加工效率與精度是金屬加工領域追求的永恆目標。隨著數控技術、計算機技術、機床技術以及加工工藝技 術的不斷發展，傳統的加工理念已不能滿足人們對加工速度、效率和精度的要求。在這樣的背景下，複合加 工技術應運而生。一般來說，複合加工是指在一台加工設備上能夠完成不同工序或者不同工藝方法的加工 技術的總稱。目前的複合加工技術主要表現為2 種不同的類型，一種是以能量或運動方式為基礎的不同加工方法的複合;另一種是以工序集中原則為基礎的、以機械加工工藝為主的複合，車銑複合加工是近年來該 領域發展最為迅速的加工方式之一。
目前的航空產品零件突出表現為多品種小批量、工藝過程複雜，並且廣泛採用整體薄壁結構和難加工材 料， 因此製造過程中普遍存在製造週期長、材料切除量大、加 工效率低以及加工變形嚴重等瓶頸。為了提高航空複雜產品的加工效率和加工精度，工藝人員一直在尋求 更為高效精密的加工工藝方法。車銑複合加工設備的出現為提高航空零件的加工精度和效率提供了一種有 效解決方案。
與常規數控加工工藝相比，複合加工具有的突出優勢主要表現在以下幾個方面。
(1)縮短產品製造工藝鏈，提高生產效率。
車銑複合加工可以實現一次裝卡完成全部或者大部分加工工序，從而大大縮短產品製造工藝鏈。這樣一方 面減少了由於裝卡改變導致的生產輔助時間，同時也減少了工裝卡具製造週期和等待時間，能夠顯著提高生產效率。
(2)減少裝夾次數，提高加工精度。
裝卡次數的減少避免了由於定位基準轉化而導致的誤差積累。同時，目前的車銑複合加工設備大都具有在 線檢測的功能，可以實現製造過程關鍵數據的在位檢測和精度控制，從而提高產品的加工精度。
(3)減少佔地面積，降低生產成本。
u 雖然車銑複合加工設備的單台價格比較高，但由於製造工藝鏈的縮短和產品所需設備的減少，以及工裝夾具數量、車間佔地面積和設備維護費用的減少，能夠有效降 低總體固定資產的投資、生產運作和管理的成本。
複合加工的關鍵技術
儘 管複合加工具有常規單一加工無法比擬的優勢，但實際上目前在航空製造領域裡車銑複合加工的利用率並未得到充分發 揮。其關鍵原因在於車銑複合加工在航空製造領域的應用時間還比較短，適用於航空零件結構工藝特性的 車銑複合加工工藝、數控編程技術、後置處理以及仿真技術尚處於摸索階段。為了充分發揮車銑複合加工 設備的效能，提高產品的加工效率和精度，必須全面攻克和解決上述關鍵基礎，並實現集成化應用。
1 車銑複合加工的工藝技術
與常規加工設備不同的是，一台車銑複合加工中心實際上相當於一條生產線。如何根據零件工藝特性和車 銑複合加工的工藝特點制定合理的工藝路線、裝卡方法和選用合理的刀具是實現高效精密加工的關鍵。
工 序集中是複合加工最為鮮明的工藝特點。因此，科學合理的工藝路線是提高車銑複合加工效率和精度的 關鍵因素。以圖1 所示瑞士寶美公司的S192F 銑車複合加工中心為例，該機床具有五軸銑、車削、鏜削、鑽孔、鋸斷以及自動進料等功能，採用FANUC 31i 數控系統，具有刀矢平滑、超強前瞻、高速插補等功能，特別適合軸類、迴轉類等零件的高速精密加工。在航空葉輪加工中，該加工中心具有突出的優勢。當採用棒 料作為葉輪毛坯時，常規的葉輪加工工藝路線 首先利用數控車床車削葉輪外部輪廓，然後精車加工基準;在此基礎上利用五軸數控加工中心進行開槽、粗加工、半精加工以及型面和輪轂的精加工;最後在五軸加 工中心或鑽孔設備上進行孔加工。而採用S192F 銑車加工中心不僅可以通過一次裝卡完成上述工藝的全部加工，而且當採用棒料進行加工時還可以通過鋸斷、自動送料等功能實現葉輪的批量加工，整個過程無需人 工干預可以全部自動完成。其工藝路線的設置可採用如下方式：主軸裝卡棒料→粗車葉輪外部輪廓→精車 外部輪廓→五軸銑削開槽→流道粗加工→流道半精加工→流道精加工→鑽孔→背主軸裝卡→車削葉輪底部平面→鑽 孔。可以看出，一次裝卡即完成全部葉輪加工工序，加工效率及精度可以得到大幅提高。
對於具 有雙刀架的車銑加工中心(如圖2 所示奧地利的WFL 車銑複合加工中心)，雙刀塔的設備都具有雙通道的控制系統，上下刀架可單獨控制，同步加工可以通過代碼中的同步語句來實 現。為充分發揮設備的加工能力，可以在加工條件允許的前提下，通過雙刀架的同步操作實現零件的多個 工序同時加工。可以通過上下刀架的同步設置，在粗車外形的同時完成內孔的粗鏜加工，從而進一步提高 加工效率。通過上下刀架的同步運動，完成一系列孔的加工，不僅提高了加工的效率，同時還可以通過鑽 孔軸向力的相互抵消來減少工件變形的影響。為實現這種功能，需要在前期工藝設計的時候對工藝方案進 行系統深入的研究，確定工藝路線的串行和並行順序，並通過對加工程序的合理組合實現上述功能。
