中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 （遼寧 110043） 楊金發(fā) 張 軍 楊 楠佟春雷 董 超 楊惠欣

高級(jí)工程師 楊金發(fā)

隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件的材料越來越難加工，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，大量新材料、新技術(shù)被引入航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件（見圖1）的加工中，這些先進(jìn)的加工技術(shù)不但能提高零件的加工效率，還能有效控制薄壁零件的變形，提高零件的加工質(zhì)量。

圖1 整體葉輪

全過程無人干預(yù)數(shù)控車削技術(shù)特點(diǎn)

全過程無人干預(yù)數(shù)控車削技術(shù)是指在零件加工過程中將加工刀具、加工參數(shù)及走刀路線在程序中設(shè)定并固化，以達(dá)到整個(gè)加工過程不需要人為調(diào)整就能加工出合格零件的加工方法。這種加工方式在國外的發(fā)動(dòng)機(jī)制造行業(yè)以及國內(nèi)其他行業(yè)的機(jī)械加工中已得到了廣泛的應(yīng)用，但在國內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造行業(yè)中技術(shù)還不夠成熟。

相對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)控加工模式，全過程無人干預(yù)數(shù)控車削技術(shù)的特點(diǎn)就是無人干預(yù)。這里所說的無人干預(yù)是指在零件的加工過程中，無人控制、無人換刀以及無人測(cè)量，是數(shù)控機(jī)床高智能化加工的完美體現(xiàn)。

刀具的選擇

編程人員在建立完加工模型后，首先要根據(jù)加工部位的特點(diǎn)確定加工刀具，刀具的選擇應(yīng)盡可能選擇少的種類，要保證機(jī)床刀具庫刀位數(shù)量夠用。加工時(shí)程序根據(jù)加工需要自動(dòng)從刀具庫中調(diào)用所需刀具，不需要工人根據(jù)工步卡按程序號(hào)調(diào)用刀具，所以在編程時(shí)需要用的刀具必須放在刀庫中指定的位置，否則程序中調(diào)用刀具一旦出錯(cuò)就會(huì)影響零件的正常加工。數(shù)控刀具一般以標(biāo)準(zhǔn)刀具為主。

加工路線的選擇

在零件的模型中要建立余量圖，將余量均勻地拆分，拆分余量以刀具的切削深度為標(biāo)準(zhǔn)。選擇合適的刀具編程，實(shí)現(xiàn)均勻去除余量。

同一種刀具去除余量過程中，如果走刀路線過長(zhǎng)、刀具磨損嚴(yán)重，無法用一把刀走完整條路線，可在路線中適當(dāng)位置安排暫停指令，工人可以在此處更換新刀片，此后繼續(xù)完成整條路線的加工。

走刀路線的安排是整個(gè)加工過程中最重要的部分，走刀路線要確保每刀的切削深度都在刀具的承受范圍之內(nèi)，刀具的切削過程最好是均勻地去除余量，如果局部余量過大，容易導(dǎo)致受力不均，造成刀具破損，從而造成零件表面超差。

編程時(shí)還須特別注意進(jìn)、退刀的位置。因?yàn)椴恍杓拥堆a(bǔ)值，所以不需考慮進(jìn)、退刀偏置情況，編程時(shí)的進(jìn)刀點(diǎn)就是實(shí)際加工時(shí)的進(jìn)刀點(diǎn)。進(jìn)、退刀點(diǎn)的遠(yuǎn)近要根據(jù)零件的實(shí)際狀況確定。

加工參數(shù)的設(shè)置

“無人干預(yù)數(shù)控車削”這種加工方式的換刀及對(duì)刀均是在程序中設(shè)定好的，選定刀具后進(jìn)行對(duì)刀，把刀長(zhǎng)和刀具半徑輸入到相應(yīng)的地址中后，將每把刀具放在刀庫中指定的位置，用程序自動(dòng)調(diào)用。

以某零件精車為例，采用數(shù)控立車加工，將工序所要用的7把刀放在刀庫中相應(yīng)的位置，并將刀位號(hào)記錄好，將每把刀的刀長(zhǎng)和刀具半徑輸入到相應(yīng)的地址中。本工序有一個(gè)刀桿需要放置兩種刀片，兩種刀片對(duì)刀時(shí)的刀長(zhǎng)及半徑存在差異，將兩種刀的兩個(gè)參數(shù)分別放在同一個(gè)刀位號(hào)的兩個(gè)不同的地址號(hào)D1、D2中。編程時(shí)使用這兩種刀具的地址號(hào)分別為D1、D2，不同刀具參數(shù)所放置的寄存器地址一定要與編程時(shí)所寫的地址一致。

