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Delcam高级多轴铣削与质量实时控制一体化方案

2017-06-06 来源:我爱物联网

Delcam高级多轴铣削与质量实时控制一体化方案

随着航空航天、汽车、船舰和精密仪器仪表、医疗、运动器械,以及家用、办公用的电器和儿童玩具等产品零件都愈来愈多地采用由整体材料镂铣而成的加工工艺,其中通常包含各种各样的复杂曲面和斜孔、斜面等。

随着航空航天、汽车、船舰和精密仪器仪表、医疗、运动器械,以及家用、办公用的电器和儿童玩具等产品零件都愈来愈多地采用由整体材料镂铣而成的加工工艺,其中通常包含各种各样的复杂曲面和斜孔、斜面等。使用传统机床或三轴数控机床不仅设备投资大,占用生产面积多,生产加工周期长,而且精度、质量还难于保证。为了解决这些问题,就要发展能集中工序进行高精、高效和复合加工的机床,以期实现工件一次装卡完成全部或大部分加工,并在加工过程中实现实时质量控制,对加工每个工艺结果进行实时跟踪。这已成为当今机床发展的必然趋势,而配备上高速加工能力的五轴机床,完全符合这一发展趋势的要求,而且还可能是最佳的方案选择。

在全球先进国家制造战略中,各国都统一提到智能化制造的目标,Delcam作为全球CAM的领导者,为了响应技术服务的变革,同时结合制造行业的工艺质量标准的提高,在多年前就已经开始了高级多轴铣削和质量实时控制解决方案的探索和实施。在过去的多年在中国区主要为国企高精尖特殊领域实施比较多,但是从2012年开始,Delcam的这套解决方案逐渐在民企和通用行业得到青睐。下面我们将会接触到Delcam中国总部同德国OPS机床中国总部在华东某客户的实施方案共享。

方案介绍:

(一)软件方面

Delcam高级多轴铣削和质量实时控制解决方案,PowerMILL+PowerINSPECT。

PowerMILL:2~5轴铣削编程一体化软件,支持点、线、曲面、实体、三角形数据加工。

PowerINSPECT(On Machine Verification):在机检测,2~5轴机床检测离线编程一体化软件,支持点、线、曲面、实体、三角形数、点云据检测和报告输出。

(二)硬件方面

OPS多轴自动化5轴铣削机床,HIGH SPEED EAGLE V9。

图1 OPS多轴自动化5轴铣削机床

(三) 主要目标

● 缩短加工和质量控制过程循环的节拍 ● 提高高精度工件的成品率 ● 给复杂性加工工艺产品后续工艺进行指导

(四)实施工艺过程

图2 工艺过程

在实际工艺过程中PowerMILL的粗加工和精加工编程可以同时进行,PowerINSPECT的粗加工后检测路径和精加工的检测路径也是同时进行编程的,如果只是对同一区域进行加工结果反馈,我们只要编写一次检测路径就好了。

(五)现场加工和检测过程

1.通过PowerMILL输出的NC程序进行3轴或者五轴开粗加工,现场如下:

图3 加工现场

2.通过PowerINSPECT OMV的检测NC程序进行3轴和五轴检测,目的主要是确认开粗完毕后对工件的余量控制是否精确,工件基准是否加工精确,大型工件是否有较大的变形,是否要进行去应力等工艺处理。同时能够及时对工艺进行改善,减少中间过程出现的不良反应,实现“加工过程不留遗憾”。

图4 NC程序检测

3.确认开粗完全符合要求之后,通过PowerMILL输出的NC程序进行3轴或者五轴精加工加工,现场如下:

图5 精加工

随着航空航天、汽车、船舰和精密仪器仪表、医疗、运动器械,以及家用、办公用的电器和儿童玩具等产品零件都愈来愈多地采用由整体材料镂铣而成的加工工艺,其中通常包含各种各样的复杂曲面和斜孔、斜面等。

