Հետաքրքիր հոդված, որը միավորում է տեխնոլոգիան, գիտությունը, արվեստը, պատմությունը, հմտությունները, փիլիսոփայությունը, դիտարկումները, վերլուծությունը, փորձարկումները, բացահայտումները և առաջարկներ այն մասին, թե ինչպես առաջ շարժվել։ Հոդվածը գրված է թեթև և հետաքրքրաշարժ ոճով՝ թե՛ մասնագետների, թե՛ ոչ մասնագետների համար։

Բարև բոլորին։ Ես Արմեն Առուստամյանն եմ, մեքենաշինարար ինժեներ եմ և պատասխանատու եմ YEA Engineering-ում մեխանիկական արտադրության համար։

Տարածված պատմություն կա, որ երբ Միքելանջելոյին հարցրել են, թե ինչպես է ստեղծում իր քանդակները, նա պատասխանել է. «Ես պարզապես վերցնում եմ մարմարի կտորը և հեռացնում եմ ամեն ավելորդը»։ Իհարկե, գեղեցիկ է հնչում։ Բայց կուզենայի տեսնել, թե ինչպես նա «պարզապես կհեռացներ ամեն ավելորդը» ավիատիեզերական բարդ դետալի ամբողջական նախապատրաստվածքից։

Արտադրությունում մենք ամեն օր պատրաստում ենք դետալներ, որոնք մի քանի տասնամյակ առաջ գործնականում անհնար կհամարվեին։ Ուստի այսօր ուզում եմ առանց ավելորդ խոսքերի պատմել այն մասին, ինչի հետ ինքս եմ աշխատում՝ 5-առանցքանի ֆրեզերային հաստոցների մասին։ Փորձենք այս տեխնոլոգիան պարզ մարդկային լեզվով վերլուծել, որպեսզի հասկանալի լինի, թե ինչպես է այն իրականում կառուցված և ինչու է այդքան հիանալի։

Ի՞նչ է 5-առանցքանի մշակումը, և ինչի՞ համար է այն պետք

• Շատ պարզ ասած՝ 5-առանցքանի մշակումն այն է, երբ հաստոցը կարող է միաժամանակ կտրող գործիքը կամ դետալը տեղաշարժել հինգ առանցքով։ Հենց այդ պատճառով նման մշակումը լայնորեն կիրառվում է ավիատիեզերական ոլորտում և բարդ դետալների, օրինակ՝ իմպելլերների պատրաստման ժամանակ։ Ինչո՞ւ ենք արտադրությունում այդքան սիրում այս տեխնոլոգիան։ Ամեն ինչ պարզ է՝

• «Մեկ տեղադրմամբ» սկզբունքը։ Տեղադրեցիր նախապատրաստվածքը, ամրացրիր, և հաստոցն այն մշակում է գրեթե բոլոր կողմերից։ Պետք չէ դետալը հանել, շրջել, բարդ սարքավորանք պատրաստել և նորից զրոները սահմանել։ Սա խնայում է շատ ժամանակ և նվազեցնում վերատեղադրման հետ կապված սխալները։

• Կարելի է մշակել դժվարամատչելի գոտիները։ Հաստոցը թեքում է դետալը կամ իլը այնպես, որ կարողանանք ֆրեզել բարդ երկրաչափություն (օրինակ՝ ներփորվածքներ)՝ միաժամանակ խուսափելով գործիքի բախումից դետալի կամ սեղանի հետ։ Գործիքը ավելի երկար է ծառայում, քանի որ միշտ աշխատում է մետաղի նկատմամբ ճիշտ անկյան տակ։ Կտրումն ավելի մեղմ է անցնում, հաստոցը չի թրթռում, իսկ մակերևույթի որակը բարելավվում է։

Ի՞նչ կապ ունեն Ռընե Դեկարտը, ճանճը և ինքնաթիռները

Հասկանալու համար, թե որտեղից են գալիս այս 5 առանցքները, եկեք հիշենք դպրոցը։ Բոլորը գիտեն Նյուտոնի և խնձորի պատմությունը, բայց նմանատիպ պատմություն կա փիլիսոփա և մաթեմատիկոս Ռընե Դեկարտի մասին։