編程時(shí)將對(duì)應(yīng)的刀位號(hào)在程序中設(shè)定好，調(diào)出刀具后利用對(duì)刀儀自動(dòng)對(duì)刀。

編程時(shí)，在需要換刀及對(duì)刀的位置編寫程序段，將程序段中刀具號(hào)及參數(shù)地址號(hào)按實(shí)際使用刀具修改，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀及對(duì)刀。

在程序中調(diào)出刀具后安排暫停程序，目的是讓工人檢查刀片情況，看是否能完成下一步加工，如果刀具磨損嚴(yán)重須及時(shí)更換，更換后方可繼續(xù)零件的加工。

“無人干預(yù)數(shù)控車切削”這種加工方式的另一個(gè)重要部分就是加工參數(shù)的固定。

以往的數(shù)控車加工過程中，工人大多通過機(jī)床上的倍率開關(guān)調(diào)節(jié)加工參數(shù)的大小，主要是進(jìn)給率。在非切削部分，工人將進(jìn)給率調(diào)至130%以減少空走刀時(shí)間，在切削余量增大時(shí)則將進(jìn)給率調(diào)至60%甚至更低，以降低刀具承受的沖擊。這些調(diào)整對(duì)整個(gè)加工過程都是有利的，但工人調(diào)整這些參數(shù)很可能出現(xiàn)人為失誤，會(huì)對(duì)零件的加工過程造成不良的影響。

“無人干預(yù)數(shù)控車削”這種加工方式通過細(xì)化余量及走刀路線，盡可能地減少空走刀路線，在空走刀時(shí)程序中加大進(jìn)給率；同時(shí)在余量驟增、驟減處自動(dòng)降低或增加進(jìn)給率。這樣，工人在整個(gè)加工過程中就不需要參與進(jìn)給率的調(diào)整工作了。

在走刀路線選擇的時(shí)候已將走刀余量細(xì)化均勻，在刀具進(jìn)入拐角之前應(yīng)降低進(jìn)給率至正常切削時(shí)的一半左右，在刀具走出拐角時(shí)將進(jìn)給率恢復(fù)正常，這樣就可以滿足無人干預(yù)調(diào)整加工參數(shù)的要求了。

這些工作都是在編程時(shí)做的準(zhǔn)備，在零件生產(chǎn)時(shí)可根據(jù)機(jī)床功率的變化情況對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。將空走刀路線縮短或提高進(jìn)給率；在功率大于正常值位置適當(dāng)降低進(jìn)給率。所有調(diào)整均在程序中進(jìn)行，調(diào)整后的程序繼續(xù)試加工零件，直至加工參數(shù)合理為止。

高級(jí)編程語言的應(yīng)用

對(duì)一些尺寸精度要求比較高的零件，就需要借助高級(jí)編程語言及先進(jìn)的機(jī)內(nèi)測(cè)量機(jī)構(gòu)來保證零件合格了。

加工一個(gè)精度特別高的零件尺寸是不可能一次加工合格的。由于加工時(shí)存在讓刀現(xiàn)象，所以往往加工后的實(shí)際尺寸和理論計(jì)算尺寸會(huì)有些許誤差。誤差的大小和零件的材料以及采用的刀具等諸多因素有關(guān)。如果要加工的尺寸很精，通常采取的辦法是在剩余余量很少的情況下不斷測(cè)量零件實(shí)際值，再根據(jù)測(cè)量實(shí)際值繼續(xù)上刀加工，直到尺寸合格為止。這種方法有兩個(gè)重要環(huán)節(jié)需要由工人完成，一是由工人使用測(cè)具對(duì)尺寸進(jìn)行測(cè)量；二是由工人計(jì)算實(shí)際值與理論值的差距，并將差值輸入機(jī)床里。理想的無人干預(yù)加工方式采用機(jī)內(nèi)對(duì)刀及測(cè)量?jī)x器在線測(cè)量來消除人為因素對(duì)加工造成的干擾。粗加工完成后程序暫停，機(jī)內(nèi)測(cè)頭對(duì)加工尺寸進(jìn)行在線測(cè)量，程序中將測(cè)量實(shí)際值與理論值進(jìn)行比較，若合格則進(jìn)行下一個(gè)尺寸加工，若不合格則根據(jù)兩者比較差值繼續(xù)上刀加工，直到加工尺寸合格為止。

