循环程序在航空零件高效批量生产中的应用

2013-08-08 by:机械设计培训组来源:仿真在线

循环程序在航空零件高效批量生产中的应用

数控加工技术已经成为航空企业制造技术的关键技术之一,航空零部件有其独有的特点,如薄壁、易变形、曲面复杂和材料难以加工等。其中,攻关试验加工周期长,如何使零件加工快速转移到批量生产阶段,如何高质量、高效率、低成本地完成航空零件的数控加工,是各个航空零件制造公司共同面临的重大挑战。

一、航空零件数控加工现状及问题

航空零部件种类繁多、加工周期长,虽然工艺方法和数控加工程序都已得到了正确性验证,但都是零件初期试验阶段的一种模式,不能满足零件的批量生产的需求。为了尽快提升批量生产的加工制造水平,通过借鉴国外先进加工理念和加工方法,我公司形成了一种循环数控程序加工新模式,把试验阶段稳定完善的技术固化下来,使零件加工质量和效率得以保障。

1.数控加工现状

(1)采用手工数控编程加工。对于一些尺寸形状简单的零件,我们可以采用手工编程方式。在坐标系下绘制出零件轮廓图,获得刀位数据(如起点、终点、圆弧的圆心、交点或切点等坐标值),编程人员利用标准的指令代码和刀位数据点,来完成一段加工程序的编制。手工编程通常都是轮廓数控程序。

(2)采用软件自动编程加工。对于几何形状较复杂或

数值计算困难的零件来说,就要使用自动编程软件进行数控编程,如NX、MasterCAM和CAXA等。在这些软件环境下,根据零件工艺尺寸进行三维几何造型,然后定义、选择机床和刀具,确定刀具相对于零件表面的运动方式和切削加工参数,最后生成刀具轨迹。自动化编程软件使数控程序的编制和修改变得非常方便,大大提高了编程效率。

图2NXCAM软件自动编程

2.传统数控加工模式所存在的问题

(1)编程效率低、计算量大。传统的手工编程方法,主要利用手工画图和刀位点坐标数据采集,因此数据计算量大,编程效率低,容易出错。

(2)停机检测尺寸时间长,延长零件生产周期。手工编程大部分为轮廓程序,数控程序每加工一次后,操作者必须进行停机测量加工尺寸和修改刀补值。如图3所示,数控程序加工3次,机床就要停3次,停机检测时间约占数控加工周期的30%~50%左右,严重影响零件的生产周期。

(3)人工干预过多,增加错误隐患。在传统的数控加工方法中,因操作者人工修改刀补值出错,而造成的加工事故,已经在公司内发生多次。目前已采取了有效措施——在数控机床屏幕上方贴上醒目字帖,提示操作者进行刀补值校对,取得了一定的效果。

(4)加工条件未固化,增加各种重复工作。零件在实际加工过程中,经常因刀具尺寸、设备型号的更改,而迫使数控程序进行不断修改、加工参数进行重新试验,给零件加工周期造成一定的延误,也会增加零件加工错误发生机率。

图3轮廓数控程序加工

二、循环数控程序及其优点

为了摸索出一种适合批量生产的数控加工模式,通过研究、学习国外发动机制造的先进工艺,我公司提出了一种新模式数控编程方案——循环数控程序。循环数控程序可以利用NX等自动编程软件编制,只需要设定走刀次数、切削量和余量,NX软件会自动计算刀具轨迹,从而减少了人工计算工作量。循环数控程序的最大优点就是减少了操作者停机检测时间和取消了修改刀补值,大大提高了零件的加工效率。

1.循环数控程序的编制

根据零件工艺图样,在NX中绘制三维工序模型;然后在CAM环境中进行毛坯、工件、刀具和加工方法等设置;根据零件材料和刀具性能,确定循环加工次数,设置切削量和加工余量;最后创建操作,并生成NC数控程序。

