航空產(chǎn)品數(shù)控加工全過程仿真加工解析

王德安 趙昌輝 王國松

（沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代制造業(yè)中起著越來越重要的作用。許多企業(yè)都大量引進(jìn)數(shù)控設(shè)備，以提高自身產(chǎn)品的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。本文主要從產(chǎn)品工藝設(shè)計到現(xiàn)場加工的每個環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，探討數(shù)控加工全過程中仿真加工方法及解決的問題。

1 數(shù)控加工工藝設(shè)計

在用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工時，數(shù)控工藝設(shè)計是為工件進(jìn)行數(shù)控加工前期的準(zhǔn)備工作，它必須在程序編制工作之前完成。因?yàn)橹挥性诠に囋O(shè)計方案確定以后，編程才有依據(jù)，否則，由于工藝方面的考慮不周將可能造成數(shù)控加工的錯誤。所以說數(shù)控加工工藝設(shè)計是數(shù)控加工中的第一要素，它確保了編程與加工的正確性、合理性。數(shù)控加工工藝設(shè)計主要內(nèi)容包括： ①選擇并決定零件的數(shù)控加工內(nèi)容。②零件圖樣的數(shù)控加工性分析。③數(shù)控加工的工藝路線設(shè)計。④數(shù)控加工工序設(shè)計。⑤數(shù)控加工工藝文件的編寫。其中數(shù)控加工工藝路線設(shè)計和數(shù)控加工工序設(shè)計是非常關(guān)鍵的工藝設(shè)計內(nèi)容，如何對這兩部分內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證是亟待解決的問題。本公司PDM管理平臺對各種工藝文件進(jìn)行管理，是否可以借助PDM平臺中的工藝文件進(jìn)行零件工藝路線和數(shù)控加工工序的驗(yàn)證是值得我們考慮的。

2 數(shù)控程序編制

在工藝設(shè)計完成的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行數(shù)控程序的編制，數(shù)控程序的編制通常有手動編程和自動編程兩種方式，但無論是手動編程還是自動編程，我們都要關(guān)注數(shù)控程序NC代碼的準(zhǔn)確性、完整性。其中自動編程通常要先生成刀具軌跡，再經(jīng)過后置處理生成數(shù)控代碼文件。手動編程可以按加工工序內(nèi)容直接生成數(shù)控代碼文件。下面按自動編程的刀具軌跡生成階段和數(shù)控代碼生成后說明不同階段的仿真加工內(nèi)容及解決的問題。

2.1 刀具軌跡生成階段

自動編程的刀具軌跡設(shè)計需在專業(yè)的編程軟件中進(jìn)行，而現(xiàn)行的編程軟件均具有刀具軌跡仿真功能，如UG、MasterCAM、HyperMILL等編程軟件都能夠?qū)Φ毒哕壽E的切削運(yùn)動和材料去除過程進(jìn)行模擬，驗(yàn)證刀具路徑的正確性，避免碰撞、過切、欠切等現(xiàn)象。

2.2 數(shù)控代碼的仿真加工

此階段的數(shù)控代碼仿真通常指離線狀態(tài)的NC代碼仿真，是指應(yīng)用仿真軟件進(jìn)行NC代碼的識別或材料去除模擬。NC代碼的仿真加工可以根據(jù)零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、數(shù)控程序的運(yùn)動軸數(shù)及數(shù)控程序的類型來考慮選擇不同的仿真軟件和不同的仿真方法。如回轉(zhuǎn)件（盤軸、機(jī)匣）的車加工程序，簡單的三軸銑加工程序可以使用無機(jī)床的仿真加工。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，五軸的加工程序必須用帶機(jī)床仿真加工。

