摘要 本文通过研究航空发动机中小型零件的加工切削过程及加工中的辅助过程，来实现加工全过程的高质量、高效率。主要利用对数控车床的棒材连续加工、数控程序的设计、刀具的磨损补偿、加工过程的断屑处理等方法进行加工实验，使加工全过程向着少人化、柔性化方向发展。
关键词 切削过程；辅助过程；少人化；柔性化
中图分类号V2 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）78-0039-02
0 引言
现阶段，数控机床已经普及，逐步替代普通设备占据机械加工行业的主流，而对于小型数控机床[1]来说，一般新设备的加工精度和重复定位精度均可达到0.005mm以内，加之刀具、夹具、加工材料等因素的影响，所加工出零件的尺寸精度一般可保证在0.02mm以内，甚至更精密，对于大部分航空零部件的加工要求均可满足。但对于国内航空业来讲，数控机床的利用效率仅在30%～40%之间，不能全负荷的工作。为提高航空发动机中小零件的加工质量、加工效率，本文通过对数控车床上料、刀具、数控程序的研究，保证了整个切削过程的连续。
航空发动机中小零件的原加工过程仅停留在单机加工，因为它与汽车的零件不尽相同，汽车的零件批量较大，但飞机发动机的零件属中小批量，这一点就对加工过程的柔性化要求较高，只有将加工过程的柔性增强，才能使自动化生产线[2]适应航空发动机中小零件的生产要求。那么，要实现自动化加工需要解决哪些问题呢？如何增强零件的加工柔性实现自动化加工呢？下面就以中小零件加工为例来阐述一下实现自动化加工的过程。
1 中小零件数控车自动化加工面临的问题
要实现自动化加工，首先要知道目前加工中人为干预的过程有哪些。面临的第一个问题就是当第一个零件加工完成切断后，如何将第二个零件的毛料伸入指定位置呢？传统的加工方式是运用手工方式进行拔料见图1所示。
首先，将刀塔上的刀座移至卡盘中心的前端，距卡盘端面的距离为能加工出一个零件的长度，然后用脚踩下卡盘松开踏板，卡盘自动松开后，用手将毛料拔出与基准面贴合，再用脚踩下卡盘夹紧踏板，卡盘自动夹紧后，将刀塔移出，开始加工。
第二个问题是在加工过程中，一些材料的韧性较强，这样铁屑不易折断，缠绕在刀具或零件上，如继续车削，极易造成打刀现象。传统的加工过程中是操作者要集中精力关注加工过程，在加工缠屑时，及时停车，将铁屑勾除，然后在重新启动程序进行切削。
第三个问题是在加工一段时间后，由于刀具磨损，造成零件的尺寸变化，一般情况下刀具磨损造成的零件尺寸变化最大可达0.2mm，虽然可满足一般性加工尺寸，但零件的尺寸一致性波动较大，数控机床的精密加工便无从谈起。
第四个问题是如果以上的问题全部解决，如何实现数控程序的循环加工，在程序循环加工过程中需要对刀具进行补偿，需要对加工零件的数量进行累计，需要对什么时候程序跳出停止作出判别等等。
2 问题分析
首先是上料过程，对于数控机床来讲，卡盘的松开、夹紧，刀塔的定位均可应用指令控制机床来完成。现阶段上料机可将毛料自动输送至指定位置，一般上料机主要应用于大批量生产中，多根棒材一次加工。对于航空中小零件中小批量生产的，还5有一些是单根棒材的加工，这样上料机的调整时间较长，不太适宜，为实现快速的生产转换，应运用拔料方式则为上佳选择。
第二，对于缠屑，可分为粗、精加工、钻削加工三个过程和刀具、零件的缠屑两个方面。粗加工铁屑较宽排出形式多为带状，精加工铁屑较窄，易卷曲，对于切削三要素中切削速度和进给量对其影响较大。在钻削加工中，铁屑极易随着工件的旋转缠绕在钻头后端上，如不进行清理，待缠绕的铁屑堆积后，易划伤零件表面或造成钻头折断。从钻头排屑槽中排出的铁屑一般为带状的更易造成缠屑现象，而铁屑的形状受加工要素中的切削速度和进给量影响较大，尤其是主轴的切削速度。