2 車銑複合加工的數控編程技術
車 銑複合加工技術的發展，也對數控編程技術提出了更高的要求，這也是製約車銑複合加工設備在實際生產應用中的一個瓶頸環 節。由於車銑複合加工投入實際生產的應用時間較短，在沒有專業的複合加工解決方案的情況下，通常是 利用通用CAM 軟件規劃出部分加工程序，然後工藝人員再對程序進行手工整合，以滿足複合加工機床對加工程序的要 求。這種解決方法對工藝人員的要求非常高。與傳統的數控編程技術相比，車銑複合加工的程序編制難點主要體現在以下幾個方面。
(1)工藝種 類繁雜。對於工藝人員來說，不僅要能掌握數控車削、多軸銑削、鑽孔等多種加工方式的編 程方法，而且對於工序間的銜接與進退刀方式需要準確界定。因此在進行數控編程時，需要對當前工序加 工完成後的工序模型和加工餘量的分佈有直觀的認識，以便於下一道工序的程序編制和進退刀的設置。
(2)程序編制過程中的串並行順序的確定 必須嚴格按照工藝路線確定。許多零件在車銑複合加工中心上 加工時可實現從毛料到成品的完整加工，因此加工程序的編制結果必須同工藝路線保持一致。同時，對於 多通道並行加工也需要在數控加工程序編制的過程中進行綜合考慮。可見，為實現高效的複合加工應該發 展工藝- 編程- 仿真一體化的工藝解決方案。
(3) 對於車銑複合加工的某些功能，目前的通用CAM 軟件尚不支持。與常規單台設備加工相比，車銑複合加工具備的機床運動和加工功能要復雜的多，目前的 通用CAM 軟件尚不足以完全支持這些先進功能的程序編制，如在線測量、鋸斷、自動送料、尾座控制等。因此，利 用通用CAM 軟件編制出來的程序仍然需要大量的手工或交互的方式才能應用於自動化的車銑複合加工。
(4)加工程序的整合。目前通用CAM 軟件編制完成後的NC 程序之間是相互獨立的，要實現車銑複合這樣複雜的自動化完整加工，需要對這些獨立的加工程序進行集成和整 合。 這種整合必須以零件的工藝路線為指導，首先確定出哪些程序是並行的，然後對不同工藝方法的加工 順序進行確定，並給出準確的換刀、裝卡更換、基準轉化以及進退刀指令等。
可以看出，車銑複合加工數控程序編制難度非常大，而目前的通 用 CAM 軟件用於車銑複合加工仍然存在很多缺陷和不足。為彌補這些不足，在現有通用CAD/CAM 軟件的基礎上開發適用於產品工藝和復合加工設備的專用編程系統是一種更為現實的解決方案。這一方面 降低了軟件購置的重複投資，同時也能避免由於編程平台不統一而造成的工藝知識不能重用、人員配置複雜等缺陷。
3 車銑複合加工的後置處理技術
與數控編程技術相對應，車銑複合加工由於工藝方法複雜、運動部件多等原因，從而對目前的後置處理軟件及技術提出了更高的要 求。與常規數控設備相比，其後置處理的難點主要體現在以下幾個方面。
(1) 不同工序間的銜接運動要求嚴格準確。由於在車銑複合設備上進行的加工工藝種類繁多，因此在當 前工序加工完成之後必須及時、準確地完成加工方式、刀具、運動部件的自動切換，以保證加工過程的正確和安 全。為了達到這個目的，一方面要求設置合理的進退刀方式以及自動換刀、冷卻液開和停的時機，另外更 為重要的是在進行當前工序加工時需要設定其他非運動部件所處的位置。這樣才能避免機床在換刀和加工 過程中運動部件與非運動部件之間的碰撞，確保加工過程安全穩定。
由於復合加工中工藝路線相對較長，依靠人工去對後置 完成後的NC 代碼進行組織和集成不僅效率低而且也容易導致錯誤的發生。理想的解決方法是在後置處理過程中能夠對 加工順序和刀位文件中蘊含的工藝方法進行自動判定，並能在後置處理完成後的NC 代碼中自動保持。為此，數控編程完成後的刀位文件信息中不僅需要包含相應的工藝方法、刀位信息，還 需要包含對應的加工順序、所採用的刀具種類和編號，這樣才能在後置處理的過程中達到工藝順序、工藝方法和刀具的自動判 定。
(3)不同加 工方式的後置處理技術。車 銑複合加工的後置處理程序不僅要求能夠實現多軸數控銑削、車削、鑽削加工的後置處理，還要能夠實現鋸斷、自動進料、尾座控制以及程序循環調用等功能，車銑 複合加工的後置處理算法基本上囊括了現有數控加工所有工藝種類的後置處理方法，並且還要能夠實現不同加工方式之間的無縫集成和運動銜 接。
