PRODUCTBESPREKING VAN NX CAM TURBOMACHINERY MILLING

Transcriptie

1 Dr. Charles Clarke PRODUCTBESPREKING VAN NX CAM TURBOMACHINERY MILLING Marktfactoren... 3 Bestaande specialistische toepassingen... 3 Een nieuwe generatie software die flexibiliteit biedt... 4 Gespecialiseerde bewerkingen voor blisks en impellers... 5 Gecontroleerd voorslijpen... 5 Flexibele patroonselectie... 6 Restfrezen... 6 Besturing van de gereedschapsas... 7 Werken met 3D geometrie van slechte kwaliteit... 8 De waarde van een volledige CAD-CAM-oplossing... 8 Conclusie... 9

2 NX CAM TURBOMACHINERY MILLING Inleiding CAD/CAM-technologie heeft zich ontwikkeld tot een punt waarop functies die voorheen als geavanceerd werden beschouwd, zoals 5-assige programmering, nu doodgewoon worden gevonden. Maar dankzij de voortschrijding van de technologie kunnen softwareleveranciers steeds meer uiterst specialistische terreinen betreden en zo hun klanten meer waarde leveren. Dit heeft geleid tot nieuwe uitbreidingstoepassingen voor CAD/CAM (vaak add-ons genoemd) die zich richten op de specifieke vereisten binnen specifieke industrieën met een hoog precisie- en prestatieniveau. Door deze add-on toepassingen is het gebruik van aparte specialistische toepassingen die los van de standaard bedrijfssystemen werken niet meer nodig. Tijdens deze productbespreking bekijken we een voorbeeld van een dergelijke nieuwe, geavanceerde toepassing, - de module NX Turbomachinery Milling -, die Siemens PLM Software heeft geïntroduceerd in NX 7, de serie oplossingen voor de productie van onderdelen. De nieuwe oplossing is in nauwe samenwerking met een aantal belangrijke klanten ontwikkeld het gaat om een markt die op het gebied van algemene CAD/CAM door Siemens PLM Software wordt gedomineerd en waarbinnen bedrijven zoals Pratt and Whitney, GE Aircraft Engines, Rolls-Royce en de meeste belangrijke producenten en leveranciers van vliegtuigmotoren en turbines voor het opwekken van stroom belangrijke klanten voor Siemens zijn. Ook interne divisies zoals Siemens Power Generation zijn belangrijke gebruikers van de software. Dr. Charles Clarke Charles Clarke is een gerespecteerd consultant en auteur op het gebied van CAD/CAM/CAE, PLM en onderwerpen die daar verwant aan zijn. Zijn achtergrond in engineering en de CAD/CAM-industrie, plus zijn directe ervaring op het gebied van planning en implementatie van dergelijke systemen bij vooraanstaande bedrijven, dienen als een uitstekende basis voor evaluaties en productbesprekingen. Dr. Clarke levert regelmatig bijdragen aan een aantal industrietijdschriften, zowel in het Engeland als internationaal. 2 Copyright 2010 Dr. Charles Clarke

3 NX CAM TURBOMACHINERY MILLING Productbespreking Marktfactoren De nieuwste turbinesystemen bieden een hoge mate van efficiency bij allerlei toepassingen, zoals het opwekken van stroom en de aandrijving van vliegtuigen. Dit is één van de redenen voor de steeds toenemende vraag naar de meerbladige componenten die kritische elementen van turbinemotoren vormen. De laatste jaren gaat de ontwikkeling bij vliegtuigmotoren in de richting van turbineschijven (vaak blisks genoemd) die als één component worden gemaakt, in plaats van te worden samengesteld uit een set aparte bladen die vervolgens op een relatief complexe naaf worden gemonteerd. Dit enkelvoudige onderdeel is meestal lichter en draagt daarmee bij aan meer efficiency. De trend van het gebruik van dergelijke blisks is van militaire toepassingen overgewaaid naar commerciële toepassingen, waardoor de geproduceerde volumes hoger zijn geworden. Maar de machinale bewerking van meerbladige blisks of impellers stelt extra eisen aan de NC-programmering die nodig is voor het aansturen van het soort geavanceerde meerassige machinegereedschappen dat voor 5-assige CAM-software biedt meestal dit werk wordt gebruikt. Hoewel veel CAM-leveranciers deze niet de speciale bewerkingen die specifiek zijn ontworpen voor een veeleisende componenten kiezen om hun 5-assige gemakkelijke en effectieve programmering van de componenten voor turbomachines. bewerkingssoftware te demonstreren, vormt een productieve programmering de werkelijke test. Helaas is standaard 5-assige bewerkingssoftware in veel gevallen niet uitsluitend bedoeld voor het werken met meerdere assen; de software is ook voor andere doeleinden geschikt. 5-assige CAM-software biedt meestal niet de speciale bewerkingen die specifiek zijn ontworpen voor een gemakkelijke en effectieve programmering van de componenten voor turbomachines. Bestaande specialistische toepassingen Al enige tijd wordt het specialistische programmeren en machinaal bewerken van meer complexe componenttypen zoals bladen, blisks en impellers voor turbines uitgevoerd met behulp van specialistische machinegereedschappen en NC-programmeersoftware die ofwel bij het machinegereedschap wordt meegeleverd, of apart moet worden aangeschaft bij een zeer gespecialiseerde softwareleverancier. Maar voor veel bedrijven is dit op zijn minst vanuit het perspectief van de software geen ideaal scenario; ze gebruiken liever een toepassing die consistent is met de rest van hun Copyright 2010 Dr. Charles Clarke 3

