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開發(fā)探索數控機床新功能突破航空制造瓶頸
閱讀：270 發(fā)布時間：2022-4-19
航空制造要求數控機床具有*性、集成性、柔性、高精度和高穩(wěn)定性。數控系統是數控機床的核心，是數控機床的大腦。
更快更強的數控系統使得數控機床具備更加強大的運算和處理能力，能夠完成更為復雜和精細的加工。復合功能使數控機床顯著提高零件的加工效率，機械加工趨向于高精度、多品種、小批量、低成本、短周期和復雜化的加工。隨著數控機床越來越多地被應用到航空零件的生產中來，航空零件的加工能力得到了明顯的提高，結構復雜零件型面能夠使用數字化加工完成，而其采用普通設備是很難加工的。
雖然零件的加工能力有所提高，但數控機床的應用水平還有待提高，不論是編程技術還是加工技術，都還有許多可以提升的空間。數控機床高級功能的開發(fā)，提高數控機床的加工效率，以及限度地發(fā)揮數控機床的*性已經成為技術人員面臨的難題。
1. 數控機床功能開發(fā)內容
航空制造數控機床功能開發(fā)包括以下幾方面內容：
(1)開發(fā)數控機床的硬件功能，比如鉆頭破損檢測功能開發(fā)，加工狀態(tài)下的刀長、半徑及機內自動測量功能開發(fā)。這類功能開發(fā)是針對部分數控機床引進時未配置在線測量裝置等硬件設施而言的，是將*的設備引入生產過程，從而提高生產過程的*性。
(2)將操作系統的高級指令引入生產過程，進一步發(fā)揮數控加工的*性。開發(fā)機床操作系統的高級指令，比如可編程的零點偏移、可編程的旋轉(多面加工)等。
(3)高級編程語言的二次開發(fā)，能夠更大程度地提高數控加工的*性。
借助高級指令編制有特定功能的模板程序，做有規(guī)律的計算， 對機床數據進行檢測、判斷，進而簡化、優(yōu)化加工過程或在加工過程中增加防錯功能，屬于采用已知系統高級語句編制模塊程序，更能有針對性地解決零件生產中遇到的問題。
2. 數控機床應用典型問題
數控機床應用中，常出現編程效率及加工效率較低，加工過程容易出錯的問題，比較有代表性的有：
(1)數控銑螺紋數控程序的編制需要計算的參數較多，編程過程相對復雜且易出錯，所以編制銑螺紋程序效率低且出錯率高。
(2)對于具有均布孔或均布槽的零件，加工每個孔都要執(zhí)行重復的數控程序，加工部位余量大時還需要重復調用同一條數控程序上不同的刀補值去除余量。
這種重復量較大的編程工作，工作量較大，編程效率低。重復的上刀工作量大，容易出錯。
(3)由于某些數控機床坐標軸行程所限，編程時不能采用循環(huán)模式，只能編寫點位坐標，編程效率低且容易出錯。
(4)加工過程中刀具的破損如果沒及時發(fā)現，很有可能造成零件的報廢。
(5)采用輪廓編程方式加工零件時，操作者需要在機床內輸入刀具半徑，輸入的半徑不同，刀具的切削軌跡也不一樣。輸錯刀具半徑容易導致零件超差。
(6)數控加工零件之前需要建立加工坐標系，操作人員需要將各坐標軸原點輸入機床中，操作者輸入參數時容易出錯。
3. 數控機床功能綜合開發(fā)
(1)防錯功能開發(fā)。通過操作人員來把關，防止錯誤發(fā)生，這種防錯方式的主體是人，實際操作過程中防錯的效果和人的能力及注意力有著直接的關系，不能實現99%防錯。采用特殊的技術手段來控制操作過程，由計算機來把關，滿足條件則加工，不滿足條件則停止，基本可以實現99%防錯。具體包括：
