МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

На заводах фирмы «Боинг», «Маидоннелл — Дуглас» и «Лок — хіид» при механической обработке мелких и средних деталей само­летов широко используют универсальное и специализированное оборудование, а также станки с ЧПУ. Механическая обработка крупногабаритных деталей—шпангоутов, лонжеронов и обши­вок— осуществляется на специальных уникальных фрезерных станках, в том числе с ЧПУ, имеющих длину стола до 35—46 м.

Парк станков с ЧПУ на заводах фирм «Боинг», «Макдон — нелл — Дуглас» и «Локхид» составляет 150—200 единиц и более. Так, например, на заводе фирмы «Макдоннелл —Дуглас» в г. Сан — Луисе работает около 100 станков с ЧПУ, в основном фрезерны-х, имеются трехкоординатные станки, пятикоординатные трехшпин­дельные с вертикальным расположением шпинделей для одновре­менной обработки трех деталей (например, балок и нервюр), четы­рехшпиндельные двухпортальные станки со столом длиной 27 м и другие. Фирмы располагают многопозиционными станками и «обрабатывающими центрами» высокой точности и производитель­ности. Конструкция деталей хорошо обработана, поэтому многие детали запускаются в механообработку одновременно на всю годо­вую программу (иногда до 5000 деталей в неделю).

На заводах фирмы «Боинг» механическую обработку обшивок и лонжеронов крыла длиной до 35 м ведут на двух-, трехшпиндель­ных станках с ЧПУ фирм «Цинциннати», «Савдстренд» и других. Станки обеспечивают точность обработки по толщине полотна в пределах ±0,08 мм.

Рис. 3. ЗО. Резка листов пламенем

На заводе в г. Оберне ‘механическую об работу крупногабарит­ных деталей, таких как обшивки крыла, пояса лонжеронов крыла, балки шасси и рельсы для закрылков, проводят в специаливирован — ных цехах.

Цех механической обработки лонжеронов и бшивок площадью около 67 000 м2 разделен на четыре участка: фрезерования обши­вок, фрезерования лонжеронов, контроля и химической обработки, защитной окраски.

Заготовки крупных плоских обшивок самолета шириной 3 м, длиной 35 м и массой 3,6 т, .изготовляемые из листов или плит алю­миниевых сплавов, поставляют металлургические заводы в предва­рительно обработанном виде.

Если поступившие е завода заготовки имеют значительный при­пуск на механическую обработку, ,то для удаления излишнего ма­териала применяют резку пламенем (рис. 3.30), а. также различные пилы, .шлифовальные и строгальные станки.

На участке для фрезерования обшивок установлено девять фре­зерных станков, из которых семь — с непрерывным числовым про­граммным управлением —размещены в поточной линии.

Двухш’пиндельные вертикальногфрезерные станки (рис. 3.31), имеющие рабочую площадь ртола 4×46 м, могут обрабатывать од­новременно две детали по трем координатам (рис. 3.32) шпиндель­ными высокоскоростными головками с частотой вращения 3600 об/мин при мощности 76 кВт и 1800 об/мин при мощности 37 кВт для обработки алюминия или головками с частотой враще­ния от 24 до 2400 об/мин при мощности 30,4 кВт для обработки стали и титана. Стол станка оснащен вакуумным приспособлением для зажима деталей. Система зажима разделена на секции, кото­рые могут использоваться независимо друг от друга.

Рис. 3.31. Общий вид двухшпиндельных вертикально-фрезерных станков для
обработки обшивок

Некоторые фрезерные етаніми оборудованы системой отвода стружки из зоны резания (р. ис. 3,33). Вокруг фрезы находится кол­лектор из листовой пластмассы, который удерживает стружку в границах действия вакуума. Стружка отводится в подземную систе­му (также вакуумную), откуда она передается в зону центрального складирования для переработки.

Большая часть поверхмости алюминиевой обшивки обрабатывав ется фрезой диаметром 30,5 мім (рис. 3.34) при частоте вращений

Рис. 3.32. Одновременная обработка обшивки из алюминиевого сплава дву. мя фрезами на вертикально-фрезерном станке

Рис. 3. 33. Рабочая зона станка с вакуумной системой для
отвода стружки

3600 об/мин с подачей 2540 мм/мин. Скорость обработки титано­вых и стальных деталей выбирают в зависимости от стоимости ин­струмента. Обработанная обшивка массой 1,1 т имеет профиль аэродинамической поверхности.