随着航空航天、汽车、船舰和精密仪器仪表、医疗、运动器械,以及家用、办公用的电器和儿童玩具等产品零件都愈来愈多地采用由整体材料镂铣而成的加工工艺,其中通常包含各种各样的复杂曲面和斜孔、斜面等。使用传统机床或三轴数控机床不仅设备投资大,占用生产面积多,生产加工周期长,而且精度、质量还难于保证。为了解决这些问题,就要发展能集中工序进行高精、高效和复合加工的机床,以期实现工件一次装卡完成全部或大部分加工,并在加工过程中实现实时质量控制,对加工每个工艺结果进行实时跟踪。这已成为当今机床发展的必然趋势,而配备上高速加工能力的五轴机床,完全符合这一发展趋势的要求,而且还可能是最佳的方案选择。

在全球先进国家制造战略中,各国都统一提到智能化制造的目标,Delcam作为全球CAM的领导者,为了响应技术服务的变革,同时结合制造行业的工艺质量标准的提高,在多年前就已经开始了高级多轴铣削和质量实时控制解决方案的探索和实施。在过去的多年在中国区主要为国企高精尖特殊领域实施比较多,但是从2012年开始,Delcam的这套解决方案逐渐在民企和通用行业得到青睐。下面我们将会接触到Delcam中国总部同德国OPS机床中国总部在华东某客户的实施方案共享。

方案介绍:

(一)软件方面

Delcam高级多轴铣削和质量实时控制解决方案,PowerMILL+PowerINSPECT。

PowerMILL:2~5轴铣削编程一体化软件,支持点、线、曲面、实体、三角形数据加工。

PowerINSPECT(On Machine Verification):在机检测,2~5轴机床检测离线编程一体化软件,支持点、线、曲面、实体、三角形数、点云据检测和报告输出。

(二)硬件方面

OPS多轴自动化5轴铣削机床,HIGH SPEED EAGLE V9。

图1 OPS多轴自动化5轴铣削机床

(三) 主要目标

● 缩短加工和质量控制过程循环的节拍 ● 提高高精度工件的成品率 ● 给复杂性加工工艺产品后续工艺进行指导

(四)实施工艺过程

图2 工艺过程

在实际工艺过程中PowerMILL的粗加工和精加工编程可以同时进行,PowerINSPECT的粗加工后检测路径和精加工的检测路径也是同时进行编程的,如果只是对同一区域进行加工结果反馈,我们只要编写一次检测路径就好了。

(五)现场加工和检测过程

1.通过PowerMILL输出的NC程序进行3轴或者五轴开粗加工,现场如下:

图3 加工现场

2.通过PowerINSPECT OMV的检测NC程序进行3轴和五轴检测,目的主要是确认开粗完毕后对工件的余量控制是否精确,工件基准是否加工精确,大型工件是否有较大的变形,是否要进行去应力等工艺处理。同时能够及时对工艺进行改善,减少中间过程出现的不良反应,实现“加工过程不留遗憾”。

图4 NC程序检测

3.确认开粗完全符合要求之后,通过PowerMILL输出的NC程序进行3轴或者五轴精加工加工,现场如下:

图5 精加工


Delcam PowerMILL多轴技术应用

随着数控技术的发展,多轴数控加工中心正在得到越来越为广泛的应用。它们的最大优点就是使原本复杂零件的加工变的容易了许多,并且缩短了加工周期,提高了表面的加工质量。

随着数控技术的发展,多轴数控加工中心正在得到越来越为广泛的应用。它们的最大优点就是使原本复杂零件的加工变的容易了许多,并且缩短了加工周期,提高了表面的加工质量。当然复杂的多轴加工就需要借助于CAM编程软件来进行辅助编程,下面介绍来自英国Delcam软件公司的旗舰多轴加工产品Delcam PowerMILL在多轴加工方面的技术应用。

将多轴联动的刀路编程化繁为简

Delcam PowerMILL系统里所有的三轴刀策略都支持五轴编程,而且能够自动将三轴刀具路径转换为优化的五轴刀具路径,自动产生刀轴,并且所产生的刀具路径快速、可靠,全部刀具路径都经过过切检查,决无过切之虑。

