CADmaster

На одной из выставок «Машиностроение-200х» разговорились с коллегой, занимающимся программным обеспечением. Речь зашла о программных продуктах высокого уровня и области их применения — в частности, о моделировании и изготовлении лопаток авиационных двигателей и об импеллерах. Когда мы добрались до этих видов изделий, мой собеседник заявил, что их выпуском заняты столь немногие предприятия, что их не составит труда пересчитать по пальцам. И действительно перечислил основные авиа- и авиадвигателестроительные предприятия. Всё вроде бы так, но подобного рода изделия необходимы не только в самолетах и их двигателях. Импеллеры применяются во многих дизельных двигателях (система турбонаддува), в крупных системах кондиционирования, различных генераторах. Лопатки также служат не только в авиационных двигателях, но и в различных газотурбинных двигателях и генераторах. То есть на самом деле область применения подобных изделий не ограничивается одной только авиапромышленностью, и потому работы по внедрению комплексных решений для подобных задач у нашего отдела САПР и инженерного анализа будет еще немало.

И лопатки двигателей, и импеллеры — достаточно сложные изделия как с геометрической точки зрения (или, если хотите, — с конструкторской), так и с технологической, да и для инженера-расчетчика это объект достаточно непростой. Реализация таких проектов — от создания модели до выхода на станок и получения изделия — требует опыта, высокой квалификации при работе с программным обеспечением, знания оборудования и т.п. Без ложной скромности (⌣) замечу, что наш отдел отвечает всем этим требованиям. На авиа- и авиадвигателестроительных предприятиях мы работали над проектами изготовления как лопаток, так и импеллеров. Многие виды импеллеров изготовлены в рамках сотрудничества с ОАО «Коломенский завод» и его смежными предприятиями ¹. Решения для изготовления лопаток внедрены на Тюменском предприятии с иностранными инвестициями открытого акционерного общества (ПИИ ОАО) «Газтурбосервис» — об этой работе мы и расскажем подробнее.

Основное направление деятельности ПИИ ОАО «Газтурбосервис» — ремонт и сервисное обслуживание газотурбинных двигателей судового типа, применяемых в качестве привода нагнетателей компрессорных станций газотранспортных предприятий. Основным заказчиком ПИИ ОАО «Газтурбосервис» являются ОАО «Газпром» и его дочерние предприятия, эксплуатирующие газотурбинные двигатели. Более подробную информацию о предприятии можно получить, посетив сайт www.gazts.ru.

В связи с бурным развитием отрасли потребность в услугах, предоставляемых ПИИ ОАО «Газтурбосервис», существенно возросла — причем как в количественном, так и в качественном отношении: предприятию предстояло освоить ремонт новых моделей двигателей. Такое расширение сферы деятельности требовало несколько иного подхода к процессу изготовления запасных деталей для двигателей. Для выпуска существенно увеличившейся номенклатуры изделий были закуплены два четырехосевых станка с ЧПУ (модель 400V) Стерлитамакского станкостроительного завода. Как вы уже догадались, говоря здесь и далее об изделиях, я, конечно же, имею в виду одну из основных составляющих газотурбинного двигателя — компрессорную лопатку. Оборудование с ЧПУ работало на предприятии и прежде, но только трехосевое и в небольшом количестве. Задачи, возлагаемые на эти станки, не требовали какого-либо специального программного обеспечения. Теперь же появился станок для четырехосевой обработки лопаток двигателя. И совершенно очевидно, что без специального ПО здесь не обойтись.