На участке для фрезерования лонжеронов (рис. 3.35) размещен 31 станок, из них 13 — с непрерывным числовым программным уп­равлением. Обработку ведут на одно-, двухиорталыных фрезерных ставках с рабочей площадью стола ІХ31 м.

Одношортальные фрезерные станки (ірис. 3.36) оснащены как высокоскоростными (3600, 6000, 8420 и 10800 об/мин), так и мало-

скоростными (24—2400 об/мин) шпинделя­ми. Максимальная подача по оси X — 5 м/мин.

Двухпортальный фрезерный станок «Фарнхэм» для обработки лонжеронов име­ет один портал с тремя вертикальными шпиндельными головками, а другой — с двумя горизонтальными поворотными го­товками (рис. 3.37, 3.38).

| Все станки для фрезерования лонжеро­нов на фирме «Боинг» оснащены гидравли­ческой зажимной системой, разделенной на секции, что позволяет использовать ее при обработке деталей разной длины. Зажим-, шые приспособления устанавливают на ра­бочем столе, а их зажимы соединяют с гид-

Рис. 3. 39. Твердосплавные фрезы, применяемые при обработке титановых де-
талей

равлическими цилиндрами. Приспособления проектируют и изго­тавливают на заводе фирмы «Боинг». Большинство приспособле­ний— переналаживаемые, могут использоваться при обработке групп однотипных деталей. Фрезы, применяемые при обработке алюминиевых и титановых лонжеронов, как правило, оснащены твердосплавными пластинами, которые припаивают или закрепля­ют механически (рис. 3.39, 3.40). Применяют также сборные кон­струкции фрез с неперетачиваемыми твердосплавными пла— стинами.

Число зубьев фрез зависит от диаметра фрезы и обрабатывае­мого материала: фрезы для обработки алюминия обыкновенно име­ют два-три зуба, для обработки титана применяют многозубча­тые фрезы. Концевые фрезы диаметром до 25 мм изготавливают из быстрорежущей стали.

При обработке алюминиевых лонжеронов для охлаждения ин­струмента применяют водный раствор СОЖ, что обеспечивает вы­сокую чистоту поверхности деталей. СОЖ также помотает удалять стружку с рабочего стола.

Оборудование для непрерывного контроля качества продукции размещено на производственных участках. Так, для контроля ка­чества гладких и профилированных деталей применяют дуговой оптический компаратор с отражающими устройствами. Экран раз­мером 76 см обеспечивает три ступени увеличения для проверки углов, радиусов дуг, точек касания и линейных размеров. Для не­прерывного контроля применяют и трехкоординатную измеритель­ную машину с числовым программным управлением. ЭВМ, состав­ляющая основную часть этой машины, позволяет вычислять место очередного контрольного замера на основе данных предыдущего замера. Управление всем процессом полностью автоматизировано,

Рис. 3.40. Фреза с механическим креплением твердосплав-
ных пластин

результаты измерений непрерывно регистрируются и выдаются в* печатной форме.

На фирме «Боинг» детали типа балок шасси и рельсов для зак­рылков поступает в цех механической обработки (площадью 35000 м2. В цехе размещено 215 станков, 98 из которых—с про­граммным управлением — установлены на одном участке. Горизон­тальные и вертикальные одно-, двух — и трехшпиндельные фрезер­ные станки с ЧПУ предназначены в основном для непрерывной об­работки деталей. В цехе имеются также токарные станки с про-і праммным управлением, отличающиеся широким диапазоном око-] ростей, что позволяет обрабатывать детали из любого материа-, ла —стали, алюминиевых и титановых сплавов.

Рельсы для закрылков изготавливают из больших штамповок! стали 4340. Одна из наиболее сложных операций при изготовлении — этих деталей — фрезерование в середине штамповки паза шириной приблизительно 70 мм и глубиной 480 мм. Эта операция выпол­няется на специальном станке фрезой диаметром 1070 ммдосна — щенной твердосплавными пластинами. Выемки и поверхности внешнего контура обрабатывают фрезами, изготовленными как из быстрорежущей стали, так и из твердого сплава, на станках с ЧПУ, г также на копировально-профильных станках.

