航空機電零件數(shù)控加工快速編程技術(shù)研究與開發(fā)

引言

航空機電零件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,品種和數(shù)量眾多,其制造工藝也因其特殊的結(jié)構(gòu)和嚴(yán)格的要求而十分復(fù)雜。將數(shù)量繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件按規(guī)定的技術(shù)要求進(jìn)行加工制造,使之成為合格品的零件制造工藝過程,是數(shù)控加工工藝關(guān)注的重難點。

目前航空機電零件數(shù)控加工編程主要依賴于設(shè)計人員自身的編程知識和編程經(jīng)驗,很多優(yōu)秀的編程經(jīng)驗沒有得到有效管理,編程規(guī)范性差,編程質(zhì)量參差不齊:且由于多采用純手工編程模式,編程人員需重復(fù)設(shè)定數(shù)控加工方法、刀具、操作等步驟,重復(fù)工作量大,影響整體效率的提升。本文針對以上問題,運用基于模板的數(shù)控加工編程技術(shù),開發(fā)航空機電零件數(shù)控加工快速編程系統(tǒng),為航空機電零件的數(shù)控加工快速編程提供整體解決方案。

1航空機電零件數(shù)控加工模板庫構(gòu)建

同類型航空機電零件的加工工藝通常也較為相似,因此,將同類型零件的加工方法、參數(shù)提煉總結(jié)后形成統(tǒng)一的模板,再基于此變形出新的編程策略,可以有效提升編程質(zhì)量一致性。

航空機電零件數(shù)控加工模板構(gòu)建主要包括數(shù)控加工工藝分析、標(biāo)準(zhǔn)工藝模板提取和標(biāo)準(zhǔn)加工模板構(gòu)建三部分。

1.1數(shù)控加工工藝分析

航空機電零件數(shù)控加工工藝分析是進(jìn)行加工模板定制的基礎(chǔ),主要內(nèi)容包括:

(1)在對零件模型和加工要求進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,明確其中需要數(shù)控加工的特征:

(2)按裝夾方法、粗精排布、換刀策略確定加工方法和加工序列,在此基礎(chǔ)上形成加工工藝路線:

(3)設(shè)計定位夾緊方案,設(shè)置每道數(shù)控加工工序的切削用量、進(jìn)給速度等加工參數(shù),注意針對特征尺寸、材料等先決條件,將加工參數(shù)變量化、系列化:

(4)設(shè)置加工補償,微調(diào)加工程序,提升工藝的準(zhǔn)確度。

1.2標(biāo)準(zhǔn)工藝模板提取

在建立數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)工藝模板時,需要對典型零件的數(shù)控加工工藝過程進(jìn)行提取。一個數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)工藝模板就是對相同或者相似零件的加工方法進(jìn)行提取,因此需要首先對加工零件進(jìn)行總結(jié)分類。

以腰槽類零件加工為例,不同結(jié)構(gòu)、材料的腰槽零件的加工工藝路線是不同的。通過將不同類型的腰槽零件的工藝路線進(jìn)行規(guī)范總結(jié)歸類后,可以得出具體分類的加工方式。因此,可以從中提煉出合適的通用模板來初始化數(shù)控編程環(huán)境。

1.3標(biāo)準(zhǔn)加工模板構(gòu)建

運用NⅩxCA模塊,構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)加工模板的步驟如下:

(1)構(gòu)建刀具模板。運用NⅩ創(chuàng)建刀具命令,建立本類型零件數(shù)控加工過程中所需要的所有刀具對象,每個刀具對象需定義幾何參數(shù)(圓角直徑、切削刃長度等)、刀具切削參數(shù)(如刀具材料、使用其加工的零件材料、適用的轉(zhuǎn)速等)、刀具號。在標(biāo)準(zhǔn)加工模板中,刀具對象與零件對象綁定,以實現(xiàn)快速調(diào)用。

(2)建立工藝步驟。依據(jù)對零件加工工藝的分析結(jié)

工藝與技術(shù)◆GongyiyuJishu

果,在NX_CAM中定義加工工藝路線,并設(shè)置每道工序的加工余量。

(3)設(shè)置加工參數(shù)。分析每部分加工區(qū)域,并在NX_CAM環(huán)境中定義對應(yīng)的切削參數(shù)、走刀方式、進(jìn)給速度等加工參數(shù)。

2航空機電零件數(shù)控加工刀具庫構(gòu)建

在NX_CAM編程時需要刀具資源來支撐,需建立刀具庫來完成刀路的編制,建立刀具庫后,工藝編程人員能快速在刀具庫中選擇刀具,提高編程效率,最重要的是,能對刀具資源做統(tǒng)一的維護與管理。

2.1刀具數(shù)據(jù)管理

根據(jù)目前航空機電零件使用刀具的類型、型號、品牌、裝夾方式等進(jìn)行分類統(tǒng)計,刀具數(shù)據(jù)包括刀具名稱、刀具屬性、優(yōu)化數(shù)據(jù)、刀具模型、刀具相關(guān)文檔和資料等,如圖1所示。

2.2刀具庫的構(gòu)建

在TC分類管理器中建立CAM刀具庫,對刀具做統(tǒng)一的維護與管理,在進(jìn)行NX_CAM編程時,直接調(diào)用TC分類管理器中的刀具,而不是NX_CAM本地刀具。

