CC BY
13
УДК 621.981.1. (088.8) Стародубцева Дарья Александровна,
аспирантка, младший научный сотрудник НИЧ, Иркутский национальный исследовательский технический университет,
тел. 89086508914, e-mail: [email protected] РЕВОЛЬВЕРНАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ ЗАЧИСТКИ ПАНЕЛЕЙ И ОБШИВОК ЛЕПЕСТКОВЫМИ КРУГАМИ ПОСЛЕ ДРОБЕУДАРНОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
D.A. Starodubtseva
A TURRET FOR GRINDING OF PANELS AND COVERS BY FLAP WHEEL
AFTER SHOT PEEN FORMING
Аннотация. Зачистка панелей и обшивок лепестковым абразивным кругом является частью технологического процесса формообразования длинномерных крупногабаритных деталей. Зачистка выполняется с целью улучшения качества исходной поверхности, образованной операцией дробеударного формообразования (ДУФ), в результате которой на поверхности детали сформирован специфический микрорельеф от ударов дроби и предыдущей механообработки. Впервые предложена конструкция револьверной головки для зачистки лепестковыми кругами, как различной ширины, так и профиля. Револьверная головка позволяет обрабатывать панели и обшивки планера летательного аппарата. Предусмотренные в конструкции револьверной головки датчики обеспечивают положение лепесткового круга относительно обрабатываемого участка криволинейной поверхности. Использование различного материала кругов и зернистости обеспечивает необходимое качество обрабатываемой поверхности. В статье дано описание конструкции револьверной головки для зачистки панелей и обшивок после дробеударного формообразования лепестковыми кругами.
Ключевые слова: револьверная головка для зачистки, абразивная зачистка, лепестковый круг, обшивка, панель, дробе-ударное формообразование, датчики положения.
Abstract. Grinding panels and covers by the abrasive flap wheel is part of a process of forming large parts. Grinding is carried out to improve the quality of the original surface, shaped by the operation of shot peen forming (DUF), as a result of which a specific microrelief is formed on the detail's surface from the shot bumps and previous machining. For the first time the construction of the turret for grinding with the flap wheels is proposed, both of different width and profile. The turret allows to handle panels and covers of the airframe. Sensors provided in the design of the turret provide flap wheel position towards the curved surface treated area. Using different material for flap wheels and grain provides the required quality of the treated surface. The article describes the design of the turret for grinding panels and covers after shot peen forming by the flaps wheels.
Keywords: turret for grinding, abrasive grinding, flap wheel, covers, panel, shot peen forming, position sensors.
Введение
Одним из ключевых технологических процессов производства планера летательного аппарата является изготовление крупногабаритных об-водообразующих деталей типа «панель» и «обшивка». Высокие требования к обводам таких деталей диктуются соображениями экономичности самолетов, которые обеспечиваются соблюдением точности и плавности теоретического контура.
Особенности технологического процесса формообразования панелей и обшивок
Технологический процесс формообразования таких деталей включает механическую обработку с последующим формированием аэродинамического контура различными методами упруго-пластического деформирования.
На сегодняшний день наиболее перспективным методом получения требуемой аэродинамической формы крупногабаритных обводообразу-ющих деталей является метод дробеударного формообразования (ДУФ). Этот метод заключается в обработке наружной (аэродинамической) поверхности детали потоком быстролетящей дроби [1].
После дробеударного формообразования на поверхности детали образуется специфическая микрогеометрия, характеризующаяся многочисленными отпечатками, которые являются следствием ударов дроби (см. рис. 1). Расположение их на обрабатываемой поверхности хаотично, а глу-
бина отпечатков изменяется от максимально до минимально возможной. Эти отпечатки увеличивают высотные параметры микропрофиля поверхности, зачастую превышающие допустимую высоту микронеровностей, указанную в конструкторской документации.
