快速铣削和车削操作的新功能使最新的 CNC 机器控制能够提高航空航天生产力
这台飞机涡轮发动机的关键部件必须进行高精度加工。在航空航天领域，就像在所有制造业领域一样，竞相追求更快、更自动化和更互联的加工操作。在过去几年中，航空航天制造商一直在稳步推动更多类似汽车的自动化，以提高生产力并更有效地处理商业航空领域的大量订单积压。当今大多数主要机器控制开发商提供的关键航空航天和国防 (A&D) CNC 控制功能包括用于缩短零件周期时间的更快切削操作技术，以及更顺畅、更高效的精确度
制造商利用大数据和工业 4.0/智能制造的联网机床推动制造业数字化，这也对数控机床产生了重大影响控制开发商提供 A&D CNC 用户。数字化趋势扩展到包括机器编程和零件编程之间更复杂的链接。此外，航空航天领域的其他一些主要趋势包括机器人的更广泛使用以及用于加工许多航空航天部件的复合材料的更新方法。
数字化和机器人化
其中之一西门子工业公司（伊利诺伊州埃尔克格罗夫村）的数字工厂应用工程师 Gabe Manescu 表示，航空制造业面临的最大挑战在于使用数字设备在正常工作时生成的数据。 “典型的 CNC 控制器会生成大量数据，这些数据可能包含未知的值 u直到这些数据被分析并以其他方式使用，”马内斯库说。 “在控制器上生成允许收集此类数据的新接口让位于新技术。例如，通过将 Sinumerik CNC 控制器连接到仿真系统，例如我们的 NX–MCD [Mechatronics Control Designer] 平台，我们可以获得虚拟机器模型，其中现在包括物理行为和真实控制器 [Sinumerik CNC 或 Simatic PLC ]，包括其前端 [HMI]，如有必要。使用此工具，可以在非常接近现实世界的条件下开发、测试和优化机器功能。通过这种方式，我们为 [人、机器和工件] 提供了最大程度的安全保障。”
在西门子，这个解决方案就是虚拟调试，Manescu 说。 “我们认为这是对‘快速-安全-精确’三分法的回答，”他补充道。 “数字化力量的另一个例子是我n 使用分析工具通过检查系统工作时生成的数据来研究机电系统的行为。该工具为用户带来了增加正常运行时间和资产可用性、资产优化和维护效率的好处。”
五轴机器技术帮助 FANUC CNC 机器控制从难以切割的材料（包括 Inconel）中切割精密零件。 随着机器人化，航空航天可能会采用比过去更多的自动化。西门子工业公司航空航天市场经理 Daniel Martinez 指出：“机器人正在迅速成为航空航天和国防领域的真正成功故事。西门子通过为 CNC 提供三种类型的机器人集成，将机器人提升到一个新的水平。” Martinez 说这包括 Siemens Sinumerik Integrate Run My Robot/Easy连接，通过即插即用集成快速连接。他说，这种集成主要用于机器管理，有助于机器人和机器控制器之间的通信和协调。
Sinumerik Integrate Run MyRobot/Handling 功能允许没有特定机器人知识的用户编程和他说，操作机器人，因为一切都通过 Sinumerik Operate 进行连接。最后，Martinez 说 Sinumerik Integrate Run MyRobot/Machining 通过集成 Siemens PLM Software 的 NX CAM 编程和 VNCK（虚拟 NC 内核）为用户提供连续路径控制。 “一段时间以来，一直在推动使用机器人进行去毛刺和表面处理等二次操作，”Martinez 说。 “该解决方案允许以与用于轻型切割应用的五轴机床相同的方式对机器人进行编程。”
快速、高效的加工
毫无疑问，持续的数字化制造商演艺处于当今航空航天趋势的最前沿。 “过程数据跟踪与制造系统的集成可能是最明显的趋势，”发那科美国公司（密歇根州罗切斯特山）航空航天项目经理 Rick Schultz 指出。 “CNC 必须轻松获得可用于各种数据分析系统的关键性能数据。
“另一个不那么明显的趋势是从机器编程到零件编程的趋势。在航空航天领域，机器种类繁多，由于传统方法和过程认证困难，编程方法通常效率低下且不灵活，”Schultz 补充道。 “机器的多样性和由此产生的 CNC 应用程序的不一致性造成了编程的差异，从而导致制造延迟和显着的支持成本。”
CNC 开发人员需要协助行业采用现代的以零件为中心的编程方法，Schultz 指出，在利用的同时现代 CNC 的处理能力可以执行诸如实时样条算法之类的事情，从而缩短周期时间、提高零件质量并使制造过程更一致/更容易维护。 “这种思维方式的改变是一项艰巨的工作，”他说，“但生产设施的长期回报是巨大的。”
