CAD/CAM软件助力小型加工企业进军航空航天领域

作者:CNC Software 文章来源:MM《现代制造》 发布时间:2019-04-09
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通常一些航空航天的订单会涉及许多耗时的文档审查流程,这会使生产前的确认过程变得很漫长, 相应的实际生产时间会被严重压缩。

Kormachine公司是一家位于美国得克萨斯州的新兴制造业加工企业,由Kaspar Colter先生创立于2015年。公司成立之初,由拥有各种金属加工经验的Kaspar及拥有 30 年 CAD/CAM 经验的生产经理 Bob Bassett负责工厂生产技术研发。现今,Kormachine业务来自航空航天、铁路、石油和天然气等多个不同行业。Colter说道:“每个行业的客户所要求的交期不一样,比如航空航天、铁路等行业要求的交货期一般是3~4周 , 石油和天然气行业一般是6~8周。某些原型制作订单,所要求的交期则更短。Kormachine的竞争力,来源于为客户提供准时、准确,定制化的生产服务。”

目前Kormachine公司约25%的业务来自于为航空航天业加工提供零件定制以及批量生产服务。例如,用于连接固定直升机旋杆的螺栓,飞机的箱体外壳等。对于客户的维系和拓展来说,快速而准时的交期十分重要。公司的订单从单件零件定制到1500件左右的批量生产。因为在质量与交期上的坚持,Kormachine迅速在业内获得良好口碑,Space X也依靠Kormachine在紧张的时间内制作原型零件用于测试。

CAD/CAM软件助力小型加工企业进军航空航天领域

通常一些航空航天的订单会涉及许多耗时的文档审查流程,这会使生产前的确认过程变得很漫长, 相应的实际生产时间会被严重压缩。Kormachine的应对之道,是利用相关文档转换器直接将 CATIA,CATPART  和 CATPROCUT 文件导入CAD/CAM 软件 Mastercam进行加工编程。数控程序员可以在Mastercam中直接导入带历史编辑记录和备注的CATIA V5文档,或直接读取某些CATIA文件,并在Mastercam生成实体模型。“在进行加工生产时我们一般不会碰到什么困难。这是我们的强项。”Colter说道,“例如,通过Mastercam的文件转换器,我们可以读取CATIA图档并完成加工。有的航太公司仅能提供 CATIA图档,另一些则会提出特定需求,这些需求我们都能满足。”

在进行加工前,Mastercam的验证模块可以对加工过程进行模拟,这样可以大大减少加工时间,缩短交期。“在后处理之前,Mastercam可以对刀路进行验证,在上机加工前,我们可以对后处理结果进行分析,保证实际加工万无一失。”Colter说道,“我们所使用的后处理程序十分强大,软件的本地服务团队对我们的需求响应迅速,为我们解决了不少问题。”

Kaspar表示,航空公司的工程师经常会提供Mastercam for SOLIDWORKS®格式的零件图档,要求程序员分析其中实体模型的表面曲率,用以识别零件中需要进行倒扣加工之处和最小半径。“因为通常情况下没有图纸,我们会通过实体模型去分析零件。在实体上创建线框十分有用。我们也可以在软件中自己创建实体模型。我们公司有一个程序员专门负责使用 SOLIDWORKS 绘制3D实体模型。”Colter说。直观友好的软件界面使CAD设计与CAM编程之间的切换更加快捷简便。

CAD/CAM软件助力小型加工企业进军航空航天领域

在进行编程时,CAM软件中的多轴刀路提供了多种高速刀路选项。对于传统的轮廓加工和钻孔加工,多采用Dynamic Motion动态刀路。动态加工技术可以在进行加工时使刀具负载保持稳定;采用特殊的算法在生成刀路时自动检测毛坯材料的变化,最大限度的减少刀具破损率,提高刀具寿命。在机床条件允许的范围内,以最快的速度进行加工,可缩短近25%~75%的加工时间。对于一些更复杂的几何图形和型腔加工,Colter用动态优化粗切刀路进行编程,结果更为精确。在进行切削时会用到刀具的整个侧刃长度,以大切深小切宽的方式,快速完成目标模型的粗加工。多轴加工中,还用到五轴侧刃铣(SWARF)。