3基于模板的航空機電零件數(shù)控加工快速編程

3.1加工模板查詢

在NX_CAM編程環(huán)境下,通過零件工藝、工序、工步等幾何信息和屬性信息內(nèi)容,實現(xiàn)數(shù)控加工模板的檢索與查詢。

3.2加工模板應(yīng)用

根據(jù)檢索,查詢得到數(shù)控編程加工模板,選擇調(diào)用后,系統(tǒng)自動加載模板定制的加工工序和加工參數(shù)數(shù)據(jù),編程人員根據(jù)具體零件的加工工藝要求再細(xì)化加工區(qū)域,針對模板設(shè)置的加工參數(shù)可進(jìn)行優(yōu)化選擇,最后生成刀具路徑并后置仿真。

以腰槽類零件為例,通用加工工藝路線配置加工模板,再結(jié)合向?qū)郊庸みM(jìn)行腰槽零件的數(shù)控編程,實現(xiàn)刀具路徑的快速生成。主要操作步驟如表1所示,相關(guān)界面如圖2所示。

4航空機電零件數(shù)控加工后處理程序定制開發(fā)

通過NX/POST二次開發(fā)定制后處理器,結(jié)合企業(yè)的實際需求開發(fā)定制機床后置處理,工序操作加工坐標(biāo)系特定位置代碼輸出,涉及機床包括80P、UCP800機床。通過NX/OPENAPI二次開發(fā)定制后處理器調(diào)用對話框,即可實現(xiàn)后置處理程序的調(diào)用,并基于此自動生成NC程序。

5與TC集成的航空機電零件數(shù)控加工編程仿真

航空機電零件在加工過程中多采用多軸聯(lián)動加工,極易出現(xiàn)碰撞,所以必須在正式加工之前進(jìn)行機床仿真驗證,在虛擬的機床環(huán)境下,對NC代碼進(jìn)行正確性驗證,將碰撞與潛在的碰撞問題發(fā)現(xiàn)在CAM編程階段:及時發(fā)現(xiàn)超程、限位情況,并對NC代碼的語法和格式進(jìn)行檢查,避免相關(guān)問題流入下游環(huán)節(jié):減少或省去試切的環(huán)節(jié),提高生產(chǎn)效率。

為保證數(shù)控加工編程和數(shù)控加工仿真中機床資源、刀具資源的統(tǒng)一,將數(shù)控加工仿真軟件Vericut與TC集成,實現(xiàn)資源共享和流程統(tǒng)一,該集成環(huán)境下的數(shù)控加工仿真過程主要包括:

(1)仿真設(shè)備、控制系統(tǒng)調(diào)用。根據(jù)實際加工設(shè)備選擇對應(yīng)的仿真設(shè)備,在仿真資源庫調(diào)用對應(yīng)仿真數(shù)據(jù)文件,啟動Vericut軟件加載仿真設(shè)備。

(2)仿真模型調(diào)用。根據(jù)工藝數(shù)據(jù)的數(shù)控工序模型數(shù)據(jù),通過開發(fā)實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的自動加載,輸入至Vericut軟件仿真結(jié)構(gòu)樹對應(yīng)的數(shù)據(jù)模型下,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動調(diào)用與配置。

(3)仿真刀具調(diào)用。根據(jù)工藝數(shù)據(jù)下的刀具資源信息,自動匹配仿真資源庫對應(yīng)的仿真刀具文件,加載到Vericut軟件仿真結(jié)構(gòu)樹對應(yīng)的刀具數(shù)據(jù)節(jié)點。

(4)仿真程序調(diào)用。調(diào)用工藝數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)下的NC數(shù)控程序,加載到Vericut軟件仿真結(jié)構(gòu)樹下的程序節(jié)點,實現(xiàn)仿真程序的自動配置。

(5)仿真配置設(shè)置。針對仿真的特殊選項配置(如加工坐標(biāo)系、工作偏置等),通過Vericut軟件環(huán)境下的手動配置實現(xiàn)。

(6)上傳仿真結(jié)果。在TC/Vericut集成環(huán)境下仿真完成后,Vericut系統(tǒng)輸出優(yōu)化NC代碼、仿真報告和視頻文件。系統(tǒng)通過開發(fā)接口按照文件類型上傳Vericut仿真結(jié)果至數(shù)控編程ITEM版本下,并更新VCProject文件。

6數(shù)控工藝文檔生成

數(shù)控工藝文檔就是能從Part文件中提取對加工車間有用的CAM文本和圖形信息,這些信息包括數(shù)控程序中用到的刀具、操作和加工方法清單。Nx系統(tǒng)默認(rèn)的車間工藝文檔通常不能直接滿足企業(yè)的需求。

為適應(yīng)數(shù)字化設(shè)計與制造任務(wù)形勢的要求,滿足企業(yè)的個性化管理需求,本文使用Nx/oPEN開發(fā)CAM車間工藝文檔,可自動讀取零件中的加工工序信息、刀具信息,并列表展示:根據(jù)后處理器自動生成數(shù)控加工程序單中的程序代碼,同時提供用戶選擇當(dāng)前Part中工件裝夾簡圖的功能:此外,提供了在初始說明書中用戶輸入信息的功能,以及對Part文件中存在的數(shù)控加工工序操作指導(dǎo)說明書進(jìn)行信息修改的功能。最終在Nx中按頁生成數(shù)控加工工序操作說明書的PDF文檔,生成的車間工藝文檔如圖3所示。

7結(jié)語

針對目前航空機電零件典型加工方法,包括3~5軸銑加工、車加工等數(shù)控策略,以及進(jìn)退刀方式、安全移動高度、步距、層切深度、拐角處理、加工公差、切削方式等加工設(shè)置參數(shù),歸納和整理形成符合企業(yè)數(shù)控編程經(jīng)驗的加工模板,利用加工模板進(jìn)行數(shù)控編程,能有效減少參數(shù)重復(fù)輸入,提高編程效率,有利于數(shù)控工藝知識的重用。