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題圖 波音787飛機的鈦合金使用量大大超過了以前各商用飛機的機型。其他的新型飛機也使用相當(dāng)多的鈦金屬材料。在飛機制造業(yè)供應(yīng)鏈中，鈦金屬材料的加工能力將必須擴大，以滿足實際需要。

      鈦合金是一種特殊的材料

      Lovendahl先生是Oregon州Portland市波音公司大型加工廠的一名生產(chǎn)專家。他和其他波音公司的工程師們在這里集中精力，向有關(guān)復(fù)雜的硬質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)件的加工發(fā)起了挑戰(zhàn)，他們?yōu)榻鉀Q這些挑戰(zhàn)問題而提出的解決方案，往往可以與該公司的供貨商們共同分享。他說，他自己的工作單位也經(jīng)常探討這個問題：對于一種特定的鈦合金零件，究竟應(yīng)該選用什么類型或什么水平的加工中心才是正確的選擇。

  
      例如，在需要加工波音787發(fā)動機前座的情況下，Portland工廠的工作人員，就會在最初的時候，將重點集中在尋找可供選用的和剛性最好的加工中心上。這種鈦合金工件大多要求采用強力銑削的加工方式，其要求非常高，以至于他們希望通過機床的剛性來確定加工這一工件究竟能達到多高的效率。然而，根據(jù)對這一零件最好的加工操作所做出的一項分析，包括一些新穎的切削策略，表明了其對扭矩的要求一定是很高的，但其最高需求的扭矩仍然在標(biāo)準(zhǔn)機床所提供的性能范圍之內(nèi)，基本上與波音公司目前已在生產(chǎn)中使用的機床相同。

  
      然后是發(fā)動機尾座的加工（圖1）。這一部件的加工需要剛性極高的一臺機床。在這里，對加工操作的分析顯示，要求機床達到頂級切削扭矩，這超過了任何候選機床所能達到的水平。但機床制造商三井精機公司（Mitsui Seiki）做出了回應(yīng)，他們將改變其現(xiàn)有HS6A型重型加工中心的設(shè)計，以滿足這一扭矩需求。

圖1 這些發(fā)動機尾座的零件是在低頻動態(tài)剛性設(shè)計的加工中心上加工生產(chǎn)的 

      Lovendahl先生說，對所需機床的加工能力進行這種分析是十分關(guān)鍵的，而且也是相當(dāng)容易的。采用任何機械師都可獲取的公式，就可以對加工操作進行逐一評價。他說，凡是涉及到價值較高的鈦合金部件，這種分析可能會明確地指出，其加工需要采用一臺新的機床，這主要是因為在航空航天供應(yīng)鏈中的加工車間，常常沒有適合于鈦合金加工的這類設(shè)備。相反，他們卻往往擁有專門用于鋁材切削加工的設(shè)備（圖2）。

圖2 這是一臺加工發(fā)動機尾座用的加工中心。鈦合金的加工需要特別關(guān)注機床的特性，但很多加工車間很少考慮這些問題

      鈦合金是一種不同的材料。這一點看起來似乎是非常明顯的，而且也是非常重要的。對于一個大型鋁制工件來說，其最重要的機床加工參數(shù)（除了機床的行程之外）可能涉及到主軸的轉(zhuǎn)速和驅(qū)動馬力。相反，對于鈦合金零件的加工而言，其最重要的參數(shù)則是主軸的扭矩以及鉆削加工時冷卻液沿著推力方向上的傳送量（圖4）。以前，機加工車間對于鈦合金加工所需的相應(yīng)機床參數(shù)，也許從來沒有仔細地考慮過。

圖3 Portland市的波音加工廠正在集中精力應(yīng)戰(zhàn)有關(guān)硬質(zhì)金屬、大型零件和復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的加工

圖4 主軸的扭矩不夠。機床整套系統(tǒng)的剛性對能夠有效地投入多少可使用的扭矩起著決定性的作用

       Lovendahl先生說，也許有人希望成為這樣的一個人：跑到老板的面前說，加工車間是不是需要添置一套新的加工設(shè)備？不過，他仍然認為應(yīng)該按照許多加工車間所希望的那樣去做，而不是通過一些已經(jīng)被驗證了的那種不太理想的工藝去加工生產(chǎn)鈦合金零件，如果試圖以這種方式為工業(yè)的變化提供服務(wù)，那么最終付出的代價將會更大。

   
      刀具第一

      Lovendahl說，根據(jù)分析表明，實際上，在尋求最合適型號的加工機床時，首先應(yīng)該從刀具開始考慮。 加工車間往往先從機床開始考慮，而不是先從適合于該工件加工的機床用刀具開始考慮。然而，對于一個飛機上使用的鈦合金零件而言，或?qū)τ谌魏纹渌笮秃途哂刑魬?zhàn)性的高價值零件而言，其更富有成效的生產(chǎn)方法是：首先確定最適合于這一零件粗加工、精加工和鉆削加工的刀具以及加工策略，然后再通過那些選用機床所需的切削參數(shù)，看一看究竟應(yīng)推薦使用哪一種機床。 

      他說，這一工作不一定由加工車間單獨完成。在工藝開發(fā)過程中，波音公司將與其供應(yīng)商共同合作。當(dāng)然，刀具公司本身提供的資源也是十分寶貴的。具有更豐富知識的刀具供應(yīng)商能夠提供適合于這一零件各種加工特點的高金屬切削率的刀具，以及有效使用這些刀具的正確方法和參數(shù)。 

      分析是直接從這里開始的。對于各種不同的操作和刀具而言，首先應(yīng)該考慮的是其理想的切削深度和進給速度，以及其材料系數(shù)和其他一些輸入數(shù)據(jù)，然后由加工車間計算出每一次主要的機加工操作所需的驅(qū)動馬力和扭矩，以及每一次鉆削運動時所需的推力。Lovendahl先生說，這樣做至少可以提供兩個很有價值的好處：其中一個好處是可以簡化搜尋合適加工機床的過程，要么是選用一臺新的機床，要么就是選用車間里現(xiàn)有的一臺設(shè)備。數(shù)據(jù)表中的這些數(shù)據(jù)就可以清楚地說明應(yīng)該選用什么樣性能的機床才能適合這一工件的加工。 

      另一個好處是，通過分析，也許能揭示出刀具和操作清單中的哪一個步驟應(yīng)該讓路。例如，有可能數(shù)據(jù)表中只有某一行數(shù)據(jù)表明，扭矩要求遠遠高于該工藝的其他扭矩要求。那么重新改變這一步驟，同時盡可能提高其余90%的金屬切削效率，這也許能夠使加工車間在某些更容易獲取的機床上應(yīng)用這一流水生產(chǎn)工藝。第三個好處正如過去波音公司在加工發(fā)動機尾座時的情況一樣，如果無法立即獲取適當(dāng)?shù)募庸C床，超過了某一極限，那么起主要作用的就不只是主軸的性能了，就要涉及到機床的系統(tǒng)剛性問題。一種剛性好的結(jié)構(gòu)，必須能夠支持高扭矩主軸。Mitsui Seiki美國公司的總裁Scott Walker先生說