaukseen käytetään kuution boorinitridi (CBN) työkaluja; korkean lämpötilan seosten käsittelyssä tulee käyttää korkeavanadiinipitoisia nopeateräs- tai YG-sementoituja kovametallityökaluja, joilla on korkea kovuus ja hyvä kulutuskestävyys.

2.3 Optimaaliset leikkausparametrit

Leikkausparametrit ovat myös tärkeä työstövaikutukseen vaikuttava tekijä. Käyttämällä asianmukaisia ​​leikkausparametreja vastaaville materiaaleille voidaan tehokkaasti parantaa koneistuksen laatua ja tehokkuutta. Leikkausnopeusparametrin esimerkkinä voidaan todeta, että alhainen leikkausnopeus voi helposti muodostaa muodostuneen reuna-alueen materiaalin pinnalle, mikä vähentää pinnan työstötarkkuutta; suuri leikkausnopeus voi helposti aiheuttaa lämmön kerääntymistä, mikä aiheuttaa palovammoja työkappaleeseen ja työkaluun. Tässä suhteessa professori Zhai Yuanshengin Harbinin tiede- ja teknologiayliopiston työryhmä analysoi yleisesti käytettyjen vaikeasti työstettävien materiaalien mekaanisia ja fysikaalisia ominaisuuksia ja tiivisti suositeltujen leikkausnopeuksien taulukon vaikeasti työstettäville materiaaleille ortogonaalisten työstökokeiden avulla [14] (katso taulukko 1). Taulukossa suositeltujen työkalujen ja leikkausnopeuksien käyttäminen koneistukseen vähentää tehokkaasti koneistusvirheitä ja työkalun kulumista sekä parantaa koneistuksen laatua.

3 Tarkka CNC-työstötekniikka monimutkaisille teräpinnoille

Viime vuosina ilmailuteollisuuden nopean kehityksen ja kasvavan markkinakysynnän myötä ohutseinäisten terien tehokkaan ja tarkan käsittelyn vaatimukset ovat lisääntyneet ja entistä tarkemman muodonmuutoksen hallintatekniikan kysyntä on tullut kiireellisemmäksi. Älykkään valmistustekniikan yhteydessä modernin elektronisen tietotekniikan yhdistäminen lentokoneiden moottorin siipien käsittelyn muodonmuutosten ja tärinän älykkään hallinnan saavuttamiseksi on tullut kuuma aihe monille tutkijoille. Älykkäiden CNC-järjestelmien ottaminen käyttöön terien monimutkaisten kaarevien pintojen täsmälliseen käsittelyyn ja aktiivisesti kompensoimalla virheet älykkäisiin CNC-järjestelmiin perustuvassa käsittelyprosessissa, voidaan tehokkaasti vaimentaa muodonmuutoksia ja tärinää.

Koneistusprosessin aktiivisen virheen kompensoimiseksi koneistusparametrien, kuten työkalun radan, optimoinnin ja ohjauksen saavuttamiseksi on ensin selvitettävä prosessiparametrien vaikutus koneistuksen muodonmuutokseen ja tärinään. On olemassa kaksi yleisesti käytettyä menetelmää: toinen on analysoida ja perustella kunkin työkalun tulokset koneella suoritetun mittauksen ja virheanalyysin läpi [15]; toinen on luoda ennustemalli muodonmuutosten ja värähtelyjen koneistukseen dynaamisen analyysin [16], elementtimallinnuksen [17], kokeiden [18] ja hermoverkkojen [19] avulla (katso kuva 4).