Մի անգամ Դեկարտը պառկած էր անկողնում (փիլիսոփաները ընդհանրապես սիրում էին դա) և հետևում էր սենյակում պտտվող ճանճին։ Եվ հանկարծ հասկացավ, որ այդ ճանճի ճշգրիտ դիրքը տարածության մեջ կարելի է նկարագրել ընդամենը երեք թվով՝ երկարություն, լայնություն և բարձրություն։

Այդպես առաջացավ դեկարտյան կոորդինատային համակարգը՝ X, Y և Z։ Հաստոցի վրա դրանք հիմնական տեղաշարժերն են՝ ձախ-աջ, առաջ-հետ և վեր-վար։ Սրանք դասական երեք առանցքներն են։

Բայց որտեղի՞ց են գալիս մյուս երկուսը։

Իսկ հիմա պատկերացրեք այդ ճանճը թռիչքի ժամանակ՝ խոշոր պլանով։ Այն պարզապես չի տեղաշարժվում որպես կետ տարածության մեջ, այլ նաև փոխում է իր կողմնորոշումը։

Այստեղ հարմար է հաստոցի առանցքները համեմատել ինքնաթիռի շարժումների հետ՝

1. Պատկերացրեք, որ ինքնաթիռը թեքվում է թևի վրա։ Սա պտույտ է X երկայնական առանցքի շուրջ։ ԹԾԿ-ում սա սովորաբար կոչվում է A առանցք։

2. Երբ ինքնաթիռը քիթը բարձրացնում կամ իջեցնում է (տանգաժ), սա պտույտ է Y առանցքի շուրջ։ Հաստոցներում սա B առանցքն է։

3. Իսկ երբ ինքնաթիռը քիթը թեքում է ձախ կամ աջ՝ գետնին զուգահեռ (շեղում), սա պտույտ է Z ուղղահայաց առանցքի շուրջ։ Հաստոցներում սա C առանցքն է։

Լիարժեք 5-առանցքանի հաստոցն օգտագործում է դասական X, Y, Z տեղաշարժերը և դրանց ավելացնում երկու պտտական առանցք (օրինակ՝ սեղանի պտույտ C առանցքով և թեքում A առանցքով)։ Ահա և ամբողջ «կախարդանքը»։

A, B և C առանցքները սովորաբար նշանակվում են այբբենական կարգով՝ համապատասխանելով X, Y և Z առանցքների շուրջ պտտական շարժումներին։ Թեև գոյություն ունեն նաև 6-առանցքանի ԹԾԿ հաստոցներ, 5-առանցքանի կոնֆիգուրացիաներն ավելի հաճախ են հանդիպում, քանի որ վեցերորդ առանցքը շատ դեպքերում էական գործնական առավելություն չի տալիս։

Նշանակումների համակարգի մասին վերջին դիտողություն՝ ուղղահայաց մշակման կենտրոնում X և Y առանցքները գտնվում են հորիզոնական հարթության մեջ, իսկ Z առանցքը՝ ուղղահայաց։ Հորիզոնական մշակման կենտրոնում առանցքների կողմնորոշումը տարբեր է՝ Z առանցքը մնում է ուղղահայաց, իսկ X և Y առանցքների դասավորությունը կախված է հաստոցի կոնկրետ կառուցվածքից։

Ուղղաձիգ մշակող հաստոցՀորիզոնական մշակող հաստոց

Իսկ ընդհանրապես քանի՞ առանցք է ձեզ պետք

Երբեմն սարքավորումների կատալոգներում կամ ցուցահանդեսներում կարելի է հանդիպել «հրեշների», որոնց համար հայտարարված է 7, 9 կամ նույնիսկ 11 առանցք։ Հնչում է բոլորովին տիեզերական։ Թվում է, թե նման մեքենա ծրագրավորելու համար NASA-ի գիտնականների թիմ է պետք։ Բայց իրականում ամեն ինչ շատ ավելի պարզ է, քան թվում է։

Ինչպես ճիշտ բացատրում է Mazak America-ի առաջատար ինժեներներից մեկը՝ Mike Finn-ը, առանցքների մեծ քանակը առաջանում է ոչ թե այն պատճառով, որ դետալը անցնում է ինչ-որ չորրորդ չափում։ Ամեն ինչ կախված է մեկ հաստոցի ներսում «աշխատանքային հանգույցների» քանակից։

