目前的航空產品零件突出表現為多品種小批量、工藝過程複雜,並且廣泛採用整體薄壁結構和難加工材料,因此製造過程中普遍存在製造週期長、材料切除量大、加工效率低以及加工變形嚴重等瓶頸。為了提高航空複雜產品的加工效率和加工精度,工藝人員一直在尋求更為高效精密的加工工藝方法。車銑複合加工設備的出現為提高航空零件的加工精度和效率提供了一種有效解決方案。

與常規數控加工工藝相比,複合加工具有的突出優勢主要表現在以下幾個方面。

(1)縮短產品製造工藝鏈,提高生產效率。

車銑複合加工可以實現一次裝卡完成全部或者大部分加工工序,從而大大縮短產品製造工藝鏈。這樣一方面減少了由於裝卡改變導致的生產輔助時間,同時也減少了工裝卡具製造週期和等待時間,能夠顯著提高生產效率。

(2)減少裝夾次數,提高加工精度。

裝卡次數的減少避免了由於定位基準轉化而導致的誤差積累。同時,目前的車銑複合加工設備大都具有線上檢測的功能,可以實現製造過程關鍵資料的在位檢測和精度控制,從而提高產品的加工精度。

(3)減少占地面積,降低生產成本。

雖然車銑複合加工設備的單台價格比較高,但由於製造工藝鏈的縮短和產品所需設備的減少,以及工裝夾具數量、車間占地面積和設備維護費用的減少,能夠有效降低總體固定資產的投資、生產運作和管理的成本。

複合加工的關鍵技術

儘管複合加工具有常規單一加工無法比擬的優勢,但實際上目前在航空製造領域裏車銑複合加工的利用率並未得到充分發揮。其關鍵原因在於車銑複合加工在航空製造領域的應用時間還比較短,適用於航空零件結構工藝特性的車銑複合加工工藝、數控編程技術、後置處理以及仿真技術尚處於摸索階段。為了充分發揮車銑複合加工設備的效能,提高產品的加工效率和精度,必須全面攻克和解決上述關鍵基礎,並實現集成化應用。

  1 車銑複合加工的工藝技術

與常規加工設備不同的是,一台車銑複合加工中心實際上相當於一條生產線。如何根據零件工藝特性和車銑複合加工的工藝特點制定合理的工藝路線、裝卡方法和選用合理的刀具是實現高效精密加工的關鍵。

工序集中是複合加工最為鮮明的工藝特點。因此,科學合理的工藝路線是提高車銑複合加工效率和精度的關鍵因素。以瑞士寶美公司的S192F 銑車複合加工中心為例,該機床具有五軸銑、車削、鏜削、鑽孔、鋸斷以及自動進料等功能,採用FANUC 31i 數控系統,具有刀矢平滑、超強前瞻、高速插補等功能,特別適合軸類、回轉類等零件的高速精密加工。在航空葉輪加工中,該加工中心具有突出的優勢。當採用棒料作為葉輪毛坯時,常規的葉輪加工工藝路線首先利用數控車床車削葉輪外部輪廓,然後精車加工基準;在此基礎上利用五軸數控加工中心進行開槽、粗加工、半精加工以及型面和輪轂的精加工;最後在五軸加工中心或鑽孔設備上進行孔加工。而採用S192F 銑車加工中心不僅可以通過一次裝卡完成上述工藝的全部加工,而且當採用棒料進行加工時還可以通過鋸斷、自動送料等功能實現葉輪的批量加工,整個過程無需人工干預可以全部自動完成。其工藝路線的設置可採用如下方式:主軸裝卡棒料→粗車葉輪外部輪廓→精車外部輪廓→五軸銑削開槽→流道粗加工→流道半精加工→流道精加工→鑽孔→背主軸裝卡→車削葉輪底部平面→鑽孔。可以看出,一次裝卡即完成全部葉輪加工工序,加工效率及精度可以得到大幅提高。

對於具有雙刀架的車銑加工中心,雙刀塔的設備都具有雙通道的控制系統,上下刀架可單獨控制,同步加工可以通過代碼中的同步語句來實現。為充分發揮設備的加工能力,可以在加工條件允許的前提下,通過雙刀架的同步操作實現零件的多個工序同時加工。可以通過上下刀架的同步設置,在粗車外形的同時完成內孔的粗鏜加工,從而進一步提高加工效率。通過上下刀架的同步運動,完成一系列孔的加工,不僅提高了加工的效率,同時還可以通過鑽孔軸向力的相互抵消來減少工件變形的影響。為實現這種功能,需要在前期工藝設計的時候對工藝方案進行系統深入的研究,確定工藝路線的串列和並行順序,並通過對加工程式的合理組合實現上述功能。


資料來源:中國金屬加工網

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