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提高数控加工效率与潜能的研究(一)

2017/9/25    来源:互联网    作者:王华侨  张颖  孙焕军      
关键字:数控加工  设备潜能  刀具管理  工艺试验  后处理程序开发  仿真模拟  
提高数控机床加工的效率和潜能一直是各企业所追求的目标。针对军工企业现有数控机床应用潜能发挥所存在的共性问题,通过开展提高数控加工效能关键技术的研究,挖掘数控机床设备潜能、发挥机床的性能,提高现有数控机床的有限切削时间比例、产品数控加工效率、产品质量和检测效率,探索出提高数控加工效能的模式。

    1 引言

    军工系统通过近几年的技术改造,补充了一定数量的数控设备和装备,包括四坐标、五坐标高速加工中心、车削中心、数控磨刀机等高性能设备。80%以上的结构零部件实现了数控加工。数控加工中程序调整、工装夹具准备、刀具准备、零件检测等占用的时间较多,加工效率偏低。据统计,机床主轴运转占用的时间与其它活动占用的时间比例仅为40%,机床有效切削时间比例仅为30%,因此影响产品加工效率提高的因素主要为加工准备时间和切削参数的调整时间。数控机床是一个个孤岛,工艺参数不合理,加工效率低,机床利用率低;在数控加工仿真、程序优化、工艺参数库、制造资源管理等方面与高效加工需求存在一定的差距,极大地限制了数控设备加工效率的提高,制约了高效数控加工技术的发展。为提高数控加工效率,从减少加工准备时间,合理选择切削参数等方面着手,进行数控加工效率与潜能的研究是很有意义的。

    2 研究内容

    本文采取研究分析、独立开发、技术引进、工艺试验等方式,探索解决数控加工所存在的共性问题。将数控有效切削时间比例按照批生产模式提高70%,研制产品的有效切削时间提高45%。通过数控机床加工的仿真模拟,达到数控程序合格率99%。批产检测效率提高50%,研制提高20%。高速切削铝合金材料的去除率达到传统数控加工的3~5倍。围绕如下三方面进行了应用研究。

    (1)针对现有影响数控机床加工准备周期所占比重较大的共性特点出发,从快速装夹定位、刀具信息化建设与集中调配、多轴机床加工仿真模拟、数控加工产品高效检测等方面开展应用研究,通过缩短产品加工准备和检测周期,提高了机床的有效切削时间比例,从而提高数控机床加工的整体效率。

    (2)通过挖掘和发挥机床潜能,提高产品加工的效率和扩展机床加工产品对象的应用范围。针对数控机床加工特性引进OMAT优化切削系统开展应用、摸索铝合金材料极限切削工艺参数、扩展数控机床加工功能。利用OMAT系统,通过对数控机床主轴切削功率载荷优化,提高现有数控机床粗加工效率。根据不同类别的数控机床进行性能分类,针对典型的导弹铝合金材料和相适应的切削条件,研究铝合金材料的极限切削工艺参数。实现高速切削铝合金材料的去除率达到传统数控加工的3~5倍;通过扩展数控机床功能的研究,充分挖掘数控机床的潜能。

    (3)DNC建设与数控设备群数据采集系统,其目的是服务于生产作业管理和零部件在机床之间的生产调度,合理调配机床的使用效率。数控机床加工信息采集与监控系统是通过计算机网络对数控机床设备加工过程进行监控,对数控设备运行的全过程进行信息采集,包括机床空载、有效切削、产品加工数量、产品加工时间、机床停机状态、机床报警等生产信息和机床信息进行数据采集和监控,在以上信息的帮助下,生产管理者掌握了科学准确的实时生产信息作为生产管理的实时依据,能够更加合理地分配生产资源、安排生产任务、平衡生产、维护维修保养机床、人员调度和绩效评估等等,从而提高生产效率和设备利用率。

    3 方案措施

    3.1 快速装夹定位系统的应用研究

    随着研制产品的周期越来越短,产品的尺寸越来越大,整体件所占的比重增加。型号产品舱段的成型工艺方法与以前相比也发生了很大的变化,不仅种类增加,而且规格各异。这类零件直径在Φ600~1200mm,高度在400~1000mm,毛坯较重,型面复杂,全部要在加工中心上以内形夹紧进行两面加工。目前产品装夹定位采用手工打表找正的方式,采用压板螺钉夹紧,装夹不方便,平均产品一次装夹、找正时间为30min以上,而整个零件的加工时间仅为30-120min,其装夹找正时间所占比重太大。

    目前对产品进行快速装夹定位的工装夹具一般为三爪卡盘,但卡盘的最大自动定心直径在岳,Φ500mm以下。为了解决以上问题,针对此类产品的特点设计了一套快速装夹定位夹具。此夹具具有较强的通用性,可以实现产品的快速装夹和定位,既可以在加工中心上使用,也可以在车床上使用。夹具的设计,符合标准化、通用化的设计要求,填补了目前市场上还没有大直径自动定心卡盘的空白。快速装夹定位夹具的结构简图见图l、图2。

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    3.2 刀具的信息化管理和快速配置

    随着产品任务量的加大、设备的增加,用于机械加工的刀具需求量越来越大,品种也越来越多。但长期以来,刀具管理制度不健全,刀具库房不规范,在刀具的集中配置方面主要还是由机床操作工人来完成。以上模式严重影响了刀具管理水平,增加了数控加工的准备时间,制约了数控加工的效率和加工能力的迸一步提高。

    目前较为先进的存储方式是采用数控升降库或回转库,回转库存储容量大,更适合刀、量具的存储。国内外都有成熟的刀具存储库,国外如瑞士的卡迪斯,国内如辽宁润丰垂直升降库和数控回转库。图3为RFH-500B-22的数控垂直回转库。通过使用电子刀具库,其存储容量增加了2倍以上,库房面积缩小了50%以上,有效地利用了空间。

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    图3 数控垂直回转库

    通过刀具电子库与数控磨刀机的开发应用,降低了刀具成本,节省了刀具采购与准备时间,提高了数控加工有效切削时间比例,提高了产品研制效率。

责任编辑:张纯子
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