Балки шасси самолета В-747 (рис. 3.41) изготавливают из круп­ной титановой штамповки длиной около 6 м и шириной до 230 мм. Обработку проводят по всей поверхности. При этом обрабатывает­ся много глубоких выемок фрезами из Твердого сплава и быстро­режущей стали. На рис. 3.42 показана одновременная обработка трех деталей шасси самолета В-747 на трехшпиндельном станке с ЧПУ фирмы «Цинциннати».

На рис. 3.43 показан один из трехшпиндельных трехкоординат­ных вертикально-фрезерных станков фирмы «Боинг» с програм­мным управлением л мощностью шпинделей 22 кВт. Максимальное перемещение при помощи программного управления: по оси X —

6,20 м, ,по оси, Y — 2,54 м и по оси Z — 0,46 м. Tipех, шпиндельные го­ризонтальные профилировочные фрезерные станки имеют следую­щий диапазон перемещений при помощи программного управления: по оси X —• 7,11 м, по оси Y — 1,52 м и по. оси Z —■ 1,22 м.

Фирма «Боинг» имеет универсальные пятикоординатные кару­сельно-фрезерные ставки с ЧПУ, предназначенные для обработки деталей диаметром до 9,8 м и высотой до 3 м (рис. 3.44). Станки оборудованы магазином на 40 различных автоматически заменя­емых инструментов. Эти станки выполняют различные операции по фрезерованию, сверлению и нарезанию резьбы.

В цехах для производства сотовых конструкций оборудование с ЧПУ используется для обрезки плоских панелей по контуру, свер­ления в них отверстий, вырезки проемов и яр.

В цехе средних к крупных деталей на заводе фирмы «Локхид» в г. Бербенке узлы самолета L-4011 обрабатывают на трехшпин- делыном станке с ЧПУ, поставленном фирмой «Керней и Треикер» (рис. 3.45). В цехе имеется участок уникальных двухшпиндельных фрезерных станков с ЧПУ фирмы «Керней и Треккер» для двусто­ронней обработки деталей из титановых сплавов. Детали на пли­те-спутнике, закрепляемой при перестановке со станка на станок с помощью шпилек, ставятся на двухсторонний вертикальный стол площадью 25×3 м.

В цехе механической обработки средних и крупных деталей-ти­па фитингов, .кронштейнов, сложных силовых пространственных уз­лов фирма «Макдоннелл—Дуглас» использует 88 станков, полови­ну которых составляют фрезерные станки с ЧПУ. На станках с ЧПУ изготавливается большое количество сложных каркасных де­талей. Так, шпангоуты мотогондолы (по девять штук на каждую гондолу) изготавливают ив цельных штамповок массой 2000 кг

Рис. 3. 44. Универсальный пяти-: Рис. 3. 45. Одновременная обработка узлов

координатный объемио-копиро — самолета L-1011 на трехшпиндельиом стайке

вальный фрезерный станок с фирмы «Кернер и Треккер»

ЧПУ

при массе готовой детали 184 иг. Деталь имеет форму цельного кольца с двумя приливами и внутренним диаметром около 2000 ,мм. На обработку такой детали на фрезерном станке с ЧПУ затрачи­вается более 95 ч.

Станкостроительные фирмы США получали заказы на новые тяжелые фрезерные станки с ЧПУ повышенной жесткости. Для закрепления обрабатываемых деталей на станках с ЧПУ, как и на станках без ЧПУ, наряду с обычной широко применяется вакуум­ная оснастка. Станочную оснастку, при проектировании которой все шире применяют ЭВМ, выполняют часто из алюминиевых сплавов.

Фирма «Маїкдоннелл—Дуглас» разработали систему автомати­ческого проектирования оснастки, включающую ЭВМ, чертежный автомат CRT-2250 и другие устройства. Система позволяет конст­руктору автоматически получить чертеж оснастки, не делая обыч­ных вычислений и вычерчивания, что увеличивает производитель­ность. конструкторского труда более чем в 40 раз.