О 2000 4000 6000 8000 10000 50-1--г-1-,-,-
um 0 2000 4000 6000 8000 9998
Analytical Results
Label Value Units
Average 27.369 nm
Data Points 310E4769.2B
Percent Data Points 99.37 %
Ra 3.931 |.im
Rp 18.711 ^rn
Rq 5.074 |jm
Rt 59.959 И m
Rv -41.249 И m
Рис. 1. Участок поверхности, обработанный дробью, полученный с использованием оптического профилометра
Машиностроение и машиноведение
С целью обеспечения требуемой высоты микронеровностей поверхности, в комплексный технологический процесс изготовления крупногабаритных панелей и обшивок после ДУФ включена операция зачистки. Она предполагает частичное удаление материала с обработанной дробью поверхности детали абразивным инструментом при сохранении аэродинамической формы и обеспечение требований к качеству поверхности (см. рис. 2).
Рис. 2. Поверхность детали, обработанная дробью кшах - максимальная глубина отпечатка; а - величина припуска, подлежащая удалению при зачистке
Требования к рабочему инструменту и оборудованию при зачистке
В качестве рабочего инструмента при зачистке, для обработки деталей сложной аэродинамической формы применяют абразивные лепестковые круги. Процесс обработки инструментом характеризуется высокой производительностью, малыми затратами на инструмент и возможностью применения как в единичном, так и в массовом производствах [2].
Лепестковые круги имеют цилиндрическую форму при значительной ширине круга. Очевидно, что обеспечение равномерного удаления припуска при работе таким инструментом на деталях переменной кривизны представляет известную трудность. Решение возможно найти в профилировании лепесткового круга под необходимый радиус кривизны обрабатываемой поверхности.
Для удобства обработки поверхностей двойной кривизны и сокращения вспомогательного времени на переналадку оборудования возникает необходимость оснащения установки для зачистки несколькими кругами различной ширины.
Основными режимными параметрами традиционного оборудования для зачистки лепестковыми кругами являются: частота вращения круга, осадка круга, скорость подачи и количество рабочих ходов. Если контроль и регулирование частоты вращения, величины подачи и числа проходов не представляет сложности, то значение осадки на поверхности контакта круга с деталью при обработке криволинейной поверхности - величина непостоянная и трудно контролируемая. Как управляемый режимный параметр, в принципе, осадку
круга можно заменить усилием прижатия, но на существующем оборудовании это конструктивно труднореализуемо. Выход был найден в использовании в качестве режимного параметра расходуемой на зачистку мощности привода, которую легко контролировать по величине тока привода. Фактически, затрачиваемая на обработку мощность является комплексным параметром, который, в свою очередь, зависит и от частоты вращения, величины подачи и особенно от осадки круга, но, тем не менее, в диапазоне используемых значений частоты и подачи он может быть эффективным режимным параметром [3].
При переходе к программному режиму обработки необходимо обеспечить выполнение следующих задач:
- осуществление высокоточного управления позиционированием лепесткового круга относительно поверхности обработки;
- обеспечение равномерного прижатия лепесткового круга к обрабатываемой поверхности.
В связи с этим, возникает необходимость в разработке устройства для зачистки, содержащего револьверный механизм с лепестковыми кругами различной ширины, формы и зернистости, оснащённого механизмом поворота, обеспечивающим возможность поочерёдного использования любого из кругов.
Револьверная головка для зачистки панелей и обшивок
Для выполнения операций дробеударного формообразования и зачистки на Иркутском авиационном заводе (ИАЗ) разработана специальная установка с ЧПУ УДФ-4. Исполнительным органом установки является дробемётный аппарат или зачистная головка, в зависимости от выполняемой операции [4]. Реализация автоматического программного управления операцией зачистки потребовала оснащения установки специальной револьверной головкой.
С учетом накопленного опыта, возрастающих требований к автоматическому управлению оборудованием совместно специалистами ИрНИ-ТУ и ИАЗ разработана конструкция новой зачист-ной головки револьверного типа [5], чертежи которой показаны на рис. 3, 4.
Конструктивно зачистная головка револьверного типа представляет следующее. В корпусе 1, установленном на неподвижной оси 2, с возможностью вращения, размещено четыре оправки 3 с абразивными лепестковыми кругами 4 различной ширины. На неподвижной оси 2 закреплена плита двигателя 5 с кожухом 6. На плите двигате-
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
ля 5 размещены привод главного движения и привод поворота.
На рис. 3 в рабочей позиции установлен привод главного движения работающего абразивного лепесткового круга, который представлен электродвигателем 7 и закрепленной на его валу верхней частью полумуфты 8. Нижняя часть полумуфты 9 закреплена на оправке каждого лепесткового круга.
