循環(huán)程序在航空零件高效批量生產(chǎn)中的應(yīng)用

2013-08-08 by:機(jī)械設(shè)計(jì)培訓(xùn)組來源:仿真在線

數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)成為航空企業(yè)制造技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一,航空零部件有其獨(dú)有的特點(diǎn),如薄壁、易變形、曲面復(fù)雜和材料難以加工等。其中,攻關(guān)試驗(yàn)加工周期長,如何使零件加工快速轉(zhuǎn)移到批量生產(chǎn)階段,如何高質(zhì)量、高效率、低成本地完成航空零件的數(shù)控加工,是各個(gè)航空零件制造公司共同面臨的重大挑戰(zhàn)。

一、航空零件數(shù)控加工現(xiàn)狀及問題

航空零部件種類繁多、加工周期長,雖然工藝方法和數(shù)控加工程序都已得到了正確性驗(yàn)證,但都是零件初期試驗(yàn)階段的一種模式,不能滿足零件的批量生產(chǎn)的需求。為了盡快提升批量生產(chǎn)的加工制造水平,通過借鑒國外先進(jìn)加工理念和加工方法,我公司形成了一種循環(huán)數(shù)控程序加工新模式,把試驗(yàn)階段穩(wěn)定完善的技術(shù)固化下來,使零件加工質(zhì)量和效率得以保障。

1.數(shù)控加工現(xiàn)狀

(1)采用手工數(shù)控編程加工。對于一些尺寸形狀簡單的零件,我們可以采用手工編程方式。在坐標(biāo)系下繪制出零件輪廓圖,獲得刀位數(shù)據(jù)(如起點(diǎn)、終點(diǎn)、圓弧的圓心、交點(diǎn)或切點(diǎn)等坐標(biāo)值),編程人員利用標(biāo)準(zhǔn)的指令代碼和刀位數(shù)據(jù)點(diǎn),來完成一段加工程序的編制。手工編程通常都是輪廓數(shù)控程序。

(2)采用軟件自動編程加工。對于幾何形狀較復(fù)雜或

數(shù)值計(jì)算困難的零件來說,就要使用自動編程軟件進(jìn)行數(shù)控編程,如NX、MasterCAM和CAXA等。在這些軟件環(huán)境下,根據(jù)零件工藝尺寸進(jìn)行三維幾何造型,然后定義、選擇機(jī)床和刀具,確定刀具相對于零件表面的運(yùn)動方式和切削加工參數(shù),最后生成刀具軌跡。自動化編程軟件使數(shù)控程序的編制和修改變得非常方便,大大提高了編程效率。

圖2NXCAM軟件自動編程

2.傳統(tǒng)數(shù)控加工模式所存在的問題

(1)編程效率低、計(jì)算量大。傳統(tǒng)的手工編程方法,主要利用手工畫圖和刀位點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集,因此數(shù)據(jù)計(jì)算量大,編程效率低,容易出錯(cuò)。

(2)停機(jī)檢測尺寸時(shí)間長,延長零件生產(chǎn)周期。手工編程大部分為輪廓程序,數(shù)控程序每加工一次后,操作者必須進(jìn)行停機(jī)測量加工尺寸和修改刀補(bǔ)值。如圖3所示,數(shù)控程序加工3次,機(jī)床就要停3次,停機(jī)檢測時(shí)間約占數(shù)控加工周期的30%~50%左右,嚴(yán)重影響零件的生產(chǎn)周期。

(3)人工干預(yù)過多,增加錯(cuò)誤隱患。在傳統(tǒng)的數(shù)控加工方法中,因操作者人工修改刀補(bǔ)值出錯(cuò),而造成的加工事故,已經(jīng)在公司內(nèi)發(fā)生多次。目前已采取了有效措施——在數(shù)控機(jī)床屏幕上方貼上醒目字帖,提示操作者進(jìn)行刀補(bǔ)值校對,取得了一定的效果。

(4)加工條件未固化,增加各種重復(fù)工作。零件在實(shí)際加工過程中,經(jīng)常因刀具尺寸、設(shè)備型號的更改,而迫使數(shù)控程序進(jìn)行不斷修改、加工參數(shù)進(jìn)行重新試驗(yàn),給零件加工周期造成一定的延誤,也會增加零件加工錯(cuò)誤發(fā)生機(jī)率。

圖3輪廓數(shù)控程序加工

二、循環(huán)數(shù)控程序及其優(yōu)點(diǎn)

為了摸索出一種適合批量生產(chǎn)的數(shù)控加工模式,通過研究、學(xué)習(xí)國外發(fā)動機(jī)制造的先進(jìn)工藝,我公司提出了一種新模式數(shù)控編程方案——循環(huán)數(shù)控程序。循環(huán)數(shù)控程序可以利用NX等自動編程軟件編制,只需要設(shè)定走刀次數(shù)、切削量和余量,NX軟件會自動計(jì)算刀具軌跡,從而減少了人工計(jì)算工作量。循環(huán)數(shù)控程序的最大優(yōu)點(diǎn)就是減少了操作者停機(jī)檢測時(shí)間和取消了修改刀補(bǔ)值,大大提高了零件的加工效率。

1.循環(huán)數(shù)控程序的編制

根據(jù)零件工藝圖樣,在NX中繪制三維工序模型;然后在CAM環(huán)境中進(jìn)行毛坯、工件、刀具和加工方法等設(shè)置;根據(jù)零件材料和刀具性能,確定循環(huán)加工次數(shù),設(shè)置切削量和加工余量;最后創(chuàng)建操作,并生成NC數(shù)控程序。

2.循環(huán)數(shù)控程序的優(yōu)點(diǎn)

