CAM 软件在车间 5 轴航空零件加工中发挥着关键作用

Linda Tool, 一家纽约机械车间,评估了 OPEN MIND Technologies AG 一款名为 hyperMILL® 的软件包,并研究了受到强烈推荐的 hyperMILL® MAXX Machining 功能,了解到它的一个创新编程功能能够使用锥度圆桶刀(也称为圆段立铣刀)大幅增加材料去除率。

若想在当今制造业中实现增长,车间必须强化运营、实现自动化、提高效率、采集和分析数据等,才能充分利用航空航天等蓬勃发展的行业机遇。实现这一目标不仅需要高精度的设备和先进的技术,还需要定义明确的策略和工序方法。

这正是纽约一家机械车间 Linda Tool 的经历,在 2008 年Linda Tool 正处在经济萧条的阵痛中,当时制造业像其他很多行业一样出现了严重的衰退,它的所有者 Mike DiMarino 先生得出这个结论。DiMarino 表示,“在萧条开始时,业务大为减少,我们意识到在每台机床上配置一名操作员的旧模式完全不可持续。因此,我们花了很长时间认真考虑自身的情况并得出结论,如果我们想要拥有未来,就需要一项全新的策略。”DiMarino 继续说道,“促使我们达成这一认识的一个诱因,是我们赢得一家大型航空供应商的零件制造合同,我们决定寻求更先进的加工。尽管肯定存在风险,但我们仍决定全力以赴,成为符合资格的免检入库航空二级供应商,并获得 AS9102 认证。”

要实现这样远大的目标需要采取很多行动,首先需要从 5 轴加工和先进刀具装备开始。对于一家以车削为主,在传统 VMC 上进行二次铣削的车间来说,这是一项重大的举措。DiMarino 凭借坚定地信念勇往直前,最终取得了所需的技术。在这个过程中,他和 Linda Tool 的生产经理 Dave Holmes 先生了解到,除了 5 轴机床和创新刀具装备,如果没有合适的 CAM 软件程序来执行工作,航空加工同样无法取得成功。

“我们需要一个高效、稳定的工序,这个解决方案完美满足这一点。我们非常高兴。”

Dave Holmes, Linda Tool’s 生产经理

挑战常规

无论是在纽约市从事获得环保肯定的精密加工,还是在经济衰退时期做出彻底改变的决策,Linda Tool 一直都在挑战常规。这家车间成立于 1952 年,如今拥有 28 名员工,坐落在布鲁克林的红钩区,藏身于路边一栋安静、不起眼的建筑中。但进入其中就能听到精密加工时的嗡嗡声,拥挤的车间中皆是尖端设备,包括 3、4 和 5 轴加工中心、多任务车床、CMM 等,正在持续加工航空国防、工业、医疗、石油天然气和通信等领域的零件。车间上方更为有趣,整个屋顶是一个花园,员工在精心制备的土壤中种上了蔬菜和花卉。Linda Tool 致力于减少碳排放。所有机床都配备集雾器,配有 HEPA 过滤的 HVAC 系统全天候运行,屋顶绿化能够减少供暖和制冷所需的能源,而且所有废物都会被回收利用。
也许 Linda Tool 非传统方法中最重要的因素是生产工序本身,它从终点开始,而非起点。Holmes 解释说,“对于我们 2008 年制定的新策略,一个重要方面是先仔细确定成品零件,然后规划出整个车间中的每个步骤,从而确保零件符合或超过设计要求。这在我们决定制造零件时便开始了,然后我们会记录整个车间中所有工序的每一步骤,从而节省时间并最大限度提高质量和产量。我们进行团队合作,应用制造工序研究法。”

发现新角度

这种工序研究法促使 Linda 成功得为加工 7075 铝起落架锻件找到了解决方案。Holmes 表示,“当一个巨大的航空机遇出现在我们眼前时,即加工一个具有窄小型腔内角的马蹄形平面零件,我们设法找出一种有效的方法使用端面切削、侧刃铣削或球头铣刀高效加工该零件。我们通过 Hermle C22 加工中心投资了领先的 5 轴技术,这是最适合该零件的机床,但我们无法确定如何开始加工。我们需要一种更加实用的解决方案来最大限度提高产量和效率。我们评估了 OPEN MIND Technologies AG 一款名为 hyperMILL® 的软件包,并研究了受到强烈推荐的 hyperMILL® MAXX Machining 功能,了解到它的一个创新编程功能是能够使用锥度圆桶刀(也称为圆段立铣刀)大幅增加材料去除率。”OPEN MIND 开发了锥度圆桶刀加工概念,这种加工使用具有大半径圆锥形的锥度刀具。最终,该软件与立铣刀结合,与使用球头铣刀的传统加工相比,这可节省高达 90% 的时间。
Emuge 螺纹立铣刀具有圆锥形刀坯,半径更大。与材料接触的大半径减少了所需的进给次数,因为每次进刀时可产生更大的半径,从而在平面、规则表面和内部型腔中,每个刀具路径移除的材料更多。
Holmes 表示,“我们与 Emuge 和 OPEN MIND 紧密合作,为零件编程并进行测试切削。我们需要一个高效、稳定的工序,这个解决方案完美满足这一点。我们非常高兴。”