通过动态机床刀轴调整让3+2五轴编程变得更加有趣,简单、高效。在面对比较深的型腔或型芯时,传统的编程方法很难一次性找出定位加工时刀具及机床主轴避免干涉的角度,可能需要多次定角度进行尝试编程3+2刀路,费时费力。利用的PowerMILL动态机床刀轴调整,即可方便快捷地调整仿真机床的刀轴方向,旋转其对应的旋转轴进行避让,所有会发生干涉的地方一目了然,并一键式地用新的刀轴或机床方向更新已有刀具路径,快速生产3+2刀路。过程中自动机床碰撞和超过刀轴限界报警,可以说只要会用鼠标的人都能在PowerMILL快速生产高难度的3+2刀路。

图1 调整仿真机床的刀轴方向

在五轴联动编程时,刀具路径中的刀具与工件之间的干涉是每一位工程师经常头痛的事。在PowerMILL中,刀轴自动碰撞避让技术将有效地解决这个问题。所谓的自动碰撞避让技术是当侦测到刀具即将碰撞到工件上时会按照预定义方式自动避免干涉,自动避让方式可为刀轴前倾和侧倾,切过碰撞区域后又自动将刀轴调整回原来设定的角度,从而避免刀具和工件之间的碰撞,简化了多轴编程的难度,实现工程师一键式五轴编程的梦想。

针对航空航天、汽车中的多叶片叶轮制造及管道加工,PowerMILL都有专用的加工模块。工程师只需指定几个主要参数即可完成复杂的管道及叶片类型零件的加工编程,极大地简化了编程过程。

图3

图2 航空航天、汽车中的多叶片叶轮制造

优越的五轴刀路质量把控

● 刀轴光顺

影响五轴刀具路径质量的因素很多,比如刀轴加工时的偏摆幅度,直接影响机床刀具加工时的连贯性。PowerMILL强大的刀轴自动光顺可以有效地解决刀轴指向出现速度和方向上大的改变时带来的不良影响。使机床颤抖动作最小化、减少加工刀痕,改善加工质量、提高加工效率,提高所有五轴的刀路质量。

如图提前做出刀轴转角度变化,避免刀轴角度的突然变化

图3 未光顺前

图4 光顺后

随着数控技术的发展,多轴数控加工中心正在得到越来越为广泛的应用。它们的最大优点就是使原本复杂零件的加工变的容易了许多,并且缩短了加工周期,提高了表面的加工质量。

随着数控技术的发展,多轴数控加工中心正在得到越来越为广泛的应用。它们的最大优点就是使原本复杂零件的加工变的容易了许多,并且缩短了加工周期,提高了表面的加工质量。当然复杂的多轴加工就需要借助于CAM编程软件来进行辅助编程,下面介绍来自英国Delcam软件公司的旗舰多轴加工产品Delcam PowerMILL在多轴加工方面的技术应用。

将多轴联动的刀路编程化繁为简

Delcam PowerMILL系统里所有的三轴刀策略都支持五轴编程,而且能够自动将三轴刀具路径转换为优化的五轴刀具路径,自动产生刀轴,并且所产生的刀具路径快速、可靠,全部刀具路径都经过过切检查,决无过切之虑。

通过动态机床刀轴调整让3+2五轴编程变得更加有趣,简单、高效。在面对比较深的型腔或型芯时,传统的编程方法很难一次性找出定位加工时刀具及机床主轴避免干涉的角度,可能需要多次定角度进行尝试编程3+2刀路,费时费力。利用的PowerMILL动态机床刀轴调整,即可方便快捷地调整仿真机床的刀轴方向,旋转其对应的旋转轴进行避让,所有会发生干涉的地方一目了然,并一键式地用新的刀轴或机床方向更新已有刀具路径,快速生产3+2刀路。过程中自动机床碰撞和超过刀轴限界报警,可以说只要会用鼠标的人都能在PowerMILL快速生产高难度的3+2刀路。

图1 调整仿真机床的刀轴方向

在五轴联动编程时,刀具路径中的刀具与工件之间的干涉是每一位工程师经常头痛的事。在PowerMILL中,刀轴自动碰撞避让技术将有效地解决这个问题。所谓的自动碰撞避让技术是当侦测到刀具即将碰撞到工件上时会按照预定义方式自动避免干涉,自动避让方式可为刀轴前倾和侧倾,切过碰撞区域后又自动将刀轴调整回原来设定的角度,从而避免刀具和工件之间的碰撞,简化了多轴编程的难度,实现工程师一键式五轴编程的梦想。