На одной из выставок «Машиностроение-200х» разговорились с коллегой, занимающимся программным обеспечением. Речь зашла о программных продуктах высокого уровня и области их применения — в частности, о моделировании и изготовлении лопаток авиационных двигателей и об импеллерах. Когда мы добрались до этих видов изделий, мой собеседник заявил, что их выпуском заняты столь немногие предприятия, что их не составит труда пересчитать по пальцам. И действительно перечислил основные авиа- и авиадвигателестроительные предприятия. Всё вроде бы так, но подобного рода изделия необходимы не только в самолетах и их двигателях. Импеллеры применяются во многих дизельных двигателях (система турбонаддува), в крупных системах кондиционирования, различных генераторах. Лопатки также служат не только в авиационных двигателях, но и в различных газотурбинных двигателях и генераторах. То есть на самом деле область применения подобных изделий не ограничивается одной только авиапромышленностью, и потому работы по внедрению комплексных решений для подобных задач у нашего отдела САПР и инженерного анализа будет еще немало.

И лопатки двигателей, и импеллеры — достаточно сложные изделия как с геометрической точки зрения (или, если хотите, — с конструкторской), так и с технологической, да и для инженера-расчетчика это объект достаточно непростой. Реализация таких проектов — от создания модели до выхода на станок и получения изделия — требует опыта, высокой квалификации при работе с программным обеспечением, знания оборудования и т.п. Без ложной скромности (J) замечу, что наш отдел отвечает всем этим требованиям. На авиа- и авиадвигателестроительных предприятиях мы работали над проектами изготовления как лопаток, так и импеллеров. Многие виды импеллеров изготовлены в рамках сотрудничества с ОАО «Коломенский завод» и его смежными предприятиями. Решения для изготовления лопаток внедрены на Тюменском предприятии с иностранными инвестициями открытого акционерного общества (ПИИ ОАО) «Газтурбосервис» — об этой работе мы и расскажем подробнее.

Основное направление деятельности ПИИ ОАО «Газтурбосервис» — ремонт и сервисное обслуживание газотурбинных двигателей судового типа, применяемых в качестве привода нагнетателей компрессорных станций газотранспортных предприятий. Основным заказчиком ПИИ ОАО «Газтурбосервис» являются ОАО «Газпром» и его дочерние предприятия, эксплуатирующие газотурбинные двигатели. Более подробную информацию о предприятии можно получить, посетив сайт www.gazts.ru.

В связи с бурным развитием отрасли потребность в услугах, предоставляемых ПИИ ОАО «Газтурбосервис», существенно возросла — причем как в количественном, так и в качественном отношении: предприятию предстояло освоить ремонт новых моделей двигателей. Такое расширение сферы деятельности требовало несколько иного подхода к процессу изготовления запасных деталей для двигателей. Для выпуска существенно увеличившейся номенклатуры изделий были закуплены два четырехосевых станка с ЧПУ (модель 400V) Стерлитамакского станкостроительного завода. Как вы уже догадались, говоря здесь и далее об изделиях, я, конечно же, имею в виду одну из основных составляющих газотурбинного двигателя — компрессорную лопатку. Оборудование с ЧПУ работало на предприятии и прежде, но только трехосевое и в небольшом количестве. Задачи, возлагаемые на эти станки, не требовали какого-либо специального программного обеспечения. Теперь же появился станок для четырехосевой обработки лопаток двигателя. И совершенно очевидно, что без специального ПО здесь не обойтись.

В мире существует немало так называемых CAM-систем, позволяющих выполнять обработку и получать управляющие программы для станков с ЧПУ. Вопрос, что предпочесть, весьма непрост: программы существенно различаются и по функционалу, и по ценам. Правда, в данном случае пространство выбора было не слишком широким: помимо довольно серьезного функционала САМовской части требовалась и CAD-часть (то есть ПО для моделирования), причем с обширными возможностями построения сложных поверхностей. Руководство и специалисты предприятия пришли к выводу, что всем этим требованиям удовлетворяет программное обеспечение высокого уровня Unigraphics NX. Мы уже не раз рассказывали, как с помощью этого ПО решались проблемы самых разных предприятий, а потому, не повторяясь, отмечу лишь один момент.