Значительное применение находит автоматизированное изготов­ление сборочной и обводообразующей оснастки на оборудовании с ЧПУ. Например, цри изготовлении самолета В-747 практически все детали и оснастку для деталей. наружного контура обрабатыва­ют на станках с программным управлением.

Изготовление алюминиевых, стальных и титановых деталей на фирме «Боинг» осуществляется по различным технологическим схе­мам. Алюминиевые детали обрабатывают в закаленном состоянии. После механической обработки детали очищают от заусенцев, кон­тролируют, обрабатывают дробью и проверяют на равномерность и полноту покрытия поверхности детали отпечатками от воздейст­вия дроби и еще раз очищают. Затем детали подвергают анодиро­ванию и окраске.

Титановые сплавы, как правило, используют в отожженном состоянии. Кованый и горячекатаный материал перед механиче­ской отработкой очищают от окалины и протравливают дляудалет| ния твердого окисного слоя. Затем детали подвергают міеханиче-f ской обработке, снимают заусенцы, контролируют, очищают, фос-| фатируют и окрашивают.

Большую часть механической обработки стальных деталей npo-jj водят до термообработки с припуском под чистовую обработку на| ответственных участках. Перед термообработкой детали плак. иру-| ют медью, чтобы предотвратить обезуглероживание. После термо­обработки и окончательной механической обработки детали под­вергают обработке дробью, затем проводят хонингование отвер­стий. Далее детали очищают, плакируют, хромируют и окрашивают. Особое внимание уделяют контролю режимов обработки стальных^ деталей, особенно окончательной, чтобы предотвратить образова­ние остаточного аустенита в поверхностном слое.

В табл. 3.2 показаны применяемые режимы обработки деталей из различных материалов при концевом и торцовом фрезерова­нии.

Таблица 3.2

Скорость резания при фрезеровании деталей концевым и торцовым инструментом Скорость резания при обработке» м/мнн Вид обработки Инструмент Сталь Алюминие­вый сплав 4340—норм. 4340-200 Титановый сплав Концевое фрезе­рование Фрезы из бы­строрежущей стали 915 12—21 5-9 9—14 Фрезы с твердо­сплавными пла- 4500 45—90 40—75 23—45 стинами Торцовое фре­зерование Фрезы из бы­строрежущей стали 600 10—18 9—13 9—12 Фрезы с твердо­сплавными пла- 4500 45-75 30—60 22—33 стинами

Механическую обработку алюминиевых обшивок и лонжеронов

часто ведут при максимальной мощности станка (74 кВт). Детали из титановых сплавов на трехшпинделыных портальных станках также обрабатывают на предельных режимах (22 кВт). Для дости­жения максимальной производительности при обработке той или иной детали важное значение имеет выбор инструмента. Фирма’ «Боинг», по возможности, использует покупной стандартный инст-

румент. Но для удовлетворения специальных запросов большое количество режущего инструмента проектируется и изготав­ливается непосредственно на заводе фирмы, имеющей для этих целей инструментальный цех (общей площадью 22 000 м2), где размещены обычные копировально-фрезерные станки и станки с ЧПУ.

Следует отметить, что заготовки деталей поступают, как прави­ло, с фирм-іпоетавщиков со значительными ‘припусками, вследствие чего коэффициент использования металла невысок. Так, напри­мер, для изготовления на станках с ЧПУ законцовки стрингера массой 100 кг на фирме «Макдоннелл — Дуглас» используют заготовку массой 320 кг при изготовлении, шпангоута на фирме «Локхид» КИМ составляет лишь 0,2.

На фирмах при механической обработке деталей самолетов, в основном на зачистных работах, широко используют ручной труд. Зачистку проводят после фрезерования перед упрочнением деталей поверхностным пластическим деформированием для доведения тол­щины стенок полотна до требуемых размеров, а также для умень­шения шероховатости поверхности и др. Трудоемкость зачистных работ на крупногабаритных панелях достигает 15—20 чел.-ч на 1 м2 зачищаемой поверхности. Ручные операции выполняются вы­сококачественным механизированным инструментом. Ручной труд используется также при выполнении ряда контрольных операций, при обмере панелей по толщине. На фирме «Боинг» эта операция выполняется ультразвуковым прибором.

