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车铣复合机床加工的关键技术(上)

2017/10/25 13:58:14      点击:
       加工效率与精度是金属加工领域追求的永恒目标。随着数控技术、计算机技术、机床技术以及加工工艺技术的不断发展,传统的加工理念已不能满足人们对加工速度、效率和精度的要求。在这样的背景下,车铣复合机床应运而生。一般来说,所谓的车铣复合加工是指在一台加工设备上能够完成不同工序或者不同工艺方法的加工技术的总称。目前的复合加工技术主要表现为两种不同的类型,一种是以能量或运动方式为基础的不同加工方法的复合;另一种是以工序集中原则为基础的、以机械加工工艺为主的复合,车铣复合加工是近年来该领域发展最为迅速的加工方式之一。 
       目前的航空产品零件突出表现为多品种小批量、工艺过程复杂,并且广泛采用整体薄壁结构和难加工材料,因此制造过程中普遍存在制造周期长、材料切除量大、加工效率低以及加工变形严重等瓶颈。为了提高航空复杂产品的加工效率和加工精度,工艺人员一直在寻求更为高效精密的加工工艺方法。车铣复合加工设备的出现为提高航空零件的加工精度和效率提供了一种有效解决方案。 

与常规数控加工工艺相比,车铣复合机床加工具有的突出优势主要表现在以下几个方面:
(1)缩短产品制造工艺链,提高生产效率。 
       车铣复合加工可以实现一次装卡完成全部或者大部分加工工序,从而大大缩短产品制造工艺链。这样一方面减少了由于装卡改变导致的生产辅助时间,同时也减少了工装卡具制造周期和等待时间,能够显著提高生产效率。 
(2)减少装夹次数,提高加工精度。 
       装卡次数的减少避免了由于定位基准转化而导致的误差积累。同时,目前的车铣复合加工设备大都具有在线检测的功能,可以实现制造过程关键数据的在位检测和精度控制,从而提高产品的加工精度。 
(3)减少占地面积,降低生产成本。 
       虽然车铣复合加工设备的单台价格比较高,但由于制造工艺链的缩短和产品所需设备的减少,以及工装夹具数量、车间占地面积和设备维护费用的减少,能够有效降低总体固定资产的投资、生产运作和管理的成本。 

复合加工的关键技术 
       尽管复合加工具有常规单一加工无法比拟的优势,但实际上目前在航空制造领域里车铣复合加工的利用率并未得到充分发挥。其关键原因在于车铣复合加工在航空制造领域的应用时间还比较短,适用于航空零件结构工艺特性的车铣复合加工工艺、数控编程技术、后置处理以及仿真技术尚处于摸索阶段。为了充分发挥车铣复合加工设备的效能,提高产品的加工效率和精度,必须全面攻克和解决上述关键基础,并实现集成化应用。 

1 车铣复合机床加工的工艺技术 

       与常规加工设备不同的是,一台车铣复合加工中心实际上相当于一条生产线。如何根据零件工艺特性和车铣复合加工的工艺特点制定合理的工艺路线、装卡方法和选用合理的刀具是实现高效精密加工的关键。 工序集中是复合加工最为鲜明的工艺特点。因此,科学合理的工艺路线是提高车铣复合加工效率和精度的关键因素。


2 车铣复合机床加工的仿真技术 
       车铣复合加工由于运动部件多、功能复杂,程序编制完成后的加工仿真就显得尤为重要。由于我国航空制造厂车铣复合加工投入实际生产的时间较短,目前还没有成熟的仿真应用技术,因此大部分厂家是通过试切加工来验证和优化程序,这就导致工艺准备周期长、研制风险和加工成本高。 
       为了提高车铣复合加工的应用水平和编程效率,必须大力推动仿真技术的应用。目前用于车铣复合加工仿真的软件主要有TopSolid、Gibbs 等,但这些软件普遍价格昂贵,我国航空制造领域引进较少。实际上,实现车铣复合加工的仿真也可借助目前的通用数控加工仿真软件(如Vericut、NCSimul 等),根据车铣复合加工设备的结构、运动特点、特殊功能及数控系统,通过定制及宏功能开发实现加工过程的运动仿真。 
       利用通用的数控加工仿真软件实现车铣复合加工的仿真需要首先在仿真系统里构建相对真实的机床环境,重点在于机床各运动部件之间的相对运动关系和几何位置关系的建立。在此基础上,建立加工过程中所采用的刀具库及相应的刀具编号。然后配置机床设备的数控系统和数控程序的加工基准,并将后置完成的NC 代码载入仿真系统中,即可执行加工过程的仿真工作。与常规数控加工不同的是,有些功能(如多通道加工、尾座控制等)还需要通过宏功能的开发和定制来完成。 

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