Программный продукт Unigraphics NX4 предлагают многие организации, но в наше время просто продать ПО такого уровня — дело практически нереальное: почти всегда требуется комплексное внедрение. А вот в этом компоненте конкуренцию выдерживают далеко не все, тем более когда речь идет о моделировании и изготовлении сложных изделий типа лопатки двигателя. Следовательно, предприятию предстоит сделать не один, а два очень ответственных шага: выбрать не только программное обеспечение, но и партнера по его внедрению. По ряду вполне объективных причин «Газтурбосервис» сделал выбор в пользу CSoft.

Демонстрировать возможности нового ПО нам предстояло на примере нескольких лопаток; совершенно логичным было и принятое руководством «Газтурбосервиса» решение обучать специалистов на примерах реальных изделий, запланированных к освоению. Обучение проводил ведущий специалист отдела САПР и инженерного анализа Максим Краснов.

Первый этап — обучение моделированию (CAD-часть Unigraphics NX). Здесь надо хотя бы кратко упомянуть о возможностях системы применительно к моделированию изделий типа лопаток. Дело в том, что чертеж лопатки как правило дает о ней лишь некое общее представление. Главная же информация о поверхности лопатки сосредоточена в таблицах, где представлены координаты точек сечений. Unigraphics NX обеспечивает очень удобную возможность строить кривые по точкам, полученным из файлов. Каждую точку не приходится строить вручную — достаточно перевести табличные данные с бумаги в текстовый файл. Ну, а получив необходимые сечения, довольно легко создать по кривым саму поверхность. На рис. 1 показана одна из лопаток, выпускаемых на предприятии. Синими линиями отображены сечения, которые были построены по таблицам точек.

Рис. 1

Заметим, что точки, полученные расчетным путем, зачастую не вполне позволяют получить так называемые гладкие кривые. Для анализа как кривых, так и поверхностей в Unigraphics NX также имеется довольно обширный функционал. Всему этому и были обучены специалисты предприятия.

Несколько слов хотелось бы сказать еще вот о чем. Просто построить ту или иную модель можно во многих CAD-системах. Даже лопатку. Но когда речь заходит не об абстракции, а о реальном изготовлении, рамки допустимых методов заметно сужаются. Построение модели требуется выполнить так, чтобы поверхности, которые в будущем предстоит обрабатывать, имели «хорошую» топологию. А это понятие включает и отсутствие дыр, и логичную для целей обработки сетку U-V, и многое другое. По этой причине мы обычно рекомендуем использовать как для моделирования, так и для обработки единую среду, которой и является система Unigraphics NX. Не раз доводилось видеть, как заканчивались ничем попытки использовать модели, импортированные из других CAD-систем: обработать некоторые поверхности просто не представлялось возможным…

Вторым этапом стало обучение обработке (CAM-модули системы Unigraphics NX). На мой взгляд, в сравнении с моделированием обработка подобных изделий более сложна и ресурсоемка. Как правило, предъявляются серьезные требования в части размеров, допусков и т.п., к тому же подобные изделия зачастую изготавливаются из труднообрабатываемых материалов либо из материалов, которые довольно легко «ведет» (например, из алюминия). Все это серьезно влияет на выработку технологии изготовления и делает технологический аспект исключительно важным и ответственным — ведь, в конце концов, реальную деталь получает технолог. Отметим двух основных специалистов-технологов ПИИ ОАО «Газтурбосервис», которые освоили работу с САМ-модулями системы Unigraphics NX. Это Николай Столяр и Андрей Савич. Основной груз внедрения новых технологий с использованием станков с ЧПУ лег на их молодые плечи.

Николай Столяр (на фото — справа) и Андрей Савич

Прошли они и обучение моделированию, ознакомились с различными методами получения траекторий, а также с всевозможными «подводными камнями» и специфическими моментами при формировании траекторий обработки поверхностей лопаток.

Известно, для получения управляющих программ для станка недостаточно самой системы Unigraphics и ее модулей. За это отвечает постпроцессор. Соответственно, для станка с системой управления Siemens 840D нами был разработан и отлажен постпроцессор, позволивший получать корректные управляющие программы.