3.5. ДРОБЕСТРУЙНОЕ УПРОЧНЕНИЕ

В целях повышения надежности, снижения массы и сокраще­ния стоимости формообразования часть ответственных деталей самолетов (панели, шпангоуты и др.) на фирмах «Боинг», «Мак­доннелл—Дуглас» и «Локхиц» подвергают упрочнению дробью на специально созданных (в неко­торых случаях уникальных) ус­тановках, изготавливаемых та­кими специализированными фир­мами, как «Карборундум ком — пани» (отделение «Пэнгборн»),,

«Вилабратор корпорейшн»,

«Дженерал Дайнемикс», «Ваку — Бласт», «Авко аэростракчер». В этих установках для сообщения энергии подаваемой дроби в большинстве случаев используют центробежные колеса типа R—Р (рис. 3.46) мощностью от 10 до 74 кВт и производительностью до 90 т дроби в час. Изменяя чис­ло оборотов колеса с помощью

г ■

программного управления, можно обрабатывать поверхность дета­ли с переменной интенсивностью, что позволяет совмещать процес-» сы упрочнения и доводки контура панелей или проводить упроч­нение панелей без изменения формы.

При обработке глубоких внутренних каналов и карманов для подачи дроби применяют комбинированные установки с оо пловы ми пневматическими устройствами, в которых энергию дроби сообща­ет поток сжатого воздуха. Так, для обработки наружной поверхно — ,сти деталей шасси отделение «Пангборн» фирмы «Карборундум компани» разработало комбинированные установки с центробежны­ми колесами и для обработки внутренних поверхностей— сопло­вые устройства. Эти установки использует фирма «Менаеко Техас дивижн» для упрочнения стоек переднего и основного шасси са­молета L-1011. Установки оснащены дистанционным управлени­ем. Три системы ЧПУ позволяют выполнять обработку по предва­рительно разработанной программе.

Для формования и частичного упрочнения панелей и обшивок самолетов L-1011 и DC-.10 из листового алюминиевого сплава 7075-Т7651 используют установки фирмы «Авко». Установка, позво­ляющая обрабатывать панели шириной 2 м и длиной 25 м имеет пять центробежных колес чипа R—Р мощностью 14,8 кВт и произ­водительностью 1,5 т дроби в час каждое. Панели крыла переме­щаются вдоль установки со скоростью 0,06—0,18 м/мин.

Фирма «Боинг» для упрочнения дробью секций крыла самолета В-747 использует установку фирмы «Вилабратор корпорейшн» (рис. 3.47), оснащенную двигателями постоянного тока, которые приводят во вращение центробежные колеса, расположенные в спе­циальной камере. Установка предназначена для обработки деталей

Рис 3.48. Рабочая камера дробеструйной установки для упрочнения лонжеронов на •фирме «Боинг» (а) и схема дробеструйной обработки различных участков лонжерона в рабочей камере установки (б)

шириной до 3,7 м и длиной до 36 м. Для обеспечения различной интенсивности обработки все электродвигатели приводов работа­ют с изменяемой скоростью вращения. Такое оборудование очень эффективно с экономической точки зрения в сравнении с общепри­нятыми воздушными дробеструйными установками, в которых при­ходится применять компрессор. На установке обрабатывают шесть верхних и десять нижних панелей крыла самолета В-747, а также шесть нижних панелей обшивки крыла самолета В-727. Детали мо­гут обрабатываться с одной или одновременно с двух сторон со скоростью около 1 м/мин. В установке имеется сепаратор, сортиру-

ющий целую и разбитую дробь к подающий пригодную дробь на цент­робежные колеса для повторного» использования.

Установка, спроектированная для обработки плоской обшивки крыла, при соответствующей ори­ентации струи дроби может быть использована для обработки дета­лей более сложной конфигурации, например балок шасси, которые — обрабатывают в этой установке за два прохода с поворотом на 90°.