专为航空航天而设计的零件程序可帮助 CNC 操作员更多地切割零件效率更高，精度更高，尤其是在航空航天加工操作中经常遇到的轮廓部件上。
Heidenhain Corp. TNC 640 CNC 上的高级动态预测等新机器控制例程帮助用户削减航空航天高精度零件。航空机械师的新趋势包括更多自动化流程，例如 s 的自动化Okuma America Corp.（北卡罗来纳州夏洛特）CNC 产品专家 Brad Klippstein 指出，五轴铣床和车床的设置，例如 Okuma 用于其 OSP 控制的五轴自动调整功能。他说，Okuma 的大多数航空航天客户都在 Okuma 五轴 MU 系列机床上加工零件，尤其是在公司的 Multus 车床上。 “现在我们看到体积误差引起了相当大的牵引力，我们的五轴自动调整使用户能够轻松进行调整，使用算法来设置机器控制的参数。”
此外，动态刀具负载功能为 Okuma MU 系列铣床提供了新的控制功能，Klippstein 说。 “它的目标是航空，因为它适用于难以切割的材料，如铬镍铁合金，”他说。 “它有助于跳动，因为随着刀具旋转，它会自动调整每个刀片的进给率。假设您需要更换工具。它会自动为您更改速率 - 它会在刀具运动时动态均衡切削力。
“新算法可以做到这一点，为您提供相等的切削力，”Klippstein 说。 “我们的目标是延长刀具寿命，根据我们所做的研究，不锈钢的刀具寿命提高了大约五倍，钛的刀具寿命提高了大约两倍。”
精密自动化
航空航天 CNC 中添加的大部分自动化都围绕着精密加工。 Heidenhain Corp.（伊利诺伊州绍姆堡）的 TNC 产品专家 Julian Renz 指出，借助最新的 Heidenhain TNC 640 CNC，航空机械师可以实现监控功能的自动化并消除生产中的一些人为因素。 “对于航空航天，自动化变得更加重要，”Renz 说。 “我们的高级动态预测 [ADP] 是一项可实现更好平滑的功能。这是一个算法，如果有太多的数据点，它可以修复
自动化可以减少或降低操作员干预的需要，特别是在监控功能方面，Renz 说。优化和平滑技术可以消除零件上的颤动。
“基本上这是我们的路径控制概念。我们使用公差带代替样条曲线来连接数据点。它让用户决定公差的宽度，并在控件的后面确定相应的加速度和加加速度值。因此，您可以使用我们的控制轮廓循环让 CNC 保持在这些参数范围内；它称为 Cycle 32。”
新的高级动态预测还在 CNC 的前瞻功能中发挥作用，帮助确定在切割过程中它可以向前看多少条线，他补充说。
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对于 Siemens Sinumerik CNC 用户，该公司的 Top Surface 轮廓加工提供更好的表面光洁度。 “带有 Top Surface 的 MDynamics 的功能是一个新的选项，”西门子的马丁内斯说。 “我们正在独立于 CAM 系统，从而实现最佳表面质量。”
Top Surface 选项提供三个关键功能，他说，包括表面质量增强，通过对角刀具路径进行精加工。 “[质量] 在双向铣削过程中显着提高，完全方向独立的相同平滑铣削路径，”Martinez 说。此功能为用户提供了轮廓公差和方向公差的预设值，并提高了与 CAD/CAM 中使用的计算公差的独立性。新的摩擦补偿还允许更平滑的完成。
他补充说，速度也得到了提高。 “由于使用 Top Surface 改进了刀具路径的平滑度，铣削过程趋于变得更加平滑。 …在某些情况下，当使用公差 ≥10 mm 时，可以减少加工时间。”由于它有效地使用更大的公差；他补充说，Top Surface 保持加速度和加加速度限制，在特定情况下，OEM 可能会增加特定于机器的动态参数，以缩短加工时间。他说，Top Surface 提高了准确度和精度，使循环 832 中的新功能“平滑”可用。
CNC 操作员想要什么
在航空航天领域，最常见的要求是FANUC 航空航天项目经理 Frank Nuqui 指出。 “总的来说，数据可访问性相对简单。 FANUC CNC 具有易于使用、定义明确的界面，可与任何制造系统或 OEE 式数据分析系统配合使用。
钛喷气发动机叶片是精密的使用最新的 Okuma Corp. OSP 开放式架构机器控制进行加工。“机械师正在成为行业中的稀有商品，主要设施中通常只有少数真正的机械师试图支持所有生产，”Nuqui 补充道。 “由于由此产生的难以置信的工作量以及出于认证原因需要对流程进行标准化，大多数机械师要求的是他们已经熟悉的功能，而不是新功能。在航空航天设施中，通常的做法是在新机器上采用最新的 FANUC 30i-B 控制，并以与 80 年代和 90 年代初期使用 CNC 相同的方式使用它。”