Поскольку при обработке лопаток траектории зачастую представляют собой сложные многоосевые движения, было предложено использовать VERICUT — систему верификации и контроля управляющих программ для станков с ЧПУ. Для этих целей все теми же молодыми специалистами была создана в системе Unigraphics NX (рис. 2) и экспортирована в систему VERICUT (рис. 3) сборочная модель станка.

Рис. 2

Рис. 3

С помощью системы VERICUT проверялись все управляющие программы — прежде всего на предмет безопасности обработки. Дело в том, что рабочая зона станка не очень велика, а наличие различных крепежных приспособлений создает потенциальную угрозу столкновения во время переходов между операциями (прежде всего четырехосевыми) и внутри операции. В CAM-системе контроль такого рода практически невозможен — для этих целей мы настоятельно рекомендуем систему VERICUT, которая учитывает реальную кинематику станка.

Николай Столяр и Андрей Савич освоили и эту систему. Узнали, как разместить заготовку, приспособление, как правильно задать «ноль» программы, как провести анализ на зарезы или недорезы. И теперь активно применяют полученные знания на практике.

Все лопатки обычно обрабатываются в два установа: сначала следует обработка замковой и задней части, а затем — самого пера лопатки. Для этих целей оказалась очень полезной новая возможность VERICUT — многооперационность техпроцесса. То есть возможность в одной сессии VERICUT вести обработку в нескольких установах.

Ну и наконец несколько фотографий со станка. Сразу хотелось бы уточнить, что по техпроцессу изготовления лопаток на предприятии из-под станков выходит как бы заготовка под полировку. Следовательно, требования к качеству и шероховатости поверхности пера не очень высоки. На рис. 4 вы видите обработку замка — первый установ, а на рис. 5 — результаты всех этапов формирования лопатки, от заготовки до полировки.

Рис. 4

Рис. 5

По ходу нашего рассказа не раз упоминались руководство и специалисты ПИИ ОАО «Газтурбосервис». Со специалистами вы уже знакомы, теперь несколько слов о руководстве. Для нас это прежде всего человек, который принял решение работать с нами, который является «двигателем» внедрения новых технологий на предприятии: главный инженер Вячеслав Михайлович Шабаев. Вот его оценка нашей совместной работы:

«В конце 2006 года наше предприятие направило нескольким компаниям запрос на поставку программного комплекса для организации полного цикла производства — от проектирования изделий до управления обрабатывающими центрами, собственно осуществляющими изготовление лопаток. Проанализировав поступившие предложения, оценив предлагаемые решения и возможные консалтинговые услуги, мы остановили свой выбор на компании CSoft и, я уверен, в выборе не ошиблись. Сейчас мы располагаем необходимым набором программных продуктов (Unigraphics & VERICUT), подготовленными и обученными специалистами, отлаженными технологическими процессами. Номенклатура изделий, выпускаемых с применением поставленных программных средств, постоянно растет. Не исключаю возможности приобретения предприятием других моделей обрабатывающих центров и рассчитываю на дальнейшее сотрудничество с компанией CSoft и в этом направлении».

Небольшое резюме. На предприятии проведена серьезная совместная работа по внедрению новых технологий производства лопаток газотурбинных двигателей. Результатом этой работы стала работающая технология, которая применяется и для производства других лопаток (номенклатура довольно обширна). ПИИ ОАО «Газтурбосервис» увеличивает объемы ремонтируемых двигателей, а в нашу «копилку» добавлен опыт сотрудничества с еще одним серьезным и интересным предприятием. При нашем участии внедрена новая технология таких непростых изделий, как лопатка двигателя, а это, как уже сказано, дорогого стоит.

Отдел САПР и инженерного анализа группы компаний CSoft благодарит специалистов и руководство ПИИ ОАО «Газтурбосервис» за совместную работу. И надеется на дальнейшее развитие сотрудничества между нашими организациями.

Скачать статью в формате PDF — 265.0 Кбайт