Colter回忆到,曾经有一次,来自一家航空公司的15位工程师给了他一个零件,没有图纸,没有实体模型,需要进行逆向工程。这个原始零件已经有些扭曲和变形,客户想以现有零件为基础进行形状修复,并重新构建一个实体模型。Kormachine团队集思广益,通过逆向工程和CAD设计去生成和修补 破损的原始零件模型。最终通过共同努力,新的实体模型和最终复原的零件得到了客户的认可。“在Mastercam 中打开由SOLIDWORKS创建的实体模型的好处在于可以看到实体模型的历史记录,”Kaspar说道,“可以根据历史建模记录在Mastercam绘制线框并生成实体模型,有利于后续更精准的编程操作。虽然说会在编程前多花一些时间,但可以在编程时省下更多的时间,我们自己构建出了实体模型。”为了在两周内将这个零件交付给客户,工程师利用Mastercam中的“建模功能”对模型进行了大量的调整,最后再进行实际的刀路编程。根据Kaspar所述,工程师将刀路分成各个部分,然后再将他们组合在一起观察整体加工效果。“我们可以根据毛坯的形状调整毛坯模型,然后再根据需要进行去除或添加。”

这个零件的外形尺寸为3 ft×3 ft×1 ft,材料包含Inconel,铝,不锈钢和一些铜钎焊,公差是+/- 0.005 in。针对节省加工时间,Kaspar表示,“加快切削速度能更快的完成零件加工。通常切削速度取决于一系列因素,被加工的材料、切削刀具以及切削方式。合理的切削刀路可以提高加工效率和刀具寿命。在进行槽切时选择动态刀路,可以使用铣刀的3/4侧刃长度进行开粗,能高效快速的加工至槽的底部。加工时间的长短是我们在进行切削时非常注重的一点。”当进行大切深切削时可以挖掘机床潜力,使机床以更高的进给和转速运行。有时,Kaspar和Basset可以以11 000 r/min的主轴速度进行切削。

加工中保持刀具与材料均匀接触,保持稳定负载可以避免刀具在高速铣削或车削加工过程中断裂。有助于降低废品率,节省成本,特别是在加工Inconel,哈氏合金(Hastelloy)钛合金等高端材料时。“当进行第一次加工时,我们也不希望产生废品。利用动态刀路加工可以大大降低废品率。”

Mastercam的刀路模拟功能可以帮助Kormachine估算复杂零件的加工时间。创建刀路后通过刀路模拟功能很快可以得到有关切削时间和效率的信息。这些信息在向客户报价时十分重要,特别是有些客户需要在24~48 h之内了解到报价及交期信息。

Kaspar和Basset有两个班次进行轮班生产。他们的机床包括一台通用五轴联动铣床,多台立式加工中心,以及一些带有刀库的多主轴车床。

有时候表现最好的机床也需要帮助,Kaspar依靠他的Mastercam经销商,MLC CAD System(德克萨斯州奥斯汀)提供培训,后处理定制等服务。“就在几个星期前,当我们处理一个非常复杂的零件时,Mastercam代理商的快速响应帮助我们解决了问题。他来到现场与我们花了四个小时解决了问题。我们的后处理定制需求一般可以在24~48 h之内得到满足,这帮了我们很大的忙,我们的机床不会为此停机。”Kasper说。

作为一个团队进行协作并充分利用其制造的能力,帮助Kormachine获得了AS9100D认证,并能够快速,完美地提供给客户复杂的零件和原型。 正因如此,他们才能在航空航天领域不断建立良好的声誉,获得更多订单。

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