匯誠汽車:CAXA制造工程師在高速加工技術中的應用

2020-03-12    作者:    來源:

公司簡介

北京匯誠汽車工程有限公司成立于1996年,主要生產汽車主模型和檢具。匯誠公司為上海汽車集團公司、廣州羊城汽車廠、沈陽金杯汽車公司、奇瑞汽車公司、昌河汽車公司、江鈴汽車公司、長安汽車集團公司、北方奔馳公司、吉利汽車公司、北汽福田公司、江淮汽車制造有限公司、長城汽車公司、濟南重汽、海南馬自達等國內多家著名汽車廠生產過汽車主模型和檢具。

軟件應用背景

本文所介紹的CAXA制造工程師在高速加工技術中的應用,其硬件主要使用了匯誠公司的兩臺意大利產大型高速數控銑,機床臺面均達到4500X2500mm。其中一臺是RAMBAUDI的DIGIMILL-40L,主軸最高轉速1萬轉/分鐘,最大進給速度15米/分鐘;另一臺是ARES48-26-PX5,主軸最高轉速2萬轉/分鐘,最高進給速度40米/分鐘。

匯誠公司從1997年就開始使用CAXA CAM軟件----CAXA制造工程師,應用于汽車主模型和檢具的生產。CAXA制造工程師是一套面向數控銑和加工中心機床的CAD/CAM應用軟件,功能強大、易學易用、工藝性好、代碼質量高,是數控制造的“核心”。在匯誠公司長期的使用中受到好評,不但降低了投入成本,而且提高了經濟效益。CAXA制造工程師包含2-5軸加工,融入了很多適用于高速加工的先進技術。作為管中窺豹,本文將簡單介紹其中一些亮點。

在高速加工中的應用

我們知道對于單一的凸形或凹形加工,適用等高線加工方式來切削,通過控制每層的切削量和每層的進出刀方式(如:采用毛坯外進刀,圓弧切入、切出方式)即可達到高速加工的需求。


圖表 1 簡單模型情況下 適用于高速加工的等高精加工軌跡

但是對于汽車主模型和檢具,其幾何形狀異常復雜。它的高速加工軌跡,不僅僅是需要處理軌跡層與層之間,下刀的切入/切出方式,還需要考慮順/逆銑的一致性、每層進出刀點位置優化、各種軌跡拐角的方式及速度控制等。其綜合后情況變得非常復雜。例如,當層與層之間的下刀方式設置為圓弧切入/圓弧切出,在上述簡單的純凸或純凹模型加工情況下,可認為給出圓弧的切入/切出半徑值,但當處理復雜模型時,這個切入/切出圓弧半徑很難人工給出了,需要通過復雜的算法進行判斷。因為復雜的汽車模型等高加工軌跡,每層軌跡的輪廓與島的形狀不盡相同,不可能以相同位置和相同進/出刀半徑處理,否則在高速精加工過程中會造成局部加工過切。


圖表 2 漸變的圓弧切入/切出半徑軌跡

上“圖表 2 漸變的圓弧切入/切出半徑軌跡”中顯示了CAXA制造工程師中等高線精加工方式中,對圓弧切入/切出的半徑處理情況。從中不難看出其每層深度的變化,切削空間隨之變化,而切入/切出圓弧半徑也發生了變化。

下面是CAXA制造工程師針對高速加工,兩種典型拐角處理情況:


圖表 3 適合高速加工的拐角軌跡1

圖表 4 適合高速加工的拐角2

“圖表 3 適合高速加工的拐角軌跡1”為CAXA制造工程師為往復切削開發的拐角處理方式;“圖表 4 適合高速加工的拐角2”為環形切削開發的S形高速切削行間拐角。

另外在汽車檢具的高速加工中,有很多尖角的棱邊,由于被加工材料為脆性材料,如果在軌跡上不作處理,加工過程中高速運動的刀具很容易破壞這些棱邊,尤其是過棱邊向下切削時。故在這類檢具的加工過程中,需要CAM軟件能自動生成對于尖棱邊的保護軌跡。


圖表 5 對尖棱邊保護的軌跡

在CAXA制造工程師中,除在軌跡形狀上針對高速加工做了很多工藝性處理,而且還在拐角加減速上做了處理。因為大多數高速加工機床均屬于高速輕載機床,匯誠公司的這兩臺大型高速機床均為高速輕載,如果機床控制系統本身不具備小拐角自動降速機制,則必須由CAM軟件提供。如果在汽車主模型和檢具的凹形拐角處沒有降速處理,機床主軸的負載會驟然加大,產生很大的沖擊,嚴重的會損壞機床。如果這個拐角處的壁厚較薄,則勢必造成拐角崩塌,后果也很嚴重!

CAXA 制造工程師中提供了拐角加工減速功能,它是在軟件中根據路徑的傾斜角度、角部角度、水平圓弧的半徑為依據,做一定范圍的降速調整。下面是CAXA 制造工程師中的幾種加工自動降速處理情況:

● 各要素傾斜度的減速——根據路徑的傾斜度降低送刀速度的功能。

●  描線角部減速——根據路徑的三維的角部的角度降低送刀速度的功能。

●  等高線角部減速——根據等高線路徑的角部的角度降低送刀速度的功能。

● 等高線角部半徑減速——根據等高線路徑的角部半徑的大小降低送刀速度。


圖表 6 減速變化實例——等高線角部速度變化

“圖表 6 減速變化實例——等高線角部速度變化”中,左邊的圖形為勻切削軌跡,右邊的圖形,在軌跡顏色深的圓弧拐角處發生了降速。


圖表 7 減速變化實例——掃描線角部速度變化

同圖表6一樣,圖標7中右圖中加粗部分軌跡為降速軌跡。

在后置處理方面,CAXA制造工程師可針對曲面加工作代碼優化。另外還針對西門子系統作了空間圓弧指令的支持,它可在復雜曲面加工中,將由直線差補組成的軌跡輸出處理為由西門子空間圓弧差補指令,這種處理方式將輸出的代碼軌跡更平滑,代碼量更精簡,非常適合復雜曲面(如汽車的主模型、檢具、模具等)的高速加工。

由于篇幅限制,這里僅對北京匯誠汽車工程有限公司使用CAXA制造工程師在汽車主模型、汽車檢具生產中,對高速加工技術應用作簡單介紹。

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