Պատկերացրեք մի բարդ բազմաֆունկցիոնալ հաստոց։ Այն կարող է ունենալ ոչ թե մեկ իլ, այլ երկու (հիմնական և հակաիլ), գումարած երկու ռևոլվերային գլխիկ՝ վերին և ստորին։ Վերին գլխիկը շարժվում է իր առանցքներով, ստորինը՝ իր, իսկ հակաիլն ավելացնում է ազատության ևս մեկ աստիճան։

Ընդհանուր առմամբ սա կարող է տալ 9 և ավելի առանցք մեկ իրանում։ Ըստ էության, նման հաստոցն աշխատում է շվեյցարական դանակի պես՝ այն կարող է և՛ խառատել, և՛ ֆրեզել, և՛ զուգահեռ գործողություններ կատարել՝ առանց դետալը վերատեղադրելու։

Բայց այստեղ կարևոր է հասկանալ մեկ հիմնական ինժեներական միտք, որի մասին հաճախ են խոսում ոլորտում՝ որքան էլ առանցքներ ունենա բուն հաստոցը, դետալի երկրաչափությունը մնում է հինգառանցքանի։

Վերցնենք, օրինակ, ավիացիոն բարդ փական կամ իմպելլեր։ Մենք կարող ենք այն մշակել սովորական 5-առանցքանի ուղղահայաց հաստոցի վրա։ Իսկ կարող ենք օգտագործել բազմառանցքանի մշակման կենտրոն, որտեղ կա թեքվող B առանցք, երկու իլ (երկու C առանցք), ստանդարտ X, Y, Z տեղաշարժեր, ինչպես նաև լրացուցիչ ստորին ռևոլվերային գլխիկ՝ իր X և Z առանցքներով։

Առանցքները շատանում են, հաստոցը ներսից տրանսֆորմերի է նմանվում, բայց բուն դետալը ելքում մնում է նույն հինգկոորդինատայինն իր երկրաչափությամբ։

Այս բոլոր «լրացուցիչ» առանցքները պետք են ոչ թե ձևը բարդացնելու, այլ արտադրողականությունը բարձրացնելու համար՝ մեկ ցիկլում ավելի շատ գործողություններ կատարելու, խառատային և ֆրեզերային մշակումը համատեղելու և դետալի վերատեղադրման ու ավելորդ անցումների վրա ժամանակ չկորցնելու համար։

Հաստոցի ուղեղը. CAM համակարգերի ակնարկ և իմ անձնական ընտրությունը

Երբ խոսքը հինգ առանցքի մասին է, ծրագիրը ձեռքով գրելը գրեթե ֆանտաստիկա է։ Մտքում հաշվարկել հետագիծ, որտեղ միաժամանակ շարժվում և պտտվում են հինգ առանցքներ, շփոթվելու և թանկարժեք իլը վաղաժամ վերանորոգման ուղարկելու ամենաարագ ճանապարհն է։ Առանց CAM համակարգերի ինժեներն այստեղ անզոր է։

Ծրագրային ապահովման շուկան հսկայական է, բայց յուրաքանչյուր տարածված լուծում ունի իր առանձնահատկությունները, որոնք ես կբաժանեի այսպես

• Autodesk Fusion 360. հիանալի գործիք սկսելու կամ պարզ դիրքավորման համար։ Բայց երբ գործը հասնում է ծանր բազմառանցքանի մշակման, դրա հիմնական հնարավորությունները սկսում են չբավարարել, իսկ լրացուցիչ ընդլայնումներ (Extensions) գնելը միշտ չէ, որ արդարացնում է սպասելիքները՝ պոստպրոցեսորների նուրբ կարգավորման բարդության պատճառով։

• SolidCAM. ինտեգրումը SolidWorks-ի հետ հարմար է, իսկ սև մշակման iMachining սեփական ռազմավարությունն իսկապես լավ է դրսևորվում։ Սակայն բարդ հինգառանցքանի մշակման ժամանակ իլի բախումների վերահսկման ալգորիթմները զիջում են ավելի բարձր մակարդակի մասնագիտացված լուծումներին։

• Siemens NX. իսկական արդյունաբերական հսկա։ Դրանում կարելի է հետագիծ կառուցել գրեթե ցանկացած բարդության դետալի համար, բայց ինտերֆեյսը ինժեներից պահանջում է ինչ-որ առանձին պատրաստվածություն և համբերության մեծ պաշար։ Մուտքի շեմն այստեղ չափազանց բարձր է։