第三刀具磨损是切削加工中正常现象，一般情况下，刀具磨损分为三个阶段即：初级磨损阶段、正常磨损阶段和急剧磨损阶段。刀具初级磨损阶段，指在刃磨刀具时产生的刀尖边虚刃的磨损过程，一般为手工修磨出的刀具，对于现阶段机夹刀具来讲，多为模压成型的刀片，其过程对零件的尺寸影响不大。刀具正常磨损阶段，其刀片的具体消耗量，仍需要依实际加工而定，其加工磨损受零件材料、切削要素、刀具材料、刀具涂层等方面的影响。所以要想完成零件的自动化加工，就要有客观真实的刀具消耗统计数据，保证刀片使用到刀具急剧磨损阶段前进行更换刀片。
第四对于现阶段数控程序已经比较灵活，尤其是宏程序的应用，可以实现数控程序的跳转、循环等多项功能。为实现循环加工、刀具补偿、零件的数量累计、程序跳出、停止判别等项内容，需要设计数控程序的流程。
3 加工试验
根据以上分析，首先应用上料机实现多根棒材的连续上料，上料机与下文的拔料器之差别就是它能实现多根棒材的连续上料，上料机的连续过程这里就不详尽介绍了。下面就是自行设计制造了简易的拔料装置见图2，其分为三个部件，由拔料主体装置、卡片和两个紧固螺钉组成。
工作原理见图3所示。
因为对于应用棒材毛料加工零件时，均需要进行切断。现预加工出一个浅槽，应用此拔料器进行拔料。由于棒材毛料的直径不同，为适应各种规格的棒材，可制作不同槽口的卡片，进行更换卡片来适应毛料直径的变化。对于断屑方面在粗加工过程中实施暂停断屑，控制切屑过长现象的产生，而在精加工中采用刀具的断屑槽和高速切削进行断屑处理效果较好，一般在切削直径在ф10mm以上的零件，转速在4000转/min时，铁屑成碎片状，自然排出，无需进行人工去除铁屑。另外零件缠屑的问题还可通过改变进退刀的方向可解决此项问题，如加工完的零件上有着一个铁屑环等。钻头缠屑与切削用量关系较大，一般在10mm左右的钻头，当主轴转速在1600转/min以上时，切屑全部变为碎屑排出。对于刀具磨损后自动补偿的功能，经过在机床上实验，可通过G10指令再配以变量即可实现。具体指令应用如下：
G10 L14 P01 R-0.1；
其含义为：对01号刀具在直径方向补偿0.1×2mm。
4 试验结论
通过控制自行研制的自动上料装置的定位和设备卡盘的夹紧、松开，实现棒材的自动连续上料；选择合适的加工进给量、刀具排屑槽角度、程序中的暂停、提高设备的加工转速，使铁屑变形以实现加工中的断屑处理；数控程序中的宏变量对程序的循环次数进行控制，同时根据刀具的磨损规律进行程序自动补偿，使其循环加工；摸索刀具的磨损规律，同时开发设备的零件加工计数功能和刀具变量补偿方法，实现加工过程中刀具磨损自动补偿。零件加工过程中实现了数控机床的“关门”多件连续加工，这样就上述所提及的螺母零件来讲，使单件零件的平均加工耗时由原来15分钟缩短至现在的2分25秒，零件加工效率提高6倍以上，加工质量稳定，尺寸一致性控制在0.1mm范围内。
5 结论
本文通过以上对航空中小型零件在数控车机床上加工过程——零件的上料过程、装夹过程、排屑过程、刀具补偿过程，至工序零件合格交付给下工序的全过程研究，并针对加工过程中人为干预的过程做出了一些改进方案和创新加工方法，在加工的自动化、少人化方面做了一些工作，使整个加工过程人为干预的次数大幅减少。由于现阶段自动化程度的高低就决定着一个企业的质量和效率，我国航空行业的自动化程度仍然与先进国家的水平无法比拟，这里仅对目前我们航空中小型零件的加工进行了初步的总结和探讨，希望能对航空产品的自动化加工有所帮助。
参考文献
[1]岳锡芬.数控车床单机自动化的途径及若干技术问题[J].中国制造业信息化，2005，10.
[2]盛伯浩数控系统自动化的历史演进[J].金属加工（冷加工），2008，10.
