基于NX的航天产品高效加工路径规划

本文以航天产品中的难加工材料零件为例，介绍了基于NX CAM软件实现上述过程的一般性步骤，提出了一种针对难加工材料的高效加工路径规划方法，为航天产品实现高效加工提供一种切实可行的编程策略。

一、概述

与其他行业产品相比，航天产品零件具有一些显著特征，主要体现在以下几个方面。

①产品类型复杂，具有小批量、多样化特点。

②结构趋于复杂化和整体化，工艺难度大，加工过程复杂。

③薄壁化突出，变形控制极为关键。

④质量控制要求高。航天产品由于具有极高的安全性及系统稳定性要求，对产品质量的要求十分严格。

⑤产品材料多样。随着材料、冶金技术的发展，高强度钛合金、复合材料等应用范围和用量正在逐步地得到扩展，对航天产品数控加工技术的广泛性提出了要求。

由于航天产品结构复杂，对质量要求较高，因此对计算机编程软件提出了更高的要求，主要表现如下。

①要求CAM软件能够完成从2轴半～5轴的产品加工程序编制。

②提供广泛的CAD模型接口功能。工艺部门需要将设计模型数据100%转换后，编制数控加工程序，保证得到可靠的NC代码。

③加工过程的仿真功能。实时对数控程序进行机床仿真校验，防止机床碰撞。

二、基于NX的零件加工工艺准备

1.零件加工的特点

零件材料为铸造钛合金（图1），强度高、硬度大且冲击韧性大，加工硬化非常严重，所以切削时刀具磨损也非常严重，刀具寿命低；切削过程中的切削温度非常高，工件加工时产生的不良应力，切削时易产生较大的变形，影响零件的加工精度；要求加工设备的功率大，加工刀具应具有较高的强度和硬度。

2.零件加工工艺路线的制定

零件铸造余量为单边4mm，零件的加工工艺路线如表1所示。

根据拟定加工路线，利用NX的直接建模功能，在零件设计的模型基础上，生成两道铣工序的加工工序模型，如图2、图3所示。

利用NX的直接建模功能，无需考虑设计模型的建模方法和过程，即可快速生成各加工工序的工艺模型，为工艺人员节约大量的准备时间。

三、基于NX的高效加工路径规划

钛合金材料的特性决定了加工时切削速度不宜过高，以避免切削温度升高过快；切削曲面时尽量避开球刀的中心部位切削，避免刀尖挤压钛合金形成表面硬质层；加工钛合金时刀具的磨损主要在切削层接合处，如果能用不同的切削深度，可使工件材料表面接触到刀刃上不同部位，从而分散了刀刃磨损的区域，提高刀具的寿命。因此，在编程时要充分考虑零件的加工特点。

1.NX加工策略的选择

零件加工策略的选择，如表2所示。

2.NX加工环境的设置

NX软件在程序编制前，需要指定各工序的加工坐标系、零件模型、毛坯模型以及全局安全平面等信息，如图4所示。

3.刀具的创建

按照工艺路线中选用的刀具，在NX创建相应类型的刀具（图5），必要时可将刀柄信息一同创建，检查程序中的干涉情况。

4.加工工艺参数的设定

NX软件可以按工艺路线，创建各工序加工的余量、切削参数设置等信息，如图6所示。

5.粗铣四周的数控程序创建

在毛坯、零件、刀具及加工工艺参数设定完成后，利用NX软件提供的等高轮廓加工策略，设置跟随轮廓的螺旋下刀加工方式，生成针对航天难加工材料产品的高效粗加工轨迹，如图7所示。

6.精铣四周的数控程序创建

零件四周为直纹面，选择球头刀加工效率低，而NX能生成圆鼻刀插铣加工的刀具轨迹，如图8所示。在加工刀具直径相同的情况下，加工效率提高3倍多，并且大大降低了刀具成本。

7.零件的加工过程仿真

在加工刀具轨迹成生后，为了确保加工程序的正确性，可利用NX提供的仿真功能，进行实体加工仿真（图9、图10），检查加工过程的干涉和过切，以提高数控程序编制的质量。

四、结语

随着航空航天工业的发展，对材料提出了高强度、轻量化的要求，以钛合金为代表的难加工材料应用将会越来越广泛。而多数难加工材料具有很高的比强度、很好的耐腐蚀性和高温力学性能，这会导致材料的加工性能下降。发达国家的加工技术已日渐成熟，并进行了低成本难加工材料的应用，而国内的难加工材料切削加工效率还较低，高速切削应用比例较低。在数控加工仿真、刀具轨迹优化、工艺参数库以及制造资源管理等方面与高效加工需求存在一定的差距，切削路径不合理、机床利用率低等现状极大地制约了高效数控加工技术的发展，研究CAM软件在难加工材料的高效加工路径规划，对提高难加工材料的加工效率和降低成本有着深远的意义。