4 NX CAM TURBOMACHINERY MILLING operationele processen. Ze hebben nu niet alleen te maken met meerdere leveranciers en gegevensoverdracht of gegevensvertaling, maar ook met het probleem van gegevensbeheer en revisiebeheer. Grote bedrijven vinden het zorgwekkend dat dergelijke aparte, zelfstandige toepassingen meestal buiten het PDM-systeem (Product Data Management) om worden gebruikt, waardoor de kosten voor een effectief gegevensbeheer oplopen. Bovendien zijn deze zeer unieke en specialistische pakketten vaak zeer duur in aanschaf en onderhoud. Een nieuwe generatie software die flexibiliteit biedt Met de nieuwste versie van NX introduceert Siemens PLM Software een gespecialiseerde toepassing die de bekende NX CAM-software uitbreidt en die volledig is gericht op de machinale bewerking van componenten van turbomachines. Wanneer Siemens PLM Software het over turbomachines heeft, gaat het niet alleen om blisks en impellers; de toepassing kan ook worden gebruikt voor propellers of andere meerbladige roterende onderdelen. De algemene marketingterm die voor al deze onderdelen wordt gebruikt, is turbomachines. Voorbeeld van een bliskmodel dat met de NX CAM-toepassing Turbomachinery Milling kan worden geprogrammeerd. Een belangrijk doel van de nieuwe NX-turbomachinery software is de complexe programmering voor gebruikers zo gemakkelijk mogelijk te maken. Het systeem biedt speciaal ontworpen opties waarmee gebruikers direct in de context van turbomachines terechtkomen. De gedachte is dat zij eenvoudig de geometrie selecteren en vervolgens opgeven om welk type bladen het gaat en welke bewerking nodig is. Daarna drukken ze op de startknop en genereert het systeem voor de gehele component gereedschapspaden die geheel vrij van groeven en botsingen zijn en die verder geen bewerking of wijziging meer vereisen. Met algemene software zou alleen het genereren van een gereedschapspad voor twee bladen met een splitter al uren kosten. Met NX Turbomachinery Milling kost dit slechts 2 minuten. 4 Copyright 2010 Dr. Charles Clarke

5 NX CAM TURBOMACHINERY MILLING Productbespreking Omdat elke fabrikant geneigd is de zaken op zijn eigen manier aan te pakken, ligt aan NX Turbomachinery Milling de gedachte ten grondslag om de module voor de machinale bewerking van bladen zo flexibel mogelijk te houden. Er zijn enkele CAM-softwaretoepassingen waarbij u alleen het gebied tussen de bladen kunt bewerken wanneer de bladen recht zijn. Als de bladen vanaf de ommanteling tot de naaf een curve vertonen, is machinale bewerking niet mogelijk. NX CAM kent dergelijke beperkingen niet. Bepaalde impellers hebben tussen de hoofdbladen kleinere bladen die splitters heten. Bij sommige systemen is het niet mogelijk om splitters op te geven en zelfs de meest krachtige systemen beperken zich in het algemeen tot één leidschoep. Maar in NX kunt u maximaal zes splitters opgeven. Gespecialiseerde bewerkingen voor blisks en impellers Bij de nieuwe NX-toepassing is het hele systeem zo ontworpen dat de programmeur gemakkelijk en intuïtief kan werken met menuopties voor bijvoorbeeld bladen, splitters en naven. Het systeem verwacht bepaalde typen geometrie te verwerken, dus u hoeft alleen op te geven waar deze typen geometrie zich bevinden en het systeem doet de rest. Als tussen de hoofdbladen splitters aanwezig zijn, moet u aan het systeem opgeven waar deze zich bevinden. Vervolgens geeft u op dat u een voorslijpbewerking wilt uitvoeren en geeft u het gereedschap op dat u daarvoor wilt gebruiken. U moet bepalen of de toevoersnelheid en de verspringing geschikt zijn en welk materiaal u op het onderdeel wilt laten zitten. Dit specificatieproces neemt ongeveer twee minuten in beslag; vervolgens geeft u de software de opdracht te starten met het berekenen van het gereedschapspad. Na een verwerking van nogmaals ongeveer twee minuten beschikt u over uw gereedschapspad. Voorbeeld van een gereedschapspad voor voorslijpen. Gecontroleerd voorslijpen U kunt bij het voorslijpen bijvoorbeeld het volume beperken dat tijdens het gereedschapspad moet worden verwijderd; zo kunt u bijvoorbeeld in één bewerking de bovenste 50% van het blad machinaal bewerken. Impellerbladen zijn doorgaans lang, en wanneer u het einde van een blad nadert, is dit effectief een lange cantilever en kan er bij machinale bewerking aanzienlijke deflectie op het blad plaatsvinden. Als het blad tijdens deze bewerkingen zoveel mogelijk stijf wordt gehouden door de massa van het onafgewerkte deel, wordt de deflectie door de machinale bewerking tot een minimum beperkt. Copyright 2010 Dr. Charles Clarke 5