Привод поворота зачистной головки включает мотор-редуктор 10 и зубчатый редуктор 11. Одна шестерня зубчатого редуктора 11 установлена на валу мотор-редуктора 10, другая жестко закреплена на корпусе 1 зачистной головки. На кожухе 6 размещен узел позиционирования 12.
В корпусе 1, по периметру окна обработки каждого круга монтируется уплотнение 13, которое служит для предотвращения возможного повреждения обрабатываемой детали во время движения установки и утечки пыли и стружки из внутренней части корпуса. Внутри уплотнения 13 установлены датчики 14 адаптивной системы управления наклоном корпуса 1 относительно обрабатываемой поверхности. Дополнительно на корпусе 1 на кронштейнах 15 по торцам рабочего окна размещен второй комплект датчиков 16 адаптивной системы управления. В процессе отладки следует установить целесообразность подключения первого или второго комплекта датчиков.
Для удаления отходов обработки зачистная головка снабжена патрубком 17.
Устройство работает следующим образом. Вращение от электродвигателя 7 привода главного движения передается через полумуфту 8 на оправку 3 с установленным на ней абразивным лепестковым кругом 4 при помощи полумуфты 9. Датчики 14 (16) адаптивной системы управления наклоном корпуса 1 относительно обрабатываемой детали выполняют постоянный контроль положения работающего абразивного лепесткового круга по отношению к контуру обрабатываемой поверхности на основе поддержания равенства расстояний Ы (см. рис. 4). При необходимости выполняется коррекция этого расстояния.
Рис. 3. Револьверная головка для зачистки
Рис. 4. Процесс обработки поверхности зачистной головкой револьверного типа ЗГР-1, в разрезе
Для смены инструмента осуществляется поворот корпуса 1 относительно неподвижной оси 2. Для этого включается мотор-редуктор привода поворота, и вращение через зубчатый редуктор 11 передается на корпус 1 установки. Наличие необходимого абразивного лепесткового круга в рабочей позиции контролируется при помощи узла позиционирования 12. При установке абразивного лепесткового круга в рабочую позицию с помощью датчиков 14 (16) адаптивной системы управления выполняется его ориентация относительно обрабатываемой поверхности. Осадка кругов поддерживается системой ЧПУ на основе величины тока привода.
Под действием сил, возникающих в результате сближения лепесткового круга с обрабатываемой поверхностью, происходит съем материала и формирование поверхностного слоя по шероховатости, остаточным напряжениям, наклепу и другим показателям.
Заключение
Таким образом, оснащение установки УДФ-4 револьверной головкой с несколькими лепестковыми кругами позволяет успешно реализовать режим программного управления процессом зачистки.
*Представленная в рамках данной статьи работа проводится при финансовой поддержке правительства Российской Федерации (Минобр-науки России) по комплексному проекту 2012-21803-120 «Автоматизация и повышение эффективности процессов изготовления и подготовки про-
изводства изделий авиатехники нового поколения на базе Научно-производственной корпорации «Иркут» с научным сопровождением Иркутского государственного технического университета» согласно постановлению Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пашков А.Е. Технологические связи в процессе изготовления длинномерных листовых деталей / под ред. А.И. Промптова. Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2005. 138 с.
2. Димов Ю.В. Перспективы использования лепестковых кругов при изготовлении деталей самолета // Повышение эффективности технологических процессов в машиностроении : сб. науч. тр. Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2000. 151 с.
3. Кольцов В.П., Стародубцева Д.А., Козырева М.В. Анализ зависимостей съема и шероховатости поверхности детали при обработке лепестковыми кругами по результатам факторного эксперимента // Вестник ИрГТУ. 2015. № 1 (96) с. 32-41.
4. Пашков А.Е. О создании комплексной технологии формообразования крупногабаритных панелей // Высокоэффективные технологии проектирования, конструкторско-технологической подготовки и изготовления самолетов : материалы Всерос. с между-нар. участием науч.-практ. семинара. Иркутск, 2011. 150 с.
5. Револьверная головка для шлифования лепестковыми кругами : решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2013158086/02 (090446) от 27.12.2013 г.
