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转载:Cimatron软件CAM系统在航空结构件上的应用
作者: 发布于:2018-11-13 15:19:50 点击量:

 Cimatron软件CAM系统在航空结构件上的应用

胡志林 思美创 
Cimatron是以色列Cimatron公司旗下的一款主打产品,主要用于工模具行业制造和产品加工,软件易学易用,具有强大的3轴和5轴加工能力,在国内外航空航天、汽车、医疗等制造业得到了广泛的应用。

航空件是典型的产品加工零件,如下图所示(绿色部分是航空件,其余为试切毛坯),很多客户加工航空件会面临如下的挑战:
 
 1、加工效率低:因为有大量毛坯材料需要去除,加工效率会制约产品的交付周期。

 2、需要强大的侧刃铣削功能:航空件具有很多直纹面,需要侧刃铣削加工,并且要求侧刃铣削时有自动避让功能。

 3、零件易变形:壁厚比较薄,上面的零件长度为1300mm,最小壁厚1.13mm,加工极易变形。

 4、加工出的零件拐角有震纹:加工后的拐角处经常有震纹存在,需要钳工进一步修理,效率低下。

 5、零件过切:零件程序复杂,一个零件加工下来往往包含很多3轴程序和5轴程序,加工过程中经常有过切发生,如果在加工之前编出的程序很安全就会
减少很大的损失。

 6、机床碰撞:软件模拟功能不强大,编程者编制的程序不够理想,时有碰撞发生,严重还有损坏主轴的后果。

 7、不能准确判断加工的结果:机床最终加工的结果是否达到技术要求没有理论依据,仅仅是通过目测和手工测量判断。

为解决以上客户的困扰,Cimatron 从E11版本开始提供的专门加工航空零件的5轴模块,则可以很好地满足以上要求,具体介绍如下:

一、高效的粗加工策略:
对于上图所示的航空件的粗加工, Cimatron 提供 图1 所示的高效加工策略,经过计算得到的刀路轨迹如 图2 所示。

图1
 
图2
 
轨迹特点:
 1、开放区域是外部进刀,封闭区域是螺旋下刀,很好地保护了刀具。
 2、最初是经过优化的摆线加工,避免整个刀具进行切削。
 3、整个刀路轨迹是光顺连接 ,避免了对机床和刀具的冲击。
 4、具有恒定切削步距,保证了均匀的材料去除率,提高了刀具寿命。
 5、切深最多可以达到刀具直径的2倍,保证了加工效率。

经过在客户的现场加工测试(注:加工图示的航空件),粗加工比其它软件的传统加工提高了35%的效率,同时也降低了对提高刀具损耗。

二、专业的侧刃铣削加工策略
Cimatron 提供的侧刃加工策略可以使用刀具的侧刃加工零件直纹面,在Cimatron多种加工策略都具有侧刃铣削功能,下图3显示的是Cimatron提供的专有模块里的侧刃加工策略,图4 是侧刃加工参数设定面板,有单独的干涉检查选项,具有自动避让功能,可以做复杂零件的直纹面加工,效率高,质量好。
 
图3
 
图4
 
图5是得到的侧刃加工轨迹。

图5
 
三、具有防止变形的精加工策略
对于薄壁件精加工,为了防止变形造成的加工问题,Cimatron有一个特殊的工艺选项,如 图6 所示,它可以做到沿着曲面法向分层精加工,意思是在同一层里有两行轨迹,从外往里加工,刀路轨迹如 图7 所示,避免了零件变形。
 
图6
 
图7
 
四、具有防止拐角出现震纹的工艺措施
 Cimatron软件对于拐角处出现的震纹采取以下措施进行避免,减少或者消除钳工打磨工作量。
 
 1、内部拐角控制,如图8所示。在拐弯处自动进行圆角控制,在加工公差允许的范围内,可以得到理想的带有圆角的加工轨迹。

比如,零件拐角处的圆角半径是6,采用半径为6的刀具精加工,如图9所示,在不改变模型的情况下,通过“内部拐角控制”选项可以在拐弯处得到圆角半径为0.5mm的刀路轨迹(实际圆角半径加工误差要求在0.8mm左右)。

图8
 
图9
 
2、在精加工时,软件允许对于局部拐角处的进给速度进行控制,以得到良好的加工效果,如图10所示,在控制面板里,设定了拐角进给速度是正常进给速度的一半。

图10
 
五、防止过切策略
因为航空件都比较昂贵,防止过切是客户始终关注的一个问题, 对于零件过切,软件采用了灵活的干涉检查策略进行避免。图11 显示的是干涉检查的设定面板,最多有四个选项供编程者选择,不同选项可以使用不同的干涉解决方案,比如沿着刀轴方向退刀,自动摆角等。
 
图11
 
六、防止机床碰撞措施
对于五轴加工,Cimatron提供了强大的机床仿真模拟模块:先选择合适的5轴后处理生成G代码,如图12所示,然后再调用机床反读G代码进行模拟,见图13所示。此种模拟方式也是目前主流仿真软件的模拟模式。

模拟时系统会考虑夹具、零件、刀具和机床等几何信息,也会检查各个程序在不同方向的连接情况,如有碰撞或者过切,软件会自动提醒,相对于其它CAM软件,使用Cimatron自带的机床加工仿真模块,可以让编程者对航空件加工变得更加自信。

图12
 
图13
 
七、自动比较功能
Cimatron 在机床仿真模块里,提供了自动比对功能,可以准确地反映出实际的加工结果。
     
图14 显示的是Cimatron设定自动比较的界面,软件可以把加工结果和理论模型进行自动比对,以颜色显示误差的大小,过切和欠切一目了然,精度可以达到0.001mm,编程者不必再担心编出的程序是否能把零件加工到尺寸。
图14
 
图15 所示的是把整个零件的加工程序模拟完毕再与理论模型自动进行比较得到的真实结果图,所有显示的误差均在技术要求之内。意味着编出的程序可以把实际零件加工到位了。

图15
 
图16是采用Cimatron 软件CAM系统加工的实际航空零件图片(注明:零件在工作台还没有卸下夹具)。
图16
 
总结:
Cimatron高效的粗加工、强大的5轴侧刃铣削、高级的机床加工仿真和程序的自动比较功能在航空件结构件加工方面是非常实用的,通过在客户实际加工零件,客户工程师对Cimatron 5轴加工软件的评价是:实用、易学、安全和强大。



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