6 NX CAM TURBOMACHINERY MILLING Gebruikers zullen meestal de bovenste 50% voorslijpen en vervolgens de bovenste 40% afwerken. Vervolgens zullen zij verdergaan met het voorslijpen van de onderste 50% en zullen zij de resterende 60% afwerken. Wanneer het om harde titaniumlegeringen gaat, is het gebruikelijk om deze in twee dieptes machinaal te bewerken, zodat er twee voorslijpdieptes en twee afwerkingsdieptes zijn. Flexibele patroonselectie Hoewel automatisering van belang is voor een snellere en eenvoudigere NC-programmering, moet u toch over voldoende flexibele mogelijkheden beschikken om op uw eigen manier te kunnen werken. In NX hebt u toegang tot veel opties die u desgewenst kunt gebruiken. Zo vindt NX bijvoorbeeld de voor- en achterrand van het blad automatisch, maar u kunt deze posities aanpassen om het door u gewenste gereedschapspad te verkrijgen. U kunt opgeven vanuit welke hoek het patroon voor machinale bewerking moet starten, welk type patroon moet worden gebruikt, bijvoorbeeld hellend of zigzag, of de verspringing van het linker- naar het rechterblad moet plaatsvinden, dat er 20 bewerkingsgangen nodig zijn, dat u een schulprandhoogte van 0,2 mm wilt of een snijdiepte van 6 mm, of dat 20 procent van het gereedschap moet worden gebruikt etc. Restfrezen Eén terrein waarop de Siemens-toepassing specifieke voordelen lijkt te bieden ten opzichte van enkele andere systemen, is restfrezen. De NX-software beheert een actief ofwel 'onderhanden" model van het artikel, zodat het systeem weet wat er machinaal is bewerkt en welk materiaal is overgebleven. Als er bijvoorbeeld door een groot snijgereedschap materiaal wordt achtergelaten tussen de basis van een splitterblad en een hoofdblad, kunt u NX CAM dit onversneden materiaal automatisch laten aanpakken door op een knop te klikken. Zo wordt de programmering gemakkelijker en de machinale bewerking efficiënter. Dit onderhanden artikelmodel is ook actief bij draaien en frezen, wat bij turbomachines goed van pas komt, omdat voor de draaiende onderdelen draaien freesbewerkingen nodig zijn. 6 Copyright 2010 Dr. Charles Clarke

7 NX CAM TURBOMACHINERY MILLING Productbespreking Voorbeeld van een gereedschapspad voor restfrezen. Besturing van de gereedschapsas U kunt ook de gereedschapsas beperken en opgeven hoeveel het gereedschap mag voorijlen of na-ijlen. Dit is met name van belang wanneer u kogel- of eindfrezen gebruikt, waarbij de onderste tip geen snijrand heeft, zodat u een voorrand kunt creëren door het gereedschap te kantelen. U kunt het voorijlen of na-ijlen voor de voor- en achterrand afzonderlijk opgeven, zodat op basis daarvan de gereedschapsas wordt geïnterpoleerd. U kunt deze parameters bij de ommanteling en de naaf opgeven, zodat de software de stappen interpoleert waarmee het gereedschap zich van het ene naar het andere element beweegt. De meeste deflectie van de gereedschapsas vindt plaats wanneer het gereedschap zich bij de voor- en achterrand beweegt, omdat in dit gebied de meeste verandering in de kromming optreedt. Om dit verschijnsel tot een minimum te beperken, kunt u de gereedschapsas vastzetten op een waarde die dicht bij de voor- of achterrand van het blad ligt. Zo kunt u bijvoorbeeld opgeven dat binnen 20 mm van de voor- of achterrand gedurende de rest van de bewerkingsgang dezelfde gereedschapsas moet worden gehandhaafd. Wat u niet wilt, is dat er plotselinge veranderingen in de gereedschapsas optreden, want dat kan tot beschadiging van het oppervlak of het gereedschap leiden. Soms kan een kleine verandering in de gereedschapsas een aanzienlijke verandering bij de snijrand van het gereedschap betekenen. NX helpt u hierbij door de mate van verandering van de gereedschapsas te beheren. Siemens zegt dat een speciale functie voor de machinale bewerking van bladranden één van de items is die gepland staan; deze taak zal met de nieuwe functie net zo snel en gemakkelijk kunnen worden uitgevoerd als de andere taken, waarvoor in de nieuwe software al een speciale functie voor bladen en blisks aanwezig is. Copyright 2010 Dr. Charles Clarke 7