针对航空航天、汽车中的多叶片叶轮制造及管道加工,PowerMILL都有专用的加工模块。工程师只需指定几个主要参数即可完成复杂的管道及叶片类型零件的加工编程,极大地简化了编程过程。

图3

图2 航空航天、汽车中的多叶片叶轮制造

优越的五轴刀路质量把控

● 刀轴光顺

影响五轴刀具路径质量的因素很多,比如刀轴加工时的偏摆幅度,直接影响机床刀具加工时的连贯性。PowerMILL强大的刀轴自动光顺可以有效地解决刀轴指向出现速度和方向上大的改变时带来的不良影响。使机床颤抖动作最小化、减少加工刀痕,改善加工质量、提高加工效率,提高所有五轴的刀路质量。

如图提前做出刀轴转角度变化,避免刀轴角度的突然变化

图3 未光顺前

图4 光顺后


基于CAM技术的整体涡轮转子加工方法研究

本文基于NX软件的CAD/CAM功能模块,应用T型铣刀精加工,设计了新的数控加工路径,理论上可提高生产效率、简化加工程序、提高叶片表面光顺度。

1 目前涡轮转子的数控加工方法

分子泵整体涡轮转子是机械式分子泵的核心部件,属于叶轮类转子零件如图1。叶轮类零件是一类特征明显、结构比较规范且典型的旋转类复杂零件。

图1 整体涡轮转子三维模型

目前对于涡轮转子的加工是使用四轴机床以四轴联动数控加工技术实现的。机床有x,y,z三个平动轴以及一个旋转A轴。人工找正后以螺栓锁紧。机床坐标系原点位于分度盘圆心,z轴垂直于工作台且刀轴平行于z轴方向,转子装夹后其轴线与y轴重合,分度盘由旋转轴A轴控制转动,可绕y轴旋转,如图2。选用锥形铣刀如图3,铣削两叶片间部分。刀具在x,y轴线方向,以两轴联动方式呈平行四边形运动轨迹沿两叶片内侧轮廓加工,如图4。应用这种这种加工方法加工涡轮转子可有效解决转子叶片层数多、间隙小等问题,且选用锥形刀进行加工使得刀杆弯曲变形较小有利于保证加工精度。但由于锥形刀加工时刀轴与叶片表面必须存在一定角度,所以加工方式一定为点切削,叶片表面光顺度不高且加工效率难以进一步提高。

图2 涡轮转子加工位置

图3 锥形铣刀图

图4 加工路径

本文基于NX软件的CAD/CAM功能模块,应用T型铣刀精加工,设计了新的数控加工路径,理论上可提高生产效率、简化加工程序、提高叶片表面光顺度。

1 目前涡轮转子的数控加工方法

分子泵整体涡轮转子是机械式分子泵的核心部件,属于叶轮类转子零件如图1。叶轮类零件是一类特征明显、结构比较规范且典型的旋转类复杂零件。

图1 整体涡轮转子三维模型

目前对于涡轮转子的加工是使用四轴机床以四轴联动数控加工技术实现的。机床有x,y,z三个平动轴以及一个旋转A轴。人工找正后以螺栓锁紧。机床坐标系原点位于分度盘圆心,z轴垂直于工作台且刀轴平行于z轴方向,转子装夹后其轴线与y轴重合,分度盘由旋转轴A轴控制转动,可绕y轴旋转,如图2。选用锥形铣刀如图3,铣削两叶片间部分。刀具在x,y轴线方向,以两轴联动方式呈平行四边形运动轨迹沿两叶片内侧轮廓加工,如图4。应用这种这种加工方法加工涡轮转子可有效解决转子叶片层数多、间隙小等问题,且选用锥形刀进行加工使得刀杆弯曲变形较小有利于保证加工精度。但由于锥形刀加工时刀轴与叶片表面必须存在一定角度,所以加工方式一定为点切削,叶片表面光顺度不高且加工效率难以进一步提高。

图2 涡轮转子加工位置

图3 锥形铣刀图

图4 加工路径

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