Yllä olevan ennustemallin tai koneen mittaustekniikan perusteella ihmiset voivat optimoida ja jopa hallita koneistusparametreja reaaliajassa. Pääsuunta on kompensoida muodonmuutosten ja tärinän aiheuttamia virheitä suunnittelemalla uudelleen työkalun rata. Yleisesti käytetty menetelmä tähän suuntaan on "peilikompensointimenetelmä" [20] (katso kuva 5). Tämä menetelmä kompensoi yksittäisen leikkauksen muodonmuutoksia korjaamalla työkalun nimellistä liikerataa. Yksi kompensaatio tuottaa kuitenkin uuden koneistusmuodonmuutoksen. Siksi on tarpeen luoda iteratiivinen suhde leikkausvoiman ja koneistuksen muodonmuutoksen välille useiden kompensaatioiden avulla muodonmuutoksen korjaamiseksi yksitellen. Työkalun ratasuunnitteluun perustuvan aktiivisen virheen kompensointimenetelmän lisäksi monet tutkijat tutkivat myös, miten muodonmuutoksia ja tärinää voidaan hallita optimoimalla ja ohjaamalla leikkausparametreja ja työkaluparametreja. Tietyn tyyppisen lentokoneen moottorin siiven leikkaamiseksi työstöparametreja muutettiin useiden ortogonaalisten testien kierroksia varten. Testitietojen perusteella analysoitiin kunkin leikkausparametrin ja työkaluparametrin vaikutus terän työstömuodonmuutokseen ja tärinävasteeseen [21-23]. Empiirinen ennustemalli luotiin optimoimaan koneistusparametrit, vähentämään tehokkaasti koneistuksen muodonmuutoksia ja vaimentamaan leikkausvärähtelyä.

Yllä olevien mallien ja menetelmien perusteella monet yritykset ovat kehittäneet tai parantaneet CNC-työstökeskusten CNC-järjestelmiä saavuttaakseen ohutseinäisten osien käsittelyparametrien reaaliaikaisen mukautuvan ohjauksen. Israelin OMAT-yhtiön [24] optimaalinen jyrsintäjärjestelmä on tyypillinen edustaja tällä alalla. Se säätää pääasiassa syöttönopeutta mukautuvan tekniikan avulla saavuttaakseen jatkuvan voimajyrsinnän tarkoituksen ja saavuttaakseen monimutkaisten tuotteiden tehokkaan ja laadukkaan käsittelyn. Lisäksi Beijing Jingdiao sovelsi samanlaista tekniikkaa klassiseen tekniseen tapaukseen, jossa munankuoren pintakuvion kaiverrus valmistui koneella suoritettavan mittauksen mukautuvan kompensoinnin avulla [25]. GE:n THERRIEN yhdysvaltalaiselta [26] ehdotti reaaliaikaista korjausmenetelmää CNC-työstökoodeille koneistuksen aikana, mikä tarjosi tekniset peruskeinot adaptiiviseen koneistukseen ja monimutkaisten ohutseinäisten terien reaaliaikaiseen ohjaukseen. Euroopan unionin automaattinen lentokonemoottorin turbiinikomponenttien korjausjärjestelmä (AROSATEC) toteuttaa mukautuvan tarkkuusjyrsinnän sen jälkeen, kun terä on korjattu lisäainevalmistuksen avulla, ja sitä on sovellettu saksalaisen MTU-yhtiön ja irlantilaisen SIFCO-yhtiön siipien korjaustuotannossa [27].

4. Prosessoinnin jäykkyyden parantaminen älykkäiden prosessilaitteiden pohjalta

Älykkäiden prosessilaitteiden käyttö prosessijärjestelmän jäykkyyden parantamiseksi ja vaimennusominaisuuksien parantamiseksi on myös tehokas tapa vaimentaa ohutseinämäisten terien käsittelyn muodonmuutoksia ja tärinää, parantaa käsittelyn tarkkuutta ja parantaa pinnan laatua. Viime vuosina erityyppisten lentokonemoottorien siipien käsittelyssä on käytetty paljon erilaisia ​​prosessilaitteita [28]. Koska lentokonemoottorien terien rakenteelliset ominaisuudet ovat yleensä ohutseinäiset ja epäsäännölliset, pieni puristus- ja asemointialue, alhainen työstöjäykkyys ja paikallinen muodonmuutos leikkauskuormituksen vaikutuksesta, teränkäsittelylaitteet yleensä tukevat työkappaletta kuuden pisteen asemointiperiaatteen [29] mukaisesti optimoidakseen prosessin muodonmuutosjärjestelmän ja jäykkyyden. Ohutseinäiset ja epäsäännölliset kaarevat pinnat asettavat kaksi vaatimusta työkalujen sijoittelulle ja kiinnittämiselle: ensinnäkin työkalun puristusvoima tai kosketusvoima tulee jakaa mahdollisimman tasaisesti kaarevalle pinnalle, jotta vältetään työkappaleen vakava paikallinen muodonmuutos puristusvoiman vaikutuksesta; Toiseksi työkalun kohdistus-, kiinnitys- ja aputukielementtien on vastattava paremmin työkappaleen monimutkaista kaarevaa pintaa tasaisen pintakosketusvoiman muodostamiseksi jokaisessa kosketuspisteessä. Vastauksena näihin kahteen vaatimukseen tutkijat ovat ehdottaneet joustavaa työkalujärjestelmää. Joustavat työkalujärjestelmät voidaan jakaa vaihemuutos joustavaan työkaluun ja mukautuvaan joustavaan työkaluun. Vaiheenvaihtojoustotyökaluissa hyödynnetään jäykkyyden ja vaimennuksen muutoksia ennen ja jälkeen nesteen faasimuutoksen: nestefaasissa tai liikkuvassa faasissa olevalla nesteellä on alhainen jäykkyys ja vaimennus, ja se voi mukautua työkappaleen monimutkaiseen kaarevaan pintaan alhaisessa paineessa. Sen jälkeen neste muuttuu kiinteäksi faasiksi tai lujitetaan ulkoisten voimien, kuten sähkön/magnetismin/lämmön, vaikutuksesta, ja jäykkyys ja vaimennus paranevat huomattavasti, mikä tarjoaa tasaisen ja joustavan tuen työkappaleelle ja vaimentaa muodonmuutoksia ja tärinää.

