Совершенствование технологии изготовления деталей сложной конфигурации с применением высокоточного ЧПУ-оборудования

Актуальность исследования

Обусловлена ростом доли изделий со сложной пространственной геометрией (тонкостенные элементы, внутренние каналы, криволинейные поверхности), востребованных в авиакосмической технике, энергетике, приборостроении и медико-технической сфере. Для таких деталей характерны повышенные требования к точности, стабильности формы и качеству поверхностного слоя, а традиционные многоустановочные схемы обработки нередко приводят к накоплению погрешностей базирования, увеличению длительности производства и росту брака.

Высокоточное ЧПУ-оборудование, включая многоосевые обрабатывающие центры, позволяет сократить число установов, повысить повторяемость и обеспечить комплексную обработку. Однако для полного использования этих преимуществ требуется совершенствование технологического процесса: оптимизация траекторий и управляющих программ, обоснованный выбор инструмента и режимов резания, а также учёт вибраций, тепловых деформаций, кинематических погрешностей станка и особенностей закрепления заготовки. Поэтому разработка решений, повышающих точность, устойчивость и производительность ЧПУ-обработки деталей сложной конфигурации, представляет собой актуальную научно-техническую задачу с высокой практической значимостью.

Цель исследования

Цель данного исследования – обосновать и систематизировать технологические решения по совершенствованию изготовления деталей сложной конфигурации на высокоточном ЧПУ-оборудовании на основе применения стандартов оценки точности и методов повышения воспроизводимости процесса, включая корректный пересчёт координат в пятиосевой обработке, кинематическую симуляцию и внутристаночный контроль.

Материалы и методы исследования

Использованы положения и требования нормативных документов, регламентирующих оценку точности металлорежущих станков и обрабатывающих центров.

Применены методы аналитического обзора и систематизации технологических факторов точности при многоосевой обработке: анализ источников погрешностей, сопоставление диагностических процедур и их технологической интерпретации, а также структурирование практических мер обеспечения повторяемости.

Результаты исследования

В технологической практике «высокоточное изготовление» деталей сложной конфигурации на ЧПУ корректно описывать через управляемые и проверяемые параметры станка и процесса. Именно поэтому в качестве основы обычно используют действующие национальные стандарты, гармонизированные с ISO: они фиксируют, что считать точностью, как её измерять и как отделять ошибки позиционирования от ошибок контурного движения. Так, ГОСТ ISO 230-2-2016 задаёт порядок испытаний для определения точности и повторяемости позиционирования управляемых осей при раздельном измерении каждой оси, что важно для понимания «скелета» геометрической точности станка до начала тонкой настройки технологии [3].

Однако при изготовлении сложных криволинейных поверхностей и сопряжений решающим часто становится не только то, насколько точно ось «встаёт» в заданную координату, а то, насколько точно система ЧПУ ведёт контур при одновременном движении нескольких осей. Для этого применяется ГОСТ ISO 230-4-2015, который описывает круговые испытания (в том числе через показатели двунаправленного кругового отклонения и радиальных отклонений), позволяя выявлять проблемы настройки сервоприводов, согласованности осей и интерполяции. В производственной логике это важно тем, что контурные ошибки напрямую проявляются на поверхности как «волнистость», локальные отклонения профиля и уводы геометрии в переходах траектории [4].

Далее, чтобы подтвердить не «абстрактную точность станка», а способность получать требуемую геометрию в резании, используются условия испытаний обрабатывающих центров. ГОСТ ISO 10791-7-2016 устанавливает подход к оценке точности обработки испытательных образцов, то есть переводит разговор в плоскость фактического результата: что получается на детали при заданной постановке, а не только что показывает измерительный прибор в холостых перемещениях. В контексте совершенствования технологии это позволяет сравнивать базовую и улучшенную версии процесса по воспроизводимой методике, а не по единичным «удачным» замерам [2].

Отдельный ключевой блок для деталей сложной конфигурации – корректная работа с поворотными осями и пересчётом координат. На пятиосевых станках траектория, рассчитанная CAM-системой, должна быть правильно преобразована постпроцессором и стойкой ЧПУ в движения конкретной кинематической схемы станка. На практике подчёркивается значение функции RTCP (контроль положения центра инструмента/кончика инструмента): стойка пересчитывает запрограммированные координаты в реальные положения узлов так, чтобы рабочая точка инструмента сохраняла заданное положение относительно детали при изменении ориентации поворотных осей. Это снижает зависимость управляющей программы от компоновки станка и уменьшает риск систематических ошибок при переориентациях, при условии корректной настройки геометрии инструмента и трансформаций [1].

При совершенствовании технологии важно также учитывать, что «точность» на сложных поверхностях зависит от сочетания стратегии траекторий и динамики движения осей. На высоких подачах и при частых изменениях ориентации инструмента возрастают требования к плавности траектории и согласованности осей: резкие повороты могут приводить к локальным отклонениям контура. Поэтому в российских обзорах и практических материалах по пятиосевой обработке обычно акцентируют обязательность кинематической симуляции, проверки переходов и исключения коллизий не только инструмента, но и узлов станка при переориентациях, поскольку именно там часто возникают технологические риски для сложных деталей.

Наконец, устойчивость результата в серии обеспечивается метрологическим сопровождением прямо на станке. В российской практике широко применяется внутристаночное измерение заготовки и баз с помощью щупов: это позволяет уточнять нулевую точку, контролировать установочные смещения и вводить коррекции без снятия детали и без накопления ошибок от повторного базирования. Такой подход особенно важен для деталей сложной формы, где часть элементов «завязана» на взаимное расположение поверхностей и осей, а переустановка резко увеличивает риск ухода геометрии.

Выводы

Таким образом, повышение точности и устойчивости изготовления деталей сложной конфигурации на высокоточном ЧПУ-оборудовании достигается при комплексном применении стандартизованной диагностики и технологических мер управления процессом. Оценка позиционирования по ГОСТ ISO 230-2-2016, контроль контурных отклонений по ГОСТ ISO 230-4-2015 и подтверждение режущей точности по ГОСТ ISO 10791-7-2016 обеспечивают воспроизводимую основу для сравнения и улучшения технологии. Для пятиосевой обработки критично корректное преобразование траекторий и использование RTCP, а для серийной стабильности – кинематическая симуляция, предотвращение коллизий и внутристаночные измерения с введением коррекций. В совокупности указанные решения позволяют переводить требования к точности из декларативных в измеряемые и управляемые параметры технологического процесса.