Ինչ և ինչու ընտրեցի մեր արտադրության համար

Վերլուծելով այս լուծումները՝ YEA Engineering-ում անընդհատ 5-առանցքանի մշակման համար խաղադրույք կատարեցի HyperMILL-ի և VERICUT-ի համակցության վրա։

HyperMILL-ը (Open Mind-ից) թերևս միաժամանակյա հինգառանցքանի մշակման լավագույն լուծումներից մեկն է։ Տուրբինային թիակների, անցուղիների և իմպելլերների համար հետագծերի հաշվարկի նրա ալգորիթմները շատ կայուն են աշխատում։ Ծրագիրն ինքն է որոշում, թե ինչ անկյան տակ թեքել գործիքը՝ նյութը արդյունավետ հեռացնելու և սարքավորանքը շրջանցելու համար։

Բայց որքան էլ «խելացի» լինի CAM համակարգը, այն աշխատում է իր մաթեմատիկական մոդելների շրջանակում։ Այն չի տեսնում, թե կոնկրետ ինչ կստացվի պոստպրոցեսորից հետո վերջնական G-կոդում։

Ուստի hyperMILL-ին զուգակցեցի VERICUT-ը։ Սա հաստոցի անկախ թվային երկվորյակ է։ Այն վերցնում է «հում» G-կոդը, որը կգնա կառավարման վահանակ, և մշակումը մոդելավորում է հնարավորինս մոտ իրականությանը։ VERICUT-ը թույլ է տալիս հայտնաբերել առանցքների ընթացքի սահմաններից դուրս գալը, կոդի սխալները և հնարավոր բախումները։

hyperMILL-ի (որպես հետագծերի գեներատորի) և VERICUT-ի (որպես անկախ վերահսկիչի) համակցությունը իմ անձնական ապահովագրությունն է այն սարքավորումների վթարներից, որոնց արժեքը չափվում է հարյուր հազարավոր դոլարներով։

Միևնույն ժամանակ «3+2» ռեժիմում դիրքային մշակման համար պահեցի Mastercam-ը։ Այն ունի հարթությունների հետ ինտուիտիվ աշխատանք, իսկ նրա 2D և 3D բարձր արագության ֆրեզերման ալգորիթմները (Dynamic Milling) մինչ օրս համարվում են լավագույններից։ Երբ առանցքների միաժամանակյա պտույտի անհրաժեշտություն չկա, Mastercam-ը թույլ է տալիս կառավարող ծրագրերը պատրաստել ավելի արագ և պարզ, քան ավելի ծանր բազմառանցքանի համակարգերը։

Հասկանանք տերմինները. ինչ է «3+2»-ը և ինչով է այն տարբերվում իրական 5 առանցքից

Մասնագիտական միջավայրում հաճախ շփոթություն է առաջանում. եթե հաստոցն ունի հինգ առանցք, ապա դրա վրա ցանկացած մշակում կոչում են հինգառանցքանի։ Իրականում սրանք երկու սկզբունքորեն տարբեր գործընթացներ են։

«3+2» ռեժիմ (դիրքային մշակում)

Պատկերացրեք դետալ, որը պետք է մշակել բոլոր կողմերից։ Այն ձեռքով չվերատեղադրելու (և հիմնավորման ճշգրտությունը չկորցնելու) համար հաստոցի երկու պտտական առանցքները նախապատրաստվածքը շրջում են իլի նկատմամբ անհրաժեշտ անկյան տակ։

Երբ դետալը զբաղեցրել է անհրաժեշտ դիրքը, պտտական առանցքները ֆիքսվում են։ Հաստոցը փաստացի վերածվում է կոշտ 3-առանցքանի կենտրոնի և աշխատում է X, Y և Z առանցքներով։

Այնուհետև տրամաբանությունը պարզ է՝ մշակեցինք մի կողմը, կանգ առանք, ազատեցինք պտտական առանցքները, դետալը շրջեցինք նոր դիրքի, նորից ֆիքսեցինք և շարունակեցինք մշակումը։

Այս ռեժիմում պտտական առանցքները մասնակցում են միայն անցումների միջև դիրքավորմանը, իսկ բուն կտրումն ընթանում է ինչպես սովորական 3-առանցքանի մշակման ժամանակ։ Հենց նման խնդիրների համար է հարմար Mastercam-ը՝ հետագծերի արագ կառուցում և կայուն աշխատանք «3+2» ռեժիմում։