图集


超级满意

测试验证了 Linda Tool 的观点,领先 5 轴技术是航空加工成功的关键因素,如果没有强大的 CAM 软件解决方案,这一切都无法实现。尽管 Linda Tool 通过 Hermle 和 hyperMILL® MAXX Machining 软件在 3-6 个月内循序渐进,缓慢谨慎地实施了新的 5 轴操作,以便让车间完全适应这种方法,但 Holmes 一次又一次见证了毫无阻碍的成功,这并不令人意外。Holmes 表示,“我们知道,OPEN MIND 是开发 5 轴技术的第一批 CAM 开发者之一,因此我们对 hyperMILL® 充满信心。从一开始就决定了我们能够得到这完美的零件。”
hyperMILL® CAM 软件可让用户利用众多强大 5 轴策略以最高效率加工极具挑战的几何形状、自由曲面和深腔。用户可根据几何形状和机床运动选择固定刀具角度的5 轴加工,自动分度或真正联动加工。所有刀具路径完全自动生成,并进行碰撞检查和避碰。

hyperMILL® MAXX Machining 的高性能套件提供钻孔、粗加工和精加工三个功能强大的模块,可实现最高的加工生产效率。5 轴螺旋钻孔可在使用标准刀具进行粗加工之前打开较大区域,并使用 5 轴螺旋刀具路径高效去除材料并排屑。为了实现快速可靠的加工,粗加工模块包含用于铣削螺旋和摆线刀具路径,以及用于识别组件内大内切三角形或圆形的选项,以便通过简化刀具路径最高效地加工组件,从而通过识别具有残料的区域完成型腔。根据实际切削条件动态调整进给速度,这可确保铣削始终以可能最高的进给速度执行加工,实现最佳的铣削路径和最大的材料去除率。支持使用 5 轴技术对棱柱和曲面零件表面进行高性能粗加工。
hyperMILL® CAM 软件中的创新算法可确保连续去除恒定体积的切屑。这可实现更高的利用率,同时刀具不会承受不必要的应力,粗加工速度较传统铣削最多可提高 70%。

凭借 hyperMILL® 的创新 5 轴切向平面加工,OPEN MIND 开发了一种独特的平面加工方式,当与锥度圆桶刀一起使用时,可将加工周期最高缩短 90%。此外,通过大半径锥度圆桶刀,可实现 6-8 毫米或更高的进给步距,从而能够实现异常平滑的表面光洁度并延长刀具寿命。
5 轴切向平面加工和 5 轴切向加工已用于 Linda Tool 航空起落架零件,非常适合难加工平面,同时精度还远超球头刀加工。所测量的粗糙度值通常比球头铣刀低 5-10 倍。
使用 hyperMILL® 软件进行的后处理几乎完美无瑕,可靠性堪称业内之最。Holmes 解释说,“hyperMILL® 的后处理非常快,但让我们印象最深的是可靠性和可重复性。最初 OPEN MIND 实施该解决方案并让我们大胆执行时,我是有点怀疑的,但事实证明他们是正确的。此工序非常稳定并通过我们车间的检验,我们在运行时不需要检查零件。事实上,如果我最开始就听取 OPEN MIND 的意见并相信它能立即奏效,那么我们至少可以节省 2 个月的时间。”Holmes 表示,“该软件运行良好并且对我们的产量至关重要,因此我们打算将 hyperMILL® 整合到整个车间。它还有助于建立良好的关系。与 OPEN MIND 的合作一直都非常成功。他们的技术支持非常出色和及时。”Linda Tool 的一位程序员 Anna Litovskaya 补充到,“我对 hyperMILL® 非常满意。它对我非常有帮助,现在,我们编写的每个零件几乎都会用到它。”

飞得更高

自从大约 10 年前实施新策略以来,Linda Tool 发生了很大变化。业务已经翻番,并且现在已经成为享有盛誉的航空制造商,但其车间的员工人数并没有改变,这本身就能说明问题。DiMarino 指出,“过去,我们有四分之三的员工都在运行设备,如今这个数值不到一半。我们的灵活性更高,员工具有更高的技能,并且按照最优的工作流程进行团队合作。”可以肯定的是,技术在这种增长中也发挥着巨大作用。
DiMarino 总结道,“与诸如 OPEN MIND 等领先的技术专家合作也是这种成功不可或缺的因素。没有他们,我们就不能取得今天的成就。”

www.lindatool.com