這種加工方法完全消除了數(shù)控加工過程中人為因素的干擾，影響零件尺寸的關(guān)鍵因素都是在程序中進(jìn)行計(jì)算，這樣就避免了因人為失誤而造成的零件超差。人的主觀失誤是難免的，這種失誤不是單單靠硬性的要求就可以避免的，要想完全消除人為失誤，唯一的方法就是消除人的參與。無人干預(yù)數(shù)控加工方式就是消除人的參與的加工方式，除了消除人的干預(yù)，同時(shí)還要能檢測(cè)出設(shè)備的突發(fā)錯(cuò)誤，才能更好地保證零件的加工。設(shè)備突發(fā)錯(cuò)誤主要出現(xiàn)在測(cè)量方面，測(cè)量方面有時(shí)可能存在測(cè)頭損壞或測(cè)量位置不佳，需要在程序中限定上刀值，若根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果計(jì)算出的上刀值超出安全值范圍，程序應(yīng)暫停并報(bào)警 ，待問題解決后繼續(xù)運(yùn)行程序。

程序中完全消除人的干預(yù)是個(gè)理想的狀態(tài)，然而目前不是所有的數(shù)控車床都具備在線測(cè)量的功能，這樣就無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)計(jì)算及自動(dòng)上刀的過程。沒有在線測(cè)量就需要由工人測(cè)量零件加工尺寸，再根據(jù)測(cè)量尺寸上刀加工?？梢宰尮と溯斎霚y(cè)量的實(shí)際值，由程序?qū)?shí)際值和理論值進(jìn)行比較計(jì)算，再根據(jù)程序計(jì)算尺寸進(jìn)行上刀加工。這樣不需要工人對(duì)測(cè)量尺寸進(jìn)行計(jì)算，只需要工人測(cè)量出零件的實(shí)際值，并將實(shí)際值輸入機(jī)床（見圖2），避免了工人出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤的情況。在程序中還可以增加對(duì)輸入尺寸的限制功能，限制輸入尺寸的范圍可以有效避免工人輸入實(shí)際值輸錯(cuò)造成的零件尺寸超差現(xiàn)象。

圖2 車銑復(fù)合加工機(jī)床

要實(shí)現(xiàn)無人干預(yù)程序自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)上刀以及防錯(cuò)等功能，就需要高級(jí)編程語句。程序中要有完整的結(jié)構(gòu)，用以解決所有加工中可能出現(xiàn)的問題，消除人的因素在解決問題過程中產(chǎn)生的干擾，實(shí)現(xiàn)整個(gè)加工過程的無人干預(yù)式加工。

經(jīng)過程序調(diào)整之后，工人只需要在相應(yīng)的刀位上準(zhǔn)備好刀具，然后按下啟動(dòng)鍵就可以正常加工了。整個(gè)加工過程，工人不需再考慮下一刀刀補(bǔ)上多大、加工哪個(gè)部位需要調(diào)低進(jìn)給率等問題，這樣就大大減輕了工人在加工過程中的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了加工出錯(cuò)的幾率。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件材料大都為難切削材料，刀具極易磨損，因此對(duì)刀具壽命進(jìn)行精確的統(tǒng)計(jì)、掌握換刀的最佳時(shí)機(jī)尤為重要。“無人干預(yù)數(shù)控車削”這種加工方式的采用是通過減少零件生產(chǎn)過程中人的因素造成的誤差，從而提高了零件加工質(zhì)量。這種加工模式是將加工過程中需要由工人決定的問題在數(shù)控程序中解決，消除了由于人的主觀因素造成的零件尺寸超差。

結(jié)語

隨著數(shù)控車床越來越多地應(yīng)用到盤類、機(jī)匣類零件的加工中，傳統(tǒng)的加工方法已經(jīng)不能完全滿足生產(chǎn)的需要，無人干預(yù)數(shù)控車削技術(shù)將不斷完善，廣泛開展對(duì)數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀功能、刀具壽命管理、在線測(cè)量技術(shù)、零件變形控制及刀具切削參數(shù)優(yōu)化等相關(guān)技術(shù)的研究和應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件的高效率、高質(zhì)量和低成本加工。