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      航空數控零件加工發展探索

      返回列表 來源: 發布日期: 2020-08-14 09:49:48

             隨著現代航空制造業的高速發展,數控零件加工技術已經成為飛機制造的關鍵技術之一。數控零件加工技術的進步使飛機設計理念發生了轉變,零件設計向整體化、復雜化方向發展,同時,設計理念的轉變也給數控加工技術提出了新的挑戰,如何高質量、高效率、低成本地完成大型零件的數控加工成為了必須攻克的難題。

             國外發達國家航空制造史很長,特別是飛機大型復雜結構件的設計、制造技術都已非常成熟。隨著近年來國內各類軍民機的研制,國內主要航空企業在航空數控加工技術方面積累了大量的技術經驗,解決了一系列關鍵技術難題,初步形成了以飛機大型復雜結構件制造為代表的關鍵技術優勢。但是,隨著我國大飛機項目的啟動,航空數控零件加工技術將面臨更大的挑戰,因此,我們在數控零件加工技術領域還需要不斷進行深層次的研究,以縮小和西方國家的差距。


      航空數控零件加工技術發展探索

      1 以產品特征成組劃分為基礎,形成專業化的精益生產線

             目前,在航空零件的大規模研制中往往面臨較大的被動局面,無法形成具有極大競爭力的核心技術優勢,其根本原因就在于原有的相對落后的生產資源配置和布局已經無法滿足當前研制需要,尤其是國家大飛機項目的啟動在給我們帶來極大機遇的同時也對現有的生產能力和制造技術水平敲響了警鐘。

             首先, 要確立零件族的概念, 應用成組技術建立典型零件族。其次,在確立典型零件族的基礎上,分類建立標準化的典型零件族工藝流程。

             最后,在標準化的典型零件族工藝流程的基礎上形成專業化、集成化的生產資源配置和布局,并最終形成各類典型航空零件的精益生產線。特別是對于大型結構件,建立專業化的典型零件生產單元對于提高其加工技術水平、降低成本尤為重要。 

      2 以裝夾快捷化為目標,形成高效可靠的裝夾技術

             對高速加工的數控設備來說,正確設計夾具、縮短夾具生產準備周期,實現零件在數控機床上的快速裝夾定位非常重要,能大大提高有效切削時間比例,保證加工質量,從而達到提高數控加工效率的最終目的。在傳統夾具體上,采用機械定位、人工夾緊和拆卸通常要花費大量的時間和人力,而高速加工大型工件時,采用半自動化或全自動化裝夾技術是非常有經濟價值的,液壓定位和夾緊非常有效。

             液壓夾具的主要優勢是節省夾緊和松卸工件時所花的大量時間,有關統計資料表明液壓夾緊相比機械夾緊節省約90% 的時間,縮小了生產循環周期,降低了成本。另一個明顯的優勢在于夾緊力在定位和夾緊過程中保持恒定不變,從而確保了同一道工序下加工質量的一致性。

             柔性夾具系統也是一種新型的替代傳統夾具的裝夾系統。目前先進的柔性夾具系統都具有自適應能力,針對產品變化實現自動化調整,從而適應了產品變化較大時的情況(如圖3 所示的空客-MELT 全自動柔性裝夾系統及生產線)。

      3 從常規切削向高速切削過渡,逐步實現無人干預高速加工

             現代飛機的高性能要求其結構具有輕量化、薄壁化和整體化的特點,零件須實現較高的精度和表面質量,傳統的低速加工方法已經難以滿足現代航空制造的需要。大量的型號研制應用證明,高速切削加工技術具有極大的優越性,不僅加工效率大大提高,零件的加工質量也得到提高。

             國內目前在高速加工應用方面和國外存在著較大的差距,主要表現在20000r/min~40000r/min 的大型高速銑削設備數量少,配套設備缺乏,技術經驗匱乏,嚴重制約了國內整體數控技術水平,未來無論在硬件環境的建設,還是應用技術的研究方面都需要投入大量精力。

      4 實現刀具資源的信息化管理及優化配置

             隨著產品任務量的加大、設備的增加,用于機械加工的刀具需求量也越來越大,品種也越來越多。但長期以來,刀具管理模式主要采用人工管理模式,刀具管理制度不健全,刀具庫房不規范,在刀具的集中配置方面不完善,嚴重影響了刀具管理水平,增加了數控加工的準備時間,制約了數控加工的效率和加工能力的進一步提高。隨著數控加工和刀具技術的高速發展,面對高效生產的挑戰和不斷降低制造成本的壓力,刀具的管理成為各制造企業日益關注的熱點。

             建立自動化、信息化的刀具管理存儲環境是解決目前刀具應用管理落后、低效現狀的有效途徑。可以通過植入芯片進行刀具的全生命周期管理,從而合理地應用刀具資源。

      5 深化仿真技術應用研究,推動數字化制造體系的建立

             隨著計算機技術的發展,數控加工仿真技術也得到了迅速的發展,尤其在航空、航天、國防及其他大規模復雜系統的研制開發過程中,數控加工仿真在減少損失、節約經費、縮短開發周期、提高產品質量等方面發揮了巨大作用。

             基于VERICUT 軟件構建的數控加工仿真環境實現了數控編程的虛擬制造,比刀位文件仿真更真實、直觀,極大地提高了數控編程的效率和質量。如圖4 所示為五坐標加工中心加工復雜肋零件時的仿真示意圖。

             仿真加工技術目前已經成為數控加工研制過程中必不可少的環節。尤其對于飛機大型復雜結構件來說,其材料昂貴、結構復雜、大量采用高速切削,相關設備極為昂貴。確保加工過程中刀具軌跡、切削參數的正確性、合理性,杜絕過大余量切削、碰撞干涉、超程等意外錯誤至關重要。因此,建立準確、完整的仿真加工環境是必要的。

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