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数控刀具编程可提升刀具品质

2013年07月04日 16:38中国机床商务网点击:5574

  JC35导读:在坐标图中,横轴(X)是此段程序经历的时间,而纵轴(Y)是选择的不同结果的体现,例如受力、温升、功率、主轴或进给速率等。用户得出的初步结论是:PM软件“对大型开槽/腔体及外轮廓多层次铣削有较大改善,对加工轨迹/深度参数进行调整,以能达到节省时间、改善品质的效果”。
  
  近20年以来我国企业CAX技术不断发展,其中计算机辅助加工(或称计算机辅助编程)软件越来越多地进入了各个加工制造企业,用于代替手工编程,直接驱动机床数控系统;对从最简单的两轴半到5轴,甚至是更多轴的控制加工,已经逐渐不再成为一个技术难题。同时,在数控刀路的编程之后,为了提前效验此程序是否能够准确无误地运行在机床上,预先了解和避免刀具同机床及工夹量具的碰撞,一些刀路的仿真技术和相应的软件,也越来越多地被普遍使用中。这种仿真技术我们称之为“几何仿真”。
  
  但是现在更多高端的诸如航空航天加工制造企业的编程工程师们,已经不在局限于仅仅得到在电脑的屏幕上看到刀路运行的轨迹,来防止任何有可能出现的干涉和碰撞迹象这一“表面”结果了。他们开始关注在一个零件尚未加工之前,从其加工过程中有可能发生的受力、温升和变形,从刀具有可能产生振动甚至破损的现象,从机床的振动可能对加工的影响等方面,事先得出一些定性或者定量的分析结果,来指导和调整加工的数控程序,以达到更好的加工表面质量、更快的加工效率以及更小的零件变形。总而言之,希望用更强大的仿真技术手段,得到更优质的被加工零件,这种仿真技术被称之为“物理仿真”。
  
  我们知道,机械零件的加工,被加工材料从弹性变形到塑性变形的物理过程中,会释放出热量并产生作用力,这种物理上的变化是无法用肉眼观察到,因此也无法判断对被加工零件质量产生什么影响。为了得到这些变化的数据,以往的一种方法是在机床上各个部位加装各种传感器,用来测量出这些数值(如温度、受力和振动频率等),进而“人工”调整数控加工工艺和程序,这是一种很好的方法,但是传感器的安装是非常精密的工作,稍有偏差将带来测量数据上的不准确性和一定的离散性。
  
  那么如何利用非接触式的方式以得到(或测量到),并且通过计算机分析的方法来得到数据以指导加工过程?美国ThirdWaveSystem公司开发了一款AdvantEdgeProductionModule的软件,可以很好解决这个问题。
  
  AdvantEdgeProductionModule(以下简称PM)将CAD/CAM、加工动态仿真技术以及工件/刀具的物理材料特性集成在一起,在这个被称之为“将改变游戏规则”的软件中对数控加工程序的切削机理做分析,以达到最大化提升加工性能、缩短加工周期、提高加工质量的目的。
  
  客户在使用这个解决方案时,首先对机床进行设置,包括数控系统及代码形式、是否是5轴加工、坐标系统、主轴转速和进给速率、主轴的功率和扭矩等,然后输入加工刀具,包括刀具类型、几何尺寸、刀损模型等参数;最后定义或导入被加工零件,包括零件的尺寸或直接读入STEP/STL模型、工件的材料等。一旦定义结束,用户就可以启动软件的分析引擎,在短短几秒钟时间内,屏幕上就会显示出针对特定工件加工的分析数据。这些数据是以文本或坐标图的形式提交的。在坐标图中,横轴(X)是此段程序经历的时间,而纵轴(Y)是选择的不同结果的体现,例如受力、温升、功率、主轴或进给速率等。
  
  以加工例子来说明,横轴为时间,纵轴为切向力。可以看出,程序运行的时间为486.9s,刀具所承受的最大切向力为416.78N。同时还可以看到,刀具在整个加工过程中的受力是不均匀的,受力小时证明切削力不足,受力大时(尖峰值)有可能会造成刀头的破损。为了减少刀具破损的可能性,要降低刀具的受力;同时为了提升加工效率,又要加大刀具的受力,我们把刀具的受力范围限定在某一个范围,最大值为375N,然后再用PM软件运行一次上面的分析,便得出优化后的结果。
  
  国内某著名航天企业在使用PM后,通过比较优化前后的程序(实际加工),加工时间缩短了20%~25%,加工粗糙度及变形量从优化前的0.19mm到优化后的0.10mm,达到了原有的优化要求。而另一家位于深圳的家电企业,在使用PM软件优化数控程序后,其加工时间减少了41.74%,并通过优化减少了大量的空走刀。用户得出的初步结论是:PM软件“对大型开槽/腔体及外轮廓多层次铣削有较大改善,对加工轨迹/深度参数进行调整,以能达到节省时间、改善品质的效果”。
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