Lentokoneiden moottoreiden siipien perinteisen käsittelytekniikan prosessilaitteistona on käyttää faasinmuutosmateriaaleja, kuten matalan sulamispisteen metalliseoksia apukannattimen täyttämiseen. Toisin sanoen sen jälkeen, kun työkappaleen aihio on paikoitettu ja kiinnitetty kuudesta pisteestä, työkappaleen asemointireferenssi valetaan valukappaleeseen matalan sulamispisteen metalliseoksen läpi työkappaleen aputuen saamiseksi, ja monimutkainen pisteasemointi muunnetaan säännölliseksi pinnan sijoitteluksi, minkä jälkeen suoritetaan työstettävän osan tarkkuuskäsittely (katso kuva 6). Tässä prosessimenetelmässä on ilmeisiä puutteita: paikannusreferenssimuunnos johtaa paikannustarkkuuden heikkenemiseen; tuotannon valmistelu on monimutkaista, ja matalan sulamispisteen metalliseoksen valu ja sulaminen aiheuttaa myös jäännös- ja puhdistusongelmia työkappaleen pinnalle. Samaan aikaan myös valu- ja sulatusolosuhteet ovat suhteellisen huonot [30]. Yllä olevien prosessivirheiden ratkaisemiseksi yleinen menetelmä on ottaa käyttöön monipisteinen tukirakenne yhdistettynä vaiheenmuutosmateriaaliin [31]. Tukirakenteen yläpää koskettaa työkappaletta kohdistamista varten, ja alapää on upotettu matalan sulamispisteen metalliseoskammioon. Joustava lisätuki saavutetaan alhaisen sulamispisteen lejeeringin faasimuutosominaisuuksien perusteella. Vaikka tukirakenteen käyttöönotolla voidaan välttää terien kosketuksiin joutuvien matalan sulamispisteen metalliseosten aiheuttamia pintavirheitä, faasimuutosmateriaalien suorituskykyrajoitusten vuoksi faasinmuutosjoustotyökalut eivät voi samanaikaisesti täyttää kahta päävaatimusta, jotka ovat korkea jäykkyys ja korkea vastenopeus, ja niitä on vaikea soveltaa tehokkaaseen automatisoituun tuotantoon.