(4) 控制系統先進功能的充分利用。目前用於車銑複合加工中心的數控系統都是非常先進的控制系統， 如寶美S192FT 採用的FANUC 31i系統、WFL 150 採用的SINUMERIK840D 系統。這些先進的控制系統大都具備進給自動優化、刀矢平滑、超強前瞻以及高速、高精度插補等先進功 能。因此，必須要將這些先進數控系統的功能反映在後置處理階段完成的加工代碼中的合適位置，才能實現 車銑複合加工設備效能的充分利用。
(5) 非切削功能的處理和調用。複合加工機床除了具備車、銑、鑽、鏜等切削功能外，還具備在各工序 之間過渡所需的非切削功能，如自動送料、卸料、主軸對接、尾座控制等。在後置處理中需要將這些功能 作為一個公用模塊供程序調用，調用的順序和時機需要根據工藝路線來確定。這些功能目前的後置處理軟 件尚不能提供。
4 車銑複合加工的仿真技術
車 銑複合加工由於運動部件多、功能複雜，程序編制完成後的加工仿真就顯得尤為重要。由於我國航空製 造廠車銑複合加工投入實際生產的時間較短，目前還沒有成熟的仿真應用技術，因此大部分廠家是通過試切加工來驗證和優化程序，這就導致工藝準備週期長、研製 風險和加工成本高。
為了提高車銑複合加工的應用水平和編程效率，必須大力推動仿真技術的應用。目前用於車銑複合加工仿 真的軟件主要有TopSolid、Gibbs 等，但這些軟件普遍價格昂貴，我國航空製造領域引進較少。實際上，實現車銑複合加工的仿真也可藉助 目前的通用數控加工仿真軟件(如Vericut、NCSimul 等)，根據車銑複合加工設備的結構、運動特點、特殊功能及數控系統，通過定制及宏功能開發實現加工過程的運動仿真。
利用通用的數控加工仿 真軟件實現車銑複合加工的仿真需要首先在仿真係統裡構建相對真實的機床環境，重點在於機床各運動部件之間的相對運動關係和幾何位置關 係的建立。在此基礎上，建立加工過程中所採用的刀具庫及相應的刀具編號。然後配置機床設備的數控系統和數控程序的加工基準，並將後置完成的NC 代碼載入仿真係統中，即可執行加工過程的仿真工作。與常規數控加工不同的是，有些功能(如多通道加 工、尾座控制等)還需要通過宏功能的開發和定制來完成。
車銑複合加工技術的應用前景及發展建議
近 年來，車銑複合加工中心在我國飛機、航空發動機以及附件廠等航空製造廠家都有引進。設備類型主要集 中於奧地利WFL 公司的車銑複合系列產品和瑞士寶美公司銑車複合加工中心等。但由於投入實際應用的時間不長，普遍缺乏 與產品工藝特點和設備工藝特性相適應的成熟的加工工藝、編程手段和後置處理等技術手段。因此，目前 引進的車銑複合加工設備基本上處於相對較低的運行水平。
航空產品製造過程中面臨的主要問題突出表現為工藝路線長、工藝過程複雜、加工效率低、加工變形嚴重、加工成本高，車銑複合加工無論是在飛機製造還是在發動 機製造領域都有著極為廣闊的發展空間。
如 飛機機身整體框的銑削加工通常要經過下料/ 毛坯製備、基準加工、粗加工內形、粗加工外形、精修基準、半精及精加工內形、半精和精加工外形、孔加工、鉗工修整、檢測等數十個工序、多次翻轉裝夾才能完 成。而目前航空發動機領域的整體葉盤加工也是採用整體鍛造毛坯，經過車銑、銑削、拋光、表面處理及 強化、檢測探傷等幾十道工序才能完成。這些零件往往製造週期長，佔機時間通常達到幾百小時，而且加 工過程中都需要使用多台不同類型的數控機床和大量的夾具、刀具、測具等。另外，裝卡的反復更換不僅 造成零件製造過程中的等待時間過長，影響生產週期，而且也會造成裝卡誤差的積累，從而影響零件的尺寸精度和加工結果。
車銑複合加工可以通過一次裝卡實現上述典型航空零件的全部或大部分工序的加工，從而為複雜航空零件的高效、精密加工提供了一種新途 徑。其應用優勢主要體現在以下幾個方面：(1)裝卡次數顯著減少，提高加工效率的同時消除因機床和 裝卡方式的改變而導致的誤差。
引用出處：
http://tw.myblog.yahoo.com/lifung-biz/article?mid=4396&prev=4397&next=-1
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