8 NX CAM TURBOMACHINERY MILLING Werken met 3D geometrie van slechte kwaliteit Bij andere CAM-systemen wordt specifiek aangegeven welke soorten 3D geometrie bij dergelijke complexe onderdelen als basis voor NC-programmering kunnen worden gebruikt. Het vinden en oplossen van problemen met de mathematische gegevens in het CAD-model kan lastig en tijdrovend zijn. U kunt met de nieuwe NX-software veel tijd besparen doordat u dergelijke geometrische problemen in het model niet eerst hoeft op te lossen voordat u kunt programmeren. NX CAM maakt op basis van de geïmporteerde geometrie direct probleemloze gereedschapspaden, zonder dat daar het gebruikelijke oplossen van problemen en opnieuw modelleren voor nodig is dit bespaart u uren werk bij de modelvoorbereiding die voorafgaat aan de NC-programmering. De waarde van een volledige CAD-CAM-oplossing Voorbeeld van door G-code gestuurde simulatie in NX CAM waarbij een model van een machinegereedschap wordt gebruikt. De NX-oplossing biedt het belangrijke voordeel dat de CAM-software deel uitmaakt van een volledige suite toepassingen die kan worden gebruikt bij werkvoorbereiding waarbij alles uiteindelijk is gekoppeld aan een gemeenschappelijk onderdeelmodel. Met NX heeft de NC-programmeur toegang tot een volledige NX CAD-werkset waarmee indien nodig een 3D model uit een tekening kan worden gecreëerd. De consistente modelaanpak betekent dat wanneer de geometrie wordt bijgewerkt, de afhankelijke gegevens zoals het NX CAM-gereedschapspad of de NX CMM-inspection programma's ook worden bijgewerkt. U kunt ook exact dezelfde CAD-functies gebruiken om al het andere te modelleren dat u nodig hebt voor het voltooien van het gehele proces: van gereedschappen en ophangingen tot een compleet 3D model van het machinegereedschap met de volledige kinematica die nodig is voor simulatie van de machinale bewerking. 8 Copyright 2010 Dr. Charles Clarke

9 NX CAM TURBOMACHINERY MILLING Productbespreking Conclusie Op grond van het aantal demonstratievoorbeelden van CAM-systemen die simulaties tonen van de toepassing van hun 5-assige software bij onderdelen van het type impeller, zou men denken dat dergelijke complexe onderdelen met elk CAM-pakket kunnen worden geprogrammeerd. Hoewel de beschikbaarheid van meerassige CAM-software de afgelopen vijf jaar enorm is toegenomen, verschillen de beschikbare pakketten nog steeds sterk in wat ermee bereikt kan worden wanneer de demonstratie eenmaal is afgelopen. Het verschil wordt groter naarmate gevestigde systemen zoals NX CAM (voorheen Unigraphics CAM) zich gaan richten op werkelijk specialistische toepassingen zoals turbomachine frezen. Met deze nieuwe versie tilt Siemens de mogelijkheden naar een hoger niveau. Zoals altijd zouden er meer functies aan kunnen worden toegevoegd, en Siemens laat weten dat er in de nabije toekomst gespecialiseerdere functies beschikbaar zullen komen. Zo zal naar verwachting een kant-en-klare specialistische functie worden toegevoegd die is ontworpen voor machinale afronding van bladen, zodat u niet meer de standaardopties voor machinale afronding hoeft te gebruiken die momenteel met NX CAM worden geleverd. Gegeven het feit dat NX CAM al een zeer breed systeem met verregaande beproefde mogelijkheden was, zal deze toepassing zeker gewaardeerd worden door klanten die bij het programmeren van meerbladige componenten sterke prestaties nodig hebben en die ook graag willen dat alle extra ondersteunende functies die een belangrijke CAD/CAM-leverancier zoals Siemens aanbiedt zijn inbegrepen. Copyright 2010 Dr. Charles Clarke 9