Ratkaistakseen vaihemuutosjoustotyökalujen haittoja monet tutkijat ovat sisällyttäneet mukauttamisen käsitteen joustavan työkalun tutkimukseen ja kehittämiseen. Mukautuva joustava työkalu voi mukauttaa monimutkaisia ​​terämuotoja ja mahdollisia muotovirheitä sähkömekaanisten järjestelmien avulla. Jotta varmistetaan, että kosketusvoima jakautuu tasaisesti koko terälle, työkaluissa käytetään yleensä monipisteaputukia tukimatriisin muodostamiseksi. Wang Huin työryhmä Tsinghuan yliopistosta ehdotti monipisteistä joustavaa apuprosessilaitteistoa, joka soveltuu lähes verkon muotoiseen terän käsittelyyn [32, 33] (katso kuva 7). Työkaluissa käytetään useita joustavia materiaalikiinnityselementtejä, jotka auttavat tukemaan lähes verkon muotoisen terän terän pintaa, mikä lisää terän kosketusaluetta. ​​jokaiselle kosketusalueelle ja varmistaen, että puristusvoima jakautuu tasaisesti jokaiseen kosketinosaan ja koko terään, mikä parantaa prosessijärjestelmän jäykkyyttä ja estää tehokkaasti terän paikallista muodonmuutosta. Työkaluissa on useita passiivisia vapausasteita, jotka voivat sovittaa mukautuvasti terän muotoon ja sen virheeseen välttäen samalla yliasemointia. Joustavien materiaalien avulla saavutettavan adaptiivisen tuen lisäksi sähkömagneettisen induktion periaatetta sovelletaan myös mukautuvan joustavan työkalun tutkimukseen ja kehittämiseen. Yang Yiqingin Pekingin ilmailu- ja astronautiikkayliopiston tiimi keksi sähkömagneettisen induktion periaatteeseen perustuvan aputukilaitteen [34]. Työkaluissa käytetään joustavaa, sähkömagneettisella signaalilla viritettyä aputukea, joka voi muuttaa prosessijärjestelmän vaimennusominaisuuksia. Kiinnitysprosessin aikana aputuki sovittaa mukautuvasti työkappaleen muotoon kestomagneetin vaikutuksesta. Käsittelyn aikana työkappaleen synnyttämä värähtely välittyy aputukeen ja käänteinen sähkömagneettinen voima viritetään sähkömagneettisen induktion periaatteen mukaisesti, mikä vaimentaa ohutseinäisen työkappaleen käsittelyn tärinää.

Tällä hetkellä prosessilaitteiden suunnittelussa käytetään yleensä elementtianalyysiä, geneettistä algoritmia ja muita menetelmiä monipisteaputukien sijoittelun optimointiin [35]. Optimointitulos voi kuitenkin yleensä varmistaa vain sen, että käsittelyn muodonmuutos yhdessä kohdassa minimoidaan, eikä se voi taata, että sama muodonmuutosta vaimentava vaikutus voidaan saavuttaa muissa prosessointiosissa. Terän työstöprosessissa työkappaleelle suoritetaan yleensä sarja työkalun ajoja samalla työstökoneella, mutta eri osien työstössä olevat kiinnitysvaatimukset ovat erilaisia ​​ja voivat jopa vaihdella ajallisesti. Staattisessa monipistetukimenetelmässä, jos prosessijärjestelmän jäykkyyttä parannetaan lisätukien määrää lisäämällä, toisaalta työkalun massa ja tilavuus kasvavat ja toisaalta työkalun liiketila puristuu. Jos aputuen asento nollataan eri osia käsiteltäessä, käsittelyprosessi väistämättä keskeytyy ja prosessoinnin tehokkuus heikkenee. Siksi on ehdotettu seurantaprosessilaitteistoa [36-38], joka säätää automaattisesti tuen asettelua ja tukivoimaa verkossa prosessointiprosessin mukaan. Seurantaprosessilaitteistolla (katso kuva 8) voidaan saavuttaa dynaamista tukea työkalun ja työkalujen koordinoidulla yhteistyöllä ajassa muuttuvan leikkausprosessin työskentelyradan ja työskentelyolosuhteiden muutoksien perusteella ennen minkään prosessoinnin alkamista: ensin siirretään aputuki asentoon, joka auttaa vaimentamaan senhetkistä prosessoinnin muodonmuutosta niin, että työstöalue työkappaletta tuetaan aktiivisesti, kun taas työkappaleen muut osat pysyvät paikoillaan mahdollisimman vähän koskettamalla, mikä vastaa työstöprosessin aikana vaihtelevia kiinnitysvaatimuksia.

