3Dスキャンはブリスクフライス加工プロセスの精度と効率を大幅に向上させます

Technopark Aviation Technology は、ロシアのウファに拠点を置く教育、科学研究、エンジニアリングサービスのプロバイダーです。同社は、固定翼および回転翼航空機産業、ならびにガスおよび石油生産向けの高性能ガスタービンエンジンを設計および製造するロシア最大のガスタービンエンジンプロバイダーと緊密に連携しています。

Technopark の顧客の 1 社は、ブリスクのフライス加工プロセスの精度と効率を改善したいと考えていました。ガスタービンエンジンブレードは複雑で曲率の高い表面を持っているため、製造プロセスが非常に困難になります。

この課題を克服するために、テクノパークは、SPRINT™ テクノロジーと Productivity+™ スキャンソフトウェアパッケージを搭載したレニショーの OSP60 オンマシン 3D スキャンプローブを使用しました。

背景

コンプレッサー、燃焼器、タービンで構成される精巧な機械アセンブリにおいて、ブリスクは抗力を低減し、エンジン内の空気の流れとエンジンが生成する推力を最適化する上で重要な役割を果たします。

1980 年代半ばに導入されたブリスクは、ローターディスクと複数の湾曲したブレードで構成される単一のコンポーネントです。ブリスクでは各ブレードを露出したディスクに接続する必要がないため、タービンの設計が改善され、部品数が大幅に削減され、信頼性とエンジン効率が向上します。

ブリスクは非常に強度の高い高価な金属、通常はチタンまたはニッケルベースの合金で作られています。フライス加工は、ブリスクの製造において最も重要な加工プロセスであり、ブリスクは曲率の高い表面を持つため、多軸 CNC マシンと高度なソフトウェアが必要です。

ブレードのフライス加工は通常、粗フライス加工と半仕上げフライス加工から始まり、ほぼネットシェイプのワークピースを製造し、その後仕上げフライス加工に進み、最終的な高精度のブレードとローターの表面を製造します。

チャレンジ

ブリスクの高度の複雑さと厳格な製造精度要件により、さまざまなブレードの精密フライス加工は労働集約的でコストのかかるプロセスになります。

タッチトリガープローブを使用してオンマシンブリスク測定は可能ですが、オフライン測定と検査のためにフライス加工後に各コンポーネントを CNC マシンから取り外し、その後の処理のためにマシンに再度取り付ける必要があります。このプロセスは何度も繰り返す必要があり、人為的なエラーが発生しやすくなります。

同社では、オフマシン検査およびフライス加工工程がブリスク生産の総人件費の約 30% ～ 60% を占めると見積もっています。さらに、ブレードの寸法偏差（前縁および後縁の加工後）の統計分析の結果、エラーの存在が示されました。

結果から、ブレード断面の偏差は、残留許容変動±0.064 mm、実際のプロファイル偏差は 0.082 mm であることがわかりました。縦断面の偏差は横断面の偏差と同様で、残留許容値は ±0.082 mm 変動し、実際のプロファイル偏差は 0.111 mm です。

エッジ加工における偏差の主な原因は、加工中の工作機械の 5 軸動作誤差、刃の剛性が低いために切削中に刃が弾性変形すること、および金属切削中に工具が弾性変形することにあります。 ”

「このプロセスには多くの手作業が必要ですが、人為的ミスは避けられず、廃棄率の増加につながります。ブリスクミリングの速度と精度を向上させるために、まったく新しいソリューションを早急に開発する必要があります。」

ブリスクミリング用の CNC 加工プロセスの開発には、次の要件が含まれていました。
• パラメトリック制御プログラムを使用した半仕上げフライス加工
• 機内ワーク検査
• テスト結果に応じてパラメータ化された制御プログラムを修正する
• 修正されたパラメトリック制御プログラムを使用したワークピースの仕上げフライス加工

解決

テクノパークは、必要なプロセス制御技術の開発と導入を担当しました。テクノパークの准博士兼イノベーション責任者であるセメン・スタロボイトフ氏は次のように述べています。「当社は長年にわたりレニショーと協力し、さまざまな工作機械でレニショーのタッチプローブを使用して、完璧な測定精度を実現してきました。」

「このプロジェクトでは、スキャニングプローブをベースにしたソフトウェアが必要であることは明らかだったので、レニショーに依頼することにしました。レニショーの工作機械向け SPRINT 3D スキャニング測定テクノロジーは、当社のすべての技術要件を満たしていました。」

結果

Productivity+ ソフトウェアと OSP60 プローブの導入により、ブリスク製造の精度、速度、労働コストが大幅に変化しました。

工作機械上でブレードディスクの高速 3D スキャンと測定を実行することで、生産時間が大幅に節約され、CNC 工作機械の生産効率が大幅に向上します。

ブレードのフライス加工精度に関しては、加工されたブレードディスクの断面偏差と縦断面偏差が大幅に改善され、当初の 0.082 mm と 0.111 mm から現在は 1 μm と 28 μm になっています。

工作機械の人員配置に関して、Starovoytov 氏は次のように語っています。「プロセス制御モードの実装により、OSP60 プローブによって提供される 3D ブレードスキャンデータに基づいて CNC 制御プログラムが自動的に調整されます。つまり、エンジニアが機械の動作を常に監視する必要がなくなります。」

彼は次のように結論付けています。「SPRINT 3D スキャン技術と Productivity+ CNC ソフトウェアを組み合わせると、ブリスクの形状のわずかな偏差もリアルタイムで識別できますが、タッチトリガーシステムではこれらの偏差は検出されません。」

「この投資の収益は私たちの予想をはるかに上回りました。ブリスクフライス加工の精度は3倍以上向上し、関連する人件費は半分に削減されました。」

SPRINT™ テクノロジー

OSP60 オンマシン 3D スキャニングプローブには、Renishaw 独自の SPRINT テクノロジーが搭載されています。

スタイラス先端（ボール）はブリスク表面に沿って精密測定で移動し、プローブは高解像度のスタイラス偏向データを正確に記録し、X、Y、Z軸の超高感度スタイラス先端のサブミクロンの動きデータを取得します。

OSP60 プローブは、高速でノイズ耐性のある光リンクを使用して、1 秒あたり 1000 個の XYZ チップ中心データポイントを OMM-S レシーバーに送信します。次に、プローブの偏向データは、高度なアルゴリズムを使用して工作機械の位置エンコーダーデータとともに処理され、正確なブリスク表面データが生成されます。このデータは、フィーチャの位置、サイズ、および形状を正確に計算するために使用されます。

生産性+™ テクノロジー

Productivity+ CNC プラグインソフトウェアを使用すると、最大 15,000 mm/分のスキャン速度を実現でき、オンマシン測定速度は従来のタッチトリガーシステムよりも最大 5 倍速くなる場合があります。工作機械上のブリスクをスキャンすることで、加工中にワークピースを取り外す必要がなくなります。

ソフトウェアは高精度の測定結果をリアルタイムで画面に表示し、このデータを使用して後続の仕上げ工程の工作機械設定を自動的に調整します。測定レポートは、分析や品質保証の目的でファイルにエクスポートすることもできます。

既存のオフマシングラフィカルプログラミングツールを使用すると、ソリッドモデルジオメトリに基づいてブリスク検査プログラムを迅速かつ簡単に生成できます。同時に、Productivity+ インタラクティブフロントエンドプラットフォームを使用すると、ユーザーが複雑な NC コードを直接操作しなくても、シンプルでわかりやすいグラフィカル画面を通じてプローブ検査プログラムを編集およびシミュレーションできます。

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