(1)實(shí)現(xiàn)加工自動化,減少人工干預(yù)。操作者只需按工藝規(guī)程要求,安裝找正好零件加工狀態(tài),取消了操作者停機(jī)檢測和修改刀補(bǔ)時(shí)間。數(shù)控程序加工完第①層后,自動進(jìn)入②③層進(jìn)行加工,提高了零件加工的自動化程度,減少了操作者的干預(yù)程度。

(2)減少空走刀行程,縮短加工周期。采用輪廓數(shù)控程序加工零件時(shí),程序每走完一次后,刀具都要從起始點(diǎn)走到加工點(diǎn),增加了空行程時(shí)間。如圖3所示,如果程序分3次進(jìn)行加工零件,則L1和L3也進(jìn)行3次空走刀運(yùn)動。而循環(huán)數(shù)控程序,從刀具起始點(diǎn)到加工點(diǎn),只需走一次L1和L3空行程,中間過程沒有回零位置,減少了空行程時(shí)間。

(3)提高機(jī)床工作效率,降低人為停機(jī)因素。因?yàn)閭鹘y(tǒng)輪廓加工和修改刀補(bǔ)值的數(shù)控加工模式,數(shù)控加工設(shè)備經(jīng)常因操作者臨時(shí)離開而造成停機(jī),這種情況在數(shù)控車加工中體現(xiàn)更為明顯。加工完第①層后機(jī)床停止,因操作者臨時(shí)離開而無法繼續(xù)加工其他層,直到操作者回到崗位上方可繼續(xù)加工。但在循環(huán)數(shù)控程序模式下,加工的中間過程不依賴操作者檢測與修改刀補(bǔ),每加工一層后,程序自動加工下一層,即使操作者有事離開,也不會影響數(shù)控加工的繼續(xù),從而降低了停機(jī)時(shí)間,大大提高了數(shù)控加工設(shè)備的工作效率。

(4)提高了零件加工質(zhì)量的可靠性。循環(huán)數(shù)控程序的自動化加工,避免了因人為計(jì)算和手工輸入數(shù)據(jù)過程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤,保證了零件加工質(zhì)量的可靠性。

(5)擺脫操作者的經(jīng)驗(yàn)水平限制。零件在數(shù)控加工過程中的設(shè)備、刀具型號、切削速度、轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速和切削深度等數(shù)據(jù),都已完全固化在循環(huán)數(shù)控程序中,完全擺脫了以往依靠操作者技術(shù)經(jīng)驗(yàn)水平的限制,把原來需要憑經(jīng)驗(yàn)、靠手感的操作變成了科學(xué)的、自動化的方法。

三、循環(huán)數(shù)控程序的應(yīng)用

在盤零件加工中,循環(huán)數(shù)控程序得到了驗(yàn)證應(yīng)用,并取得了很好的效果。

1.零件介紹

該盤零件為典型的薄壁結(jié)構(gòu)(如圖6),輻板最薄處為5.1±0.1mm,零件剛性差,零件材料的加工性能較差,在加工過程中容易變形。保證兩基準(zhǔn)面的平面度、平行度、垂直度和跳動等技術(shù)要求,是加工該零件的難點(diǎn)。

2.零件加工

根據(jù)試驗(yàn)零件結(jié)構(gòu),按照循環(huán)數(shù)控程序模式,制定刀軌跡路線(圖7),并根據(jù)零件材料特點(diǎn),確定切削參數(shù),利用NXCAM軟件編制循環(huán)數(shù)控程序如圖8所示。

3.應(yīng)用效果

在試驗(yàn)加工過程中,技術(shù)人員對加工工序內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化與合并,并提高了數(shù)控車設(shè)備的利用率,使循環(huán)加工模式得到充分應(yīng)用,并達(dá)到了控制零件變形的效果。零件的主要加工部位,由原來的10道工序變?yōu)閮?yōu)化后的4道工序加工完成。采用循環(huán)數(shù)控程序加工,在該盤零件的加工效率和加工質(zhì)量方面,也取得了很好的效果。

(1)零件加工工序集中,提高了數(shù)控設(shè)備的利用率。在以往的零件粗車和半精車加工中,傳統(tǒng)輪廓程序加工方法是利用普通車設(shè)備、5道工序進(jìn)行加工,而采用循環(huán)數(shù)控程序加工方法后,利用數(shù)控設(shè)備、2道工序即可完成加工,使零件加工工序更加集中,提高了數(shù)控設(shè)備的利用率。

(2)提高了零件加工效率。傳統(tǒng)模式中,經(jīng)常因?yàn)樵O(shè)備、刀具等因素,而不斷修改數(shù)控程序和加工參數(shù),操作人員也會經(jīng)常更換,這些因素對零件加工質(zhì)量的影響最大。采用循環(huán)數(shù)控程序后,把各種數(shù)據(jù)處理工作都固化在程序當(dāng)中,做到能用數(shù)控程序控制,盡量不用人為操作,從而保證了零件加工質(zhì)量,提高了加工效率。經(jīng)過試驗(yàn)加工,原來利用10道工序加工的內(nèi)容,采用循環(huán)數(shù)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)提高了零件加工質(zhì)量。兩基準(zhǔn)面的平面度、平行度、垂直度和跳動等技術(shù)要求,是該零件的加工難點(diǎn)。在傳統(tǒng)模式加工中,車削加工后,采用研磨、反復(fù)車修基準(zhǔn)的方法,才能保證技術(shù)要求,而利用循環(huán)數(shù)控程序走刀模式加工后,使零件變形得到了很好的控制,無需研磨、車修等附加工序,即可滿足零件技術(shù)條件要求,提高了零件加工質(zhì)量。

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