Prosessilaitteiden mukautuvan dynaamisen tukikyvyn parantamiseksi entisestään, käsittelyprosessin monimutkaisempiin kiinnitysvaatimuksiin vastaamiseksi ja teränkäsittelytuotannon laadun ja tehokkuuden parantamiseksi seuranta-aputuki laajennetaan useiden dynaamisten aputukien muodostamaan ryhmään. Jokainen dynaaminen aputuki tarvitaan koordinoimaan toimia ja automaattisesti ja nopeasti rekonstruoimaan tukiryhmän ja työkappaleen välinen kontakti valmistusprosessin ajan kuluessa muuttuvien vaatimusten mukaisesti. Jälleenrakennusprosessi ei häiritse koko työkappaleen sijoittelua eikä aiheuta paikallista siirtymää tai tärinää. Tähän konseptiin perustuvaa prosessilaitteistoa kutsutaan itsestään uudelleenkonfiguroitavaksi ryhmävalaisimiseksi [39], jonka etuna on joustavuus, uudelleenkonfiguroitavuus ja autonomia. Itsesäätyvä ryhmäkiinnike voi allokoida useita aputukea eri asentoihin tuetulle pinnalle valmistusprosessin vaatimusten mukaisesti, ja se voi mukautua monimutkaisiin muotoisiin työkappaleisiin, joilla on suuri pinta-ala, varmistaen samalla riittävän jäykkyyden ja eliminoiden ylimääräiset tuet. Valaisimen toimintatapa on, että ohjain lähettää ohjelmoidun ohjelman mukaiset käskyt ja mobiilitukiasema tuo tukielementin ohjeiden mukaan kohdeasentoon. Tukielementti mukautuu työkappaleen paikalliseen geometriseen muotoon mukautuvan tuen saamiseksi. Yhden tukielementin ja paikallisen työkappaleen välisen kosketusalueen dynaamisia ominaisuuksia (jäykkyys ja vaimennus) voidaan ohjata muuttamalla tukielementin parametreja (esimerkiksi hydraulinen tukielementti voi yleensä muuttaa syöttöhydraulista painetta kosketusominaisuuksien muuttamiseksi). Prosessijärjestelmän dynaamiset ominaisuudet muodostuvat useiden tukielementtien ja työkappaleen välisen kosketusalueen dynaamisten ominaisuuksien kytkennästä, ja ne liittyvät kunkin tukielementin parametreihin ja tukielementtiryhmän layoutiin. Itse uudelleenkonfiguroitavan ryhmävalaisimen monipistetuen rekonstruointikaavion suunnittelussa on otettava huomioon seuraavat kolme asiaa: mukautuminen työkappaleen geometriseen muotoon, tukielementtien nopea uudelleenasemointi ja useiden tukipisteiden koordinoitu yhteistyö [40]. Siksi itsekonfiguroitavaa ryhmäkiinnitystä käytettäessä on käytettävä syötteenä työkappaleen muotoa, kuormitusominaisuuksia ja luontaisia ​​rajaehtoja, jotta voidaan ratkaista monipistetuen layout ja tukiparametrit erilaisissa käsittelyolosuhteissa, suunnitella monipistetuen liikerata, generoida ohjauskoodi ratkaisutuloksista ja tuoda se ohjaimeen. Tällä hetkellä kotimaiset ja ulkomaiset tutkijat ovat tehneet joitain tutkimuksia ja yrityksiä itsekonfiguroitavista ryhmäkalusteista. Ulkomailla EU-projekti SwarmItFIX on kehittänyt uuden erittäin mukautuvan itsestään uudelleenkonfiguroitavan kiinnitysjärjestelmän [41], joka liikkuu liikkuvien aputukien avulla vapaasti työpöydällä ja sijoittuu reaaliajassa tukeakseen paremmin prosessoituja osia. SwarmItFIX-järjestelmän prototyyppi on toteutettu tässä projektissa (katso kuva 9a) ja testattu italialaisen lentokonevalmistajan työmaalla. Kiinassa Wang Huin tiimi Tsinghuan yliopistossa on kehittänyt nelipisteen kiinnitystukityöpöydän, jota voidaan ohjata koordinoidusti työstökoneen kanssa [42] (katso kuva 9b). Tämä työpöytä voi tukea uloketappia ja välttää automaattisesti työkalun turbiinin lavan tapin hienokoneistuksen aikana.