Անընդհատ 5-առանցքանի մշակում՝ hyperMILL-ի ասպարեզը

Այստեղ ամեն ինչ այլ կերպ է կառուցված։ Հաստոցը ոչ մի տեղ կանգ չի առնում և ոչինչ չի ֆիքսում։ Բոլոր հինգ առանցքները շարժվում են միաժամանակ՝ իրական ժամանակում։

Ինչի՞ համար է սա պետք։ Պատկերացրեք իմպելլերի կոր թիակը։ Դրա մակերևույթը պետք է լինի հնարավորինս հարթ։ Եթե գործիքը կանգ է առնում կամ հետագիծը ընդհատվում է (ինչպես «3+2» ռեժիմում դիրքերի միջև անցնելիս), մակերևույթին կարող է աստիճան կամ անցման հետք առաջանալ։ Աերոդինամիկական դետալների համար սա արդեն պոտենցիալ խոտան է։

Ուստի ֆրեզը պետք է ամբողջ բարդ մակերևույթն անցնի մեկ անընդհատ անցումով՝ սահուն կրկնելով դրա ձևը։ Գործիքը մշտապես փոխում է դիրքը և թեքությունը հենց կտրման ընթացքում՝ առանց կանգառների և ցնցումների։ Հենց նման խնդիրների համար ընտրեցի hyperMILL-ը. նրա մաթեմատիկական ալգորիթմները լավ են մշակում անընդհատ հինգառանցքանի հետագծերը՝ թույլ տալով ստանալ բարդ երկրաչափության կայուն մշակում՝ մակերևույթի բարձր որակով։

Եզրափակում. սարքավորումներ, իրականություն և մի քիչ փիլիսոփայություն

Այս ամբողջ բարդ երկրաչափության համար մեր առաջատարը HAAS UMC-750SS հինգառանցքանի մշակման կենտրոնն է։

Դրա վրա մեր պատրաստած ամենաբնորոշ դետալներից մեկը իմպելլերն է։ Նման դետալին նայելով՝ անմիջապես հասկանում ես, թե ինչու են ընդհանրապես պետք հինգ առանցքները։

Բայց եկեք հանենք վարդագույն ակնոցները. լիարժեք անընդհատ հինգառանցքանի մշակումը չի օգտագործվում առօրյա պատվերների 90%-ում։ Եվ դա բացարձակապես նորմալ է. այդպես է կառուցված շուկան ամբողջ աշխարհում։ Նման տեխնոլոգիաներն առաջին հերթին պահանջված են ավիացիայում, տիեզերքում և բարձր տեխնոլոգիական արտադրությունում։

Այդ դեպքում ինչո՞ւ ներդրումներ անել հինգ առանցքում, եթե աշխատանքի 90%-ը երեքն է։ Ամեն ինչ պարզ է. ես հստակ հասկանում եմ, թե ուր են շարժվում տեխնոլոգիաները։ Գրեթե ամեն ամիս հայտնվում են մշակման նոր ռազմավարություններ, նոր գործիքներ և ծրագրային լուծումներ, որոնք փոխում են խաղի կանոնները։ Դրանից մի կողմ մնալը նշանակում է աստիճանաբար հետ մնալ։

Եվ վերջում՝ այն մասին, ինչից սկսեցի։ Ժամանակակից CAM ծրագրային ապահովումը պարզապես գործիք է, ինչպես Միքելանջելոյի մուրճն ու դուրը։ Բայց թե ինչ կստացվի վերջում՝ պարզապես մշակված նախապատրաստվածք, թե իսկապես բարդ, որակյալ դետալ, կախված է հաստոցի մոտ կանգնած ինժեներից։

Ուստի, բացի կոշտ տեխնիկական հմտություններից, մեր աշխատանքում կարևոր են տարածական մտածողությունը և միաժամանակ կոնստրուկտորի և նկարչի մոտեցման մի փոքր բաժին։

Այսքանը։ Ես Արմեն Առուստամյանն եմ, և եթե այս հոդվածից հետո վերջապես պատկերացում կազմեցիք, թե ինչպես է աշխատում հինգառանցքանի հաստոցը, ուրեմն իզուր չենք կորցրել ժամանակը։ Կհանդիպենք։