①鉆頭破損檢測功能開發(fā)。能在加工過程中有效地檢測刀具磨損情況，刀具受損后會報警，避免刀具受損繼續(xù)加工零件導致的零件超差。
②立式車床、臥式車床刀心對刀防錯功能開發(fā)，分別建立對刀點檢驗模板，加工前對對刀點進行檢查，如果操作者沒有修改對刀點，則程序中止，能有效避免零件超差。
③刀補防錯。建立刀具半徑檢查模板，加工前對刀具半徑值進行檢查，如果輸入的半徑值不符合要求則程序中止，能有效避免零件超差。
④G54銑加工防錯功能和數控車床加工G54防錯功能開發(fā)。這兩項分別建立坐標系檢測的子程序，程序運行前調用檢測子程序，如果坐標系有誤則程序中止，可有效地避免零件超差。
(2)數控機床功能綜合開發(fā)，實現“全程序無人干預”加工。“全程序無人干預”加工，是指被加工工件安裝在數控機床上后， 在沒有人工干預的狀態(tài)下， 一次程序啟動完成加工、檢測過程。它將過去產品質量和加工效率依賴于人員技能水平的傳統加工形式， 轉變?yōu)橛扇绦颉o人干預加工控制和設備功能進行保證的新形式，最終實現高效、精密、全程序和無人干預加工。
具體包括：
①固化刀柄、刀具，優(yōu)化切削參數，完成刀具壽命的精確統計；根據無人干預數控加工需要，優(yōu)化加工流程，增加測量程序，減少重復加工，并將原有的程序作為子程序串聯編制在加工流程程序中，同時將“自動對刀”、“測量暫停”及“提示指令”固化在流程監(jiān)控數控程序中，且在監(jiān)控程序中通過采用坐標系框架指令、刀具參數高級指令，實現對加工全過程進行監(jiān)控和管理。
②通過對刀半徑補償、刀長補償及坐標原點的監(jiān)控，消除操作者在數據錄入過程中的人為失誤，同時采用信息提示方式使操作更為簡潔易懂，更有效降低操作者參與率。
③坐標原點防錯，通過坐標和調整坐標數值的判斷，并在超范圍時報警，消除操作者在原點設置過程中誤操作。
④優(yōu)化切削用量；根據無人干預數控加工需要，優(yōu)化加工流程，減少重復加工，并將原有的程序作為子程序串聯編制在加工流程程序中。
⑤增加自動對刀指令，代替以往的人工對刀操作；同時將全部加工程序串聯，通過固化加工參數，使全過程加工自動完成。全過程實現無干預或少干預。
⑥數控車床在線測量技術功能開發(fā)。在線檢測可以顯著提升加工效率，避免脫機檢測返修帶來的二次裝夾定位，保證加工質量。可以對正在加工中的零件進行實時修正與補償，以消除廢次品的產生。擴大數控機床功能，改善數控機床性能，提高數控機床效率。對車削過程自動測量技術、刀具自動校正技術和刀具自動補償技術開展深入研究，可以實現某些加工、測量及刀具補償自動化完成，提高零件加工效率和數控機床利用率。
(3)開發(fā)機床復合功能，提高機床智能化水平。機床生產廠家應開發(fā)機床復合功能，大幅提高機床智能化水平。數控機床復合功能的實現，依賴于針對工件和刀具的實時檢測與智能判斷、數據運算、刀具管理及系統控制。高靈敏度的探針，高速處理芯片，體積更小、響應速度更快的傳感器和執(zhí)行器等自動化產品和技術將會得到廣泛應用。數控機床在編好程序以后，機床按照程序規(guī)定的命令執(zhí)行，在加工過程中，機床可以隨時監(jiān)測刀具是否出現磨損，主軸是否有發(fā)熱、振動等情況，可以隨時干預加工過程， 改變運行參數， 降低轉速、減少進給速度，保護機床或者停止運轉等。機床生產廠家應明確數控機床的發(fā)展趨勢，掌握數控機床發(fā)展方向，使數控機床功能復合化、智能化，從而滿足客戶的需求。