Лонжероны, изготавливаемые из: алюминиевого сплава 2024-Т3511, имеют длину 14 м и переменное сечение, что затрудняет их дробе­струйную обдувку обычными мето­дами, так как невозможно равномер­ное упрочнение всей поверхности. На заводах фирмы «Боинг» созда­на камера в виде стальной трубы диаметром 508 мм (рис. 3.48, а), в которой лонжероны перемещают со скоростью 0,3 м/мин при помощи роликового транспортера. Вдоль камеры в трех позициях расположены четыре группы воздушных сопл, работающих при давлении воздуха, которое можно регули­ровать в пределах от 2,8 до 5,6 кгс/см2 (рис. 3.48, б). На первой позиции, расположенные одна против другой, две пары сопл рабо­тают, обеспечивая упрочнение верхних и нижних кромок фланцев лонжеронов, на второй — обрабатываются обе стороны перемыч­ки, а на третьей — из одной группы сопл проводится обдувка внут­ренних, а из другой — наружных поверхностей фланцев лонжеро­нов. Равномерность дробеструйной обработки контролируется один раз в сутки на контрольных лонжеронах.

В процессах упрочнения начинают применять промышленные роботы. Для удовлетворения требований стабильности обработки отделение «Пэнгборн» совместно с отделением «Вертол» фирмы «Боинг» разработали и изготовили дробеструйную установку с • ЧПУ для обработки различных деталей самолета, в которой ис­пользуется робот фирмы «Версатра’н» (рис. 3.49). Две форсунки" управляются рукой робота, перемещающей их вокруг двух осей запястья. Точность воспроизведения движений по координатам +2,5 мм.

’Для обработки отверстий и устранения дефектов упрочненной поверхности (например, при случайных ее повреждениях) фирма «Боинг» широко применяет устройство, показанное на рис. 3.50, в ■ котором использована твердосплавная дробь, прикрепленная к

Рис. 3. 50. Дрель с устройством (насадкой) для упрочнения отверстий

І концам матерчатых щитков (которые вставляют в шпиндель дрели

і) или сверлильного станка). Качество обработки проверяют таким ‘

же способом, как и после обычной дробеструйной обработки.

Дефекты поверхности обшивок крыльев устраняют с помощью портативных пневматических установок в обычных условиях и в специальных камерах (рис. 3.51—3.53).

На фирме «Локхид» при производстве самолета L-1011 для от­делки и упрочнения мелких и средних деталей применяют обра­ботку в виброталтовочных установках, изготавливаемых специали­зированной фирмой «Вилабратор». Эти установки оснащены высо — копроизводильными устройствами для непрерывной загрузки и вы­грузки деталей.

Стабильность обработки и получение желаемого качества де­талей во многом зависят от качества дроби. Отделение «Пэнгборн» фирмы «Кдрборундум» поставляет высококачественную дробь фир­мам, производящим дробеструйную обработку. Стальная дробь выплавляется из первосортного сырья. Термообработку дроби про­водят в контролируемой инертной среде на полностью автоматизи­рованном оборудовании. В зависимости от условий обработки при­меняют стальную дробь трех типов, отличающихся друг от друга твердостью по Роквеллу: А — 63—65, Б — 50—55 и В — 45—48 единиц. По размерам дробь разделяется на 11 номеров. В качестве материала для дроби применяют также абразив, пластмассу, стек­ло и т. л.

Для очистки и сортировки дроби созданы специальные устрой­ства (рис. 3.54), обеспечивающие поступление в рабочую зону очи­щенной от грязи и пыли дроби размером, соответствующим допу­ску, и круглой формы.

Высокое качество обработки деталей обеспечивается примене­нием в установках для дробеструйного упрочнения программного управления, с помощью которого поддерживают заданные скорости полета дроби, угол наклона «факела» дроби к обрабатываемой по­верхности, время упрочнения и пр. Стабильность процесса контро­лируют по величине прогиба эталонного образца, который подвер-

Рис. 3. 51. Портативная пневматическая установка для упрочнения деталей

Рис. 3. 52. Использование пневматического дробемета для ручной обработ­ки деталей в камере

Рис 3. 53. Ручное дробеструйное упроч — Рис. 3. 54. Схема устройства Н-в9059 для иеиие элементов каркаса крыла в каме — очистки и сортировки дроби ре при ремонте самолета В-747 (вид внутри камеры)

гается обработке совместно с деталью (метод Альмена). Критери­ем достаточности упрочнения детали считается также 100%-ное покрытие поверхности отпечатками дроби. Равномерность и полно­та покрытия поверхности отпечатками проверяется с помощью лу­пы с десятикратным увеличением или специальным микроскопом.