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数控加工技术的新发展《资讯》

发布时间:2020-08-17 12:19:54 阅读: 来源:玻璃粉厂家

2017-02-26 20:13:53来源: 贤集网

大型航空结构件的数控加工,关键在于质量和效率。而制约数控加工质量和效率的主要因素,一方面在于机床硬件条件,而更为重要的还在于支撑高效数控加工的相关使能技术,如刀具技术、工装技术、工艺设计及仿真技术等。

刀具技术的发展

刀具技术是数控加工的关键技术之一,也是限制难加工材料加工效率的一个技术瓶颈。随着刀具技术的进步,刀具材料和刀具结构不断改进,刀具种类越来越多,如何合理选择刀具及切削参数是提高数控加工效率的核心所在。在铝合金材料加工方面,高速切削技术已经得到全面应用,在高速粗加工过程中大量应用可转位高速立铣刀,在大功率高速机床上可达到6000cm3/min的金属去除率,加工成本也可得到有效的控制;整体硬质合金刀具是当前铝合金高速加工的主要刀具,主要用于铝合金零件的精加工或窄槽的粗精加工,可获得好的表面质量并具有较长的刀具寿命。

而陶瓷、金刚石及立方氮化硼等超硬刀具有极高的耐磨性,几乎不受切削速度的限制,切削抗力小,没有积屑瘤,能够最大限度地发挥高速机床的加工效率,非常适合于铝合金的高速加工,将逐步成为铝合金高速加工的首选刀具。在钛合金材料加工方面,由于钛合金的切削加工性较差(其相对切削性在0.15~0.25之间),采用传统加工方式时切削速度一般不超过50m/min,粗加工金属切除率一般不超过40cm3/min,精加工金属切除率不超过10cm3/min。目前,国内一些航空制造企业已经开始探索并应用钛合金高效加工方法:粗加工采用可转位玉米铣刀实现大切深、小进给的强力切削,该刀具有效避免了大悬伸刀具在加工过程中的振颤现象,比普通圆柱立铣刀加工效率更高;精加工前先使用插铣刀具对圆角进行加工,使精加工余量均匀;精加工过程中采用PVD涂层硬质合金刀具进行小切宽、大切深的高速铣削(切削速度达到170m/min)方式,使精加工时间缩短60%以上。

工装技术的发展

目前,国内大型航空结构件的装夹方式较为单一:铝合金结构件主要采用预留工艺耳片,并使用螺钉压紧或真空吸附;钛合金等难加工材料主要采用压板压紧;蜂窝芯材料则主要采用双面胶带粘结固持。而数控发达国家已大量使用带气动、液压及控制系统的自动夹具。采用数控多点自动调节、真空吸附或机械夹头的柔性夹具,可实现对不同形状的大型结构件在机床上的柔性、快速定位和装夹,已成为数控工装设计制造的发展方向,是提高数控加工效率的另一关键技术。这项技术在加工薄壁结构件、大型复材结构件及蒙皮类零件时的优势尤为明显。当前,国内部分航空企业已开始引进带有柔性夹具的专用数控设备进行复合材料的加工。

工艺设计及仿真技术

工艺程编人员充分利用各种工艺资源进行零件工艺及数控程序编制的全过程即为数控工艺设计,它直接影响零件生产计划及现场加工的质量,是整个数控生产至关重要的环节。航空制造业所面临的通常都是多品种、小批量的生产任务,新机研制任务繁重,数控工艺设计已成为制约数控生产新的“瓶颈”。在此背景下,国内航空企业纷纷展开基于知识的高效程编技术研究,其中成飞公司与国内相关院校合作开发了基于三维特征的快速程编系统,该系统在CAD/CAPP/CAM集成环境下,以加工特征为基础,实现了对飞机结构件的快速编程。目前该系统已完成开发并获得验证成功。

国外的情况,西门子公司收购UG后,正致力于搭建虚拟环境(工艺设计环境)与现实环境(实际加工环境)的无缝平台,以实现CAMCNC集成:在车间数字化协同平台下,实现在工艺设计过程中机床系统信息(如系统内核、精度设置、高级指令、刀具寿命管理等)集成,在CNC端实现在线仿真和工件的在线检测,并将信息反馈回CAM系统。该项目的实施不仅促成工艺设计与实际加工信息的集成,同时也将大幅提升NC程序编制的效率和质量。

数控加工过程的仿真是虚拟制造技术的核心技术之一,主要分为几何仿真和物理仿真。目前国内航空制造业进行的数控加工仿真还只停留在几何仿真的层面上,其作用主要是检查数控程序刀具轨迹的正确性和几何干涉碰撞问题,而要实现更精确的仿真则必须对加工过程中的物理现象进行研究。国外在物理仿真技术研究方面起步较早,已开发出相应的的仿真软件,如Cutpro、MetalMAX、AdvantEdge等,最早在波音、普惠等航空制造企业中得到成功应用,现已应用到刀具、汽车、模具等多个制造领域。国内,北京航空航天大学刘强教授等人开发了一套铣削加工动力学仿真优化系统SimuCut,该系统可实现铣削过程的力学仿真及切削参数的优化选择,并已在军工行业得到成功应用。

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