FANUC 正在努力帮助教育和简化机械师和程序员过渡到采用最新功能，并帮助设施从简化后处理器的新技术中获得显着好处，Nuqui 说。他补充说，加快从艺术概念到零件制造的时间缩短周期时间和提高零件质量也是目标的一部分。 “这是航空航天生产中最大的挑战之一——打破‘做我们一直做的事情’的循环，并步入现代 CNC 可以帮助实现的更高效的现代流程。
切割航空复合材料
航空航天 CNC 的另一个主要趋势是复合材料在机身部件中的使用激增，很难在不通过复合材料分层损坏工件的情况下切割这些部件。
“越来越多的客户需要先进的加工技术来处理复杂的碳纤维增强聚合物 [CFRP] 材料，”Fagor Automation Corp.（伊利诺伊州埃尔克格罗夫村；西班牙蒙德拉贡）中西部区域经理 Art Gugulski 说). “这些材料为轻质结构复合材料提供了高强度重量比、耐用性和极强的耐腐蚀性内容。处理这些材料所需的机器可能不像金属切削那样庞大，但另一方面必须配备高速主轴、大加工范围以及三轴和五轴应用中的高测量精度。”
Fagor CNC 系统通过先进的丝杠补偿表、轴交叉补偿和机器体积补偿——体积 3D 表补偿来应对这些挑战，Gugulski 说。 “所有这些表都连续应用于轴位置，以实现高水平的机器精度，”他说。 “将 CNC 补偿表与高性能的与温度无关的线性旋转绝对编码器相结合，Fagor 为 OEM 及其要求非常苛刻的航空航天机器用户创造了双赢局面。这种趋势将持续下去，因为碳纤维材料是航空航天应用的主要选择。”
为 Fagor 的航空航天 CNC 用户提供的一些功能包括：e 公司的 Finetune 自动调整软件，Gugulski 说。 “这是一个非常快速的过程，可以自动调整机器。无需高级调谐或控制系统理论知识即可验证机器设计，”他说。 “原始设备制造商为他们生产的每台机器配备了最佳调整，没有人为错误。所有这些都降低了机器制造商调试过程的成本，并为最终用户节省了成本。”
运动学校准使用户能够首次校准运动学，Gugulski 说，“并且每隔一段时间，重新校准它以纠正日常机器工作中可能产生的偏差。此功能允许机器用户确保认证过程所需的日常机器精度。”
A&D 机械师的其他 Fagor CNC 功能包括采用无线技术的新手轮、带 HSD 动态覆盖的高速表面精度、纳米插值Gugulski 说，用于平滑工具速度的高级算法，以及用于优化兼职时间的高级前瞻算法。 “机器操作员可以使用 HSD 动态覆盖实时覆盖高速表面精度算法的参数，”他说。 Fagor 的 CNC 还针对每种加工条件优化了 HSC 模式。
进入 IIoT 世界
如果不包括开发人员和用户在新技术中看到的内容，那么关于 CNC 开发的讨论将是不完整的智能制造和工业 4.0 的重要性，因为工业物联网 (IIoT) 的连接机器使车间数据的快速、实时共享成为现实。
制造业中连接更多机器的驱动力世界正开始形成势头，以前看不到这种需求的小店主现在对各种可能性很感兴趣。虽然对互联制造的需求根本不存在小商店，许多商店经理和老板现在想要更多。
Fagor 的机器动态覆盖算法可帮助操作员确保高精度切割，并根据机器控制的需要进行实时调整。“我们拥有将数据从预调器自动传输到机器控制系统以及检查运行时间等工具，”Heidenhain 的 Renz 说。 “生产数据监控在较小的商店中使用得不多，但它即将到来。”
“每个人都想要数据，每个人都知道所有的流行语和首字母缩略词。问题是目前很少有人清楚他们计划如何处理数据，”FANUC 的 Schultz 说。 “因此，到目前为止，我所看到的大部分互联制造工作都是细分市场规模小。在任何一家航空航天公司，都有多种截然不同的努力来进行互联制造。
“从 FANUC CNC 的角度来看，所有数据都可用且易于访问，”他补充道。 “访问数据是比较容易的部分——弄清楚如何处理这些数据是我参观过的大多数航空航天设施都遇到的难题。”
西门子开发了多种数字解决方案来满足机器的数字孪生需求西门子的 Manescu 指出，通过将机器完全数字化，“从而使 OEM 能够将机器推向市场，开发时间最多可缩短 30%，而且零件的视角随后可以重新运行到虚拟化环境中。通过这种方式，非生产性机器不再出现在车间，可以在机器制造之前评估和验证概念和新途径。同样，可以避免代价高昂的错误在发生之前进行编辑，因此验证测试几乎没有风险。”