5 Keskustelu tulevaisuuden kehityssuunnista

5.1 Uudet materiaalit

Kun lentokoneiden moottoreiden työntövoima-paino-suhteen suunnitteluvaatimukset kasvavat edelleen, osien määrä vähenee vähitellen ja osien jännitystaso nousee jatkuvasti. Kahden perinteisen korkeita lämpötiloja kestävän rakennemateriaalin suorituskyky on saavuttanut rajansa. Viime vuosina lentokoneiden moottoreiden siipien uudet materiaalit ovat kehittyneet nopeasti, ja ohutseinäisten terien valmistukseen käytetään yhä enemmän korkean suorituskyvyn materiaaleja. Heidän joukossaan γ-TiAl-lejeeringillä[43] on erinomaiset ominaisuudet, kuten korkea ominaislujuus, korkean lämpötilan kestävyys ja hyvä hapettumisenkestävyys. Samaan aikaan sen tiheys on 3.9 g/cm3, mikä on vain puolet korkean lämpötilan metalliseosten tiheydestä. Tulevaisuudessa sillä on suuri potentiaali teränä lämpötila-alueella 700-800℃. Siitä huolimatta γ-TiAl-seoksella on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, sen korkea kovuus, alhainen lämmönjohtavuus, alhainen murtumissitkeys ja korkea hauraus johtavat huonoon pinnan eheyteen ja alhaiseen tarkkuuteen. γ-TiAl-seosmateriaali leikkauksen aikana, mikä vaikuttaa vakavasti osien käyttöikään. Siksi käsittely tutkimus γ-TiAl-seoksella on tärkeä teoreettinen merkitys ja arvo, ja se on tärkeä nykyisen teränkäsittelytekniikan tutkimussuunta.

5.2 Ajassa muuttuva mukautuva käsittely

Lentokoneen siivillä on monimutkaiset kaarevat pinnat ja ne vaativat suurta muototarkkuutta. Tällä hetkellä niiden tarkkuustyöstössä käytetään pääasiassa geometrisia adaptiivisia työstömenetelmiä, jotka perustuvat ratasuunnitteluun ja mallin rekonstruointiin. Tällä menetelmällä voidaan tehokkaasti vähentää paikannuksesta, kiinnityksestä jne. aiheutuvien virheiden vaikutusta terän työstötarkkuuteen. Vaikutus. Muotin taontaterän aihion epätasaisesta paksuudesta johtuen leikkaussyvyys työkalun eri alueilla on kuitenkin erilainen leikkausprosessin aikana suunnitellun polun mukaan, mikä tuo leikkausprosessiin epävarmoja tekijöitä ja vaikuttaa työstön vakauteen. Tulevaisuudessa CNC:n mukautuvan koneistuksen aikana todellisia koneistuksen tilan muutoksia tulisi seurata paremmin [44], mikä parantaa merkittävästi monimutkaisten kaarevien pintojen työstötarkkuutta ja muodostaa ajassa vaihtelevan ohjauksen mukautuvan koneistusmenetelmän, joka säätää lastuamisparametreja reaaliaikaisten palautetietojen perusteella.

5.3 Älykkäät prosessilaitteet

Terien valmistustehokkuus moottorin suurimmana osana vaikuttaa suoraan moottorin kokonaisvalmistuksen tehokkuuteen ja terien valmistuksen laatu suoraan moottorin suorituskykyyn ja käyttöikään. Siksi älykkäästä terien tarkkuustyöstyksestä on tullut moottorin terien valmistuksen kehityssuunta nykymaailmassa. Työstökoneiden ja prosessilaitteiden tutkimus ja kehitys on avain älykkään teränkäsittelyn toteuttamiseen. CNC-tekniikan kehityksen myötä työstökoneiden älykkyys on parantunut nopeasti ja jalostus- ja tuotantokapasiteettia on parannettu huomattavasti. Siksi älykkäiden prosessilaitteiden tutkimus-, kehitys- ja innovaatiotoiminta on tärkeä kehityssuunta ohutseinäisten terien tehokkaassa ja tarkassa koneistuksessa. Älykkäät CNC-työstökoneet yhdistetään prosessilaitteistoihin älykkääksi teränkäsittelyjärjestelmäksi (katso kuva 10), joka toteuttaa ohutseinäisten terien erittäin tarkan, tehokkaan ja mukautuvan CNC-työstön.