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航空零件数控铣削加工-机械零件加工

航空零件的数控铣削——机械零件的加工

通过分析零件的材料和结构特点及其对加工工艺的要求，现代飞机零件加工呈现出新的特点。电脑锣加工|机械零件加工|东莞数控加工中心|东莞高速电脑锣加工在选材方面，钛合金、高强度钢、高温合金等难加工材料的用量大幅增加，而铝合金的用量将大幅减少，复合材料的用量将大幅增加；零件结构方面，由于高性能、轻重量、高可靠性的要求，整体结构和复杂型材结构的设计大大增加，如整体壁板/梁/框/肋等结构零件；在加工工艺方面，具有几何尺寸大、加工精度高、轮廓复杂、工艺特点多、壁厚小、切削时材料去除量大、加工变形难以控制等特点。因此，数控加工过程中对加工精度、变形控制和加工效率的要求很高，从而对数控机床、刀具和加工工艺的性能要求也很高。

“优质、高效、低耗、绿色”是制造业长期追求的总体目标。围绕上述目标对各种零件的数控加工工艺进行优化，在加工工艺和切削参数方面进行优化，从而在满足零件加工质量要求的前提下，获得加工效率高、成本低、环保的加工工艺，即实现高效的数控加工。其中，加工效率主要受以下三个相关时间的影响：

(1)切削时间：刀具根据设计和工艺要求从工件上切下多余材料所需的时间；

(2)辅助时间：机床空转和装卸所占用的时间；

(3)生产准备时间：准备或更换机床(夹具、工模具)、机床调整、工件准备、试切、测试等所用的时间。

要实现数控机床加工过程的优化和高效，需要在保证加工质量要求的前提下，尽可能减少切削时间、辅助时间和生产准备时间，从而最终减少总加工时间。近年来，利用数控加工过程仿真技术优化切削过程和参数，从而减少切削时间已成为一种重要趋势。

数控加工过程仿真可分为几何仿真和物理仿真。其中，加工过程的物理模拟，即机械/动态模拟，是利用数学模型(包括有限元模型)来描述切削过程中主要物理因素的变化及其相互关系，并在实际加工前分析预测切削参数的变化以及干涉因素对加工过程的影响。数控加工过程物理仿真主要包括切削力仿真、切屑生成过程仿真、刀具磨损仿真、切削温度仿真、加工表面形貌和表面完整性仿真、加工稳定性仿真、机床/刀具/零件变形仿真和加工精度仿真等。仿真结果可作为调整和优化切削参数的依据。国内外已经开发了许多实用的数控加工过程力学/动力学仿真优化系统，如计算机锣加工|机械零件加工|东莞数控加工中心|东莞高速计算机锣加工，如加拿大不列颠哥伦比亚大学制造自动化实验室的Cutpro、ShopPro、MACHpro仿真优化系统。以及北航高效数控加工技术研究应用中心在“万台数控机床效率提升工程”中自主研发的e-Cut和X-Cut仿真优化系统，已成功应用于航空航天、电子、模具等制造业的零件加工和科研过程中。

的优化方法

数控切削参数优化是指在给定机床、刀具和零件的实际约束条件下，以选定的切削效率、经济性、质量或综合目标函数为目标，利用优化方法获得主轴转速、进给速度和切削宽度等参数，并实际应用于数控加工。对于铣削过程，上述铣削力学/动力学模型可以用来计算和预测机床、刀具和零件的相关约束变量，并进一步引入切削力、加工稳定性、切削功率、主轴扭矩、刀具变形、切削线速度、每齿进给量、刀具耐用度和切削温度等约束，从而优化铣削的切削参数。

本研究的重点是通过铣削过程中切削力学和动力学的仿真来优化切削参数。因此，测试机床、刀具和工件的机械和动态特性是主要依据。

基于铣削过程的机械/动态仿真过程主要包括：基于机床主轴和刀具系统动态特性的锤击实验和工件材料的材料切削力系数实验，通过信号采集和处理获得机床模态参数(或频率响应函数)和切削力模型中的系数，并将相关参数和系数发送到“动态仿真”和“机械仿真”模块。经过仿真计算，得到了切削过程的“稳定区域曲线”和切削参数的“约束区域”。在此基础上，进行“切削参数优化”，实现“优化切削加工的实际应用”，参数也可以提供给切削参数数据库。

数控切削动力学仿真优化系统的开发

基于数控切削过程的力学、动力学模型和仿真优化方法，北航高效数控加工技术研究与应用中心研究团队基于“X-Cut”的成熟应用，研发了“e-Cut”数控切削动力学仿真优化系统，实现了与国外Cutpro仿真系统的无缝嵌入。其主要功能模块如下：

1.频域模拟功能模块

摇动

振稳定域曲线仿真：仿真预测给定切削条件下的数控铣削加工过程中的颤振稳定域曲线(Stability Lobes)。

3D颤振稳定域图：对加工过程中变切宽情况下的颤振稳定域进行仿真计算，进而预测出切削加工时变切宽情况下的颤振稳定域图（主轴转速-切宽-临界切深），并可在 “主轴转速-切宽-临界切深” 中给定一个参数的截面上确定另两个参数的关系。

颤振频率仿真：仿真预测给定切削条件下发生颤振时所对应的颤振频率。

2.时域仿真功能

切削力学仿真：对整体和镶齿两类铣刀，仿真预测给定切削条件下的数控铣削加工过程切削力、主轴转矩、切削功率等切削过程变量。

切削力学批量化仿真：对整体和镶齿两类铣刀，批量化仿真预测多组切削条件下的数控铣削加工过程切削力、主轴转矩、切削功率等切削过程变量。

3.切削参数优化功能

通过设定优化目标（材料去除率、加工成本、综合优化）、约束条件（刀具属性、工件属性和约束设置）、优化区间（主轴转速范围、进给速度范围、轴向切深范围、径向切宽范围）和待优化参数（主轴转速、进给速度、轴向切深、径向切宽组合）后，通过仿真计算获得满足约束条件下的参数可选区域。

4.工件材料切削力系数及辨识功能

提供了典型和常用工件材料切削性能参数库，用户在仿真和优化时可以直接调用，并允许用户采用从系统材料库中选择或自己添加工件材料切削性能数据，构建用户材料库，便于用户快捷、方便地查找和应用。

此外，可在对工件材料进行切削力测试实验基础上，电脑锣加工|机械零件加工|东莞CNC加工中心|东莞高速电脑锣加工采用切削力辨识功能模块处理获得工件的切削力系数，该模块具有“基本信息”、“数据处理”、“参数辨识”和“切削力还原”等功能。

Cutpro系统除了具有普通铣削加工过程力学/动力学仿真优化的功能外，还可对车削、镗削、插铣和钻削等切削加工过程进行力学动力学仿真和切削参数优化。基于Cutpro和CAD/CAM数控程序仿真功能进一步开发的MACHpro则可以在加工零件的数控程序代码基础上，对与零件铣削过程走刀路径相关的切削力学/动力学进行仿真，优化切削参数和数控程序。此外，数控加工过程力学/动力学仿真优化系统还可与数控切削工艺数据库相结合，一方面可实现已有基础工艺数据的快速查询、获取及利用，另一方面还可解决数据库中的工艺参数的优化、更新和进化。

航空零件数控铣削加工-机械零件加工

CNC加工

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