2.2.1 無機(jī)床的仿真加工

通過此方法的模擬仿真，可以檢查出數(shù)控代碼的語法正確性、合理性、連續(xù)性、完整性，避免實(shí)際加工中刀具與工裝、工件之間的干涉和碰撞。

2.2.2 帶機(jī)床的仿真加工

機(jī)床加工過程仿真必須構(gòu)建零件、毛坯、工裝、機(jī)床、刀具等構(gòu)件，形成包括數(shù)控機(jī)床全過程仿真驗(yàn)證的數(shù)控加工仿真?？梢詫λ妮S聯(lián)動、五軸聯(lián)動、車銑復(fù)合等加工進(jìn)行機(jī)床加工過程的仿真?？梢詸z查出數(shù)控代碼語法的正確性、合理性、零件的過切和欠切，避免實(shí)際加工中數(shù)控機(jī)床與刀具、工裝、工件之間的干涉和碰撞及數(shù)控機(jī)床各運(yùn)動軸的超行程現(xiàn)象。如對整體葉盤進(jìn)行葉片的數(shù)控銑加工時，若葉片長、數(shù)量多，再加上葉片本身的扭曲，在實(shí)際加工前進(jìn)行機(jī)床加工起到了非常重要的作用，可以完全避免實(shí)際加工時干涉、碰撞的發(fā)生，并能夠準(zhǔn)確的給定刀具懸伸長度。

3 機(jī)床上的NC代碼仿真

數(shù)控加工機(jī)床多數(shù)都具有NC代碼的刀軌模擬功能，而且隨著數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)對高性能機(jī)床的研發(fā)，機(jī)床在線仿真功能將更完善。能夠100%的驗(yàn)證數(shù)控代碼的識別及語法的正確性。當(dāng)零件裝夾完成后，可以進(jìn)行數(shù)控程序的空運(yùn)行，從而目視檢查程序的大致切削位置及干涉碰撞情況。

總之以上四種仿真方法，可以消除程序中的錯誤，如切傷工件、損壞夾具、折斷刀具或碰撞機(jī)床。但非機(jī)床上的仿真，對數(shù)控程序檢查的準(zhǔn)確性完全依賴于虛擬控制系統(tǒng)配置的正確性和完整性。

4 試切件加工

以上進(jìn)行的仿真加工都是在零件實(shí)際加工之前對數(shù)控程序進(jìn)行的檢查，并不能預(yù)測實(shí)際加工時加工系統(tǒng)對零件的影響或切削加工時零件本身的變化，為獲得較高的加工精度，決定性的一步是，實(shí)際零件加工之前能夠給出合理的加工參數(shù)及對產(chǎn)品質(zhì)量的合理預(yù)測。在加工結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件、較昂貴零件及易變形等零件之前最好進(jìn)行試驗(yàn)件的加工。如對整體葉盤的銑加工，雖然通過機(jī)床加工過程的仿真，可以完全避免干涉、碰撞等現(xiàn)象的發(fā)生，但是由于加工方案不同、加工參數(shù)不合理或機(jī)床本身五軸聯(lián)動執(zhí)行的不同步，往往造成較大的接刀痕；葉片表面有振紋、有凹坑或凸起；刀具與葉片剛性不匹配造成葉片厚度的不一致，只有通過對試件的加工，總結(jié)出合適的走刀路線、合理的加工參數(shù)、匹配的加工刀具及測量出零件的實(shí)際變形量，才能給定合理的加工方案，避免以上問題的發(fā)生。對于薄壁機(jī)匣件或葉片件的加工，在實(shí)際加工時往往存在裝夾變形和加工變形，只有通過試驗(yàn)件的加工和測量，針對實(shí)際的變形量和變形位置，采取反變形加工方案來提高零件的加工質(zhì)量。

結(jié)論

通過以上對數(shù)控加工全過程仿真加工技術(shù)的介紹，可以看出，針對不同的驗(yàn)證內(nèi)容可以選擇不同的仿真方法。NC代碼仿真、機(jī)床加工過程仿真，能夠準(zhǔn)確的驗(yàn)證數(shù)控程序的準(zhǔn)確性，干涉、碰撞、過切、欠切等現(xiàn)象的發(fā)生。對于加工參數(shù)的合理性、機(jī)床實(shí)際的執(zhí)行情況、零件與刀具的匹配等情況，必須采用試驗(yàn)件加工的驗(yàn)證方法。

[1]航空航天高效數(shù)控加工技術(shù)[J]現(xiàn)代制造，2010（47）.