2.循环数控程序的优点

(1)实现加工自动化,减少人工干预。操作者只需按工艺规程要求,安装找正好零件加工状态,取消了操作者停机检测和修改刀补时间。数控程序加工完第①层后,自动进入②③层进行加工,提高了零件加工的自动化程度,减少了操作者的干预程度。

(2)减少空走刀行程,缩短加工周期。采用轮廓数控程序加工零件时,程序每走完一次后,刀具都要从起始点走到加工点,增加了空行程时间。如图3所示,如果程序分3次进行加工零件,则L1和L3也进行3次空走刀运动。而循环数控程序,从刀具起始点到加工点,只需走一次L1和L3空行程,中间过程没有回零位置,减少了空行程时间。

(3)提高机床工作效率,降低人为停机因素。因为传统轮廓加工和修改刀补值的数控加工模式,数控加工设备经常因操作者临时离开而造成停机,这种情况在数控车加工中体现更为明显。加工完第①层后机床停止,因操作者临时离开而无法继续加工其他层,直到操作者回到岗位上方可继续加工。但在循环数控程序模式下,加工的中间过程不依赖操作者检测与修改刀补,每加工一层后,程序自动加工下一层,即使操作者有事离开,也不会影响数控加工的继续,从而降低了停机时间,大大提高了数控加工设备的工作效率。

(4)提高了零件加工质量的可靠性。循环数控程序的自动化加工,避免了因人为计算和手工输入数据过程中可能出现的错误,保证了零件加工质量的可靠性。

(5)摆脱操作者的经验水平限制。零件在数控加工过程中的设备、刀具型号、切削速度、转轴转速和切削深度等数据,都已完全固化在循环数控程序中,完全摆脱了以往依靠操作者技术经验水平的限制,把原来需要凭经验、靠手感的操作变成了科学的、自动化的方法。

三、循环数控程序的应用

在盘零件加工中,循环数控程序得到了验证应用,并取得了很好的效果。

1.零件介绍

该盘零件为典型的薄壁结构(如图6),辐板最薄处为5.1±0.1mm,零件刚性差,零件材料的加工性能较差,在加工过程中容易变形。保证两基准面的平面度、平行度、垂直度和跳动等技术要求,是加工该零件的难点。

2.零件加工

根据试验零件结构,按照循环数控程序模式,制定刀轨迹路线(图7),并根据零件材料特点,确定切削参数,利用NXCAM软件编制循环数控程序如图8所示。

3.应用效果

在试验加工过程中,技术人员对加工工序内容进行了优化与合并,并提高了数控车设备的利用率,使循环加工模式得到充分应用,并达到了控制零件变形的效果。零件的主要加工部位,由原来的10道工序变为优化后的4道工序加工完成。采用循环数控程序加工,在该盘零件的加工效率和加工质量方面,也取得了很好的效果。

(1)零件加工工序集中,提高了数控设备的利用率。在以往的零件粗车和半精车加工中,传统轮廓程序加工方法是利用普通车设备、5道工序进行加工,而采用循环数控程序加工方法后,利用数控设备、2道工序即可完成加工,使零件加工工序更加集中,提高了数控设备的利用率。

(2)提高了零件加工效率。传统模式中,经常因为设备、刀具等因素,而不断修改数控程序和加工参数,操作人员也会经常更换,这些因素对零件加工质量的影响最大。采用循环数控程序后,把各种数据处理工作都固化在程序当中,做到能用数控程序控制,尽量不用人为操作,从而保证了零件加工质量,提高了加工效率。经过试验加工,原来利用10道工序加工的内容,采用循环数控程序加工后,只需要4道工序即可完成,使零件的加工效率提高了45%。

(3)提高了零件加工质量。两基准面的平面度、平行度、垂直度和跳动等技术要求,是该零件的加工难点。在传统模式加工中,车削加工后,采用研磨、反复车修基准的方法,才能保证技术要求,而利用循环数控程序走刀模式加工后,使零件变形得到了很好的控制,无需研磨、车修等附加工序,即可满足零件技术条件要求,提高了零件加工质量。

开放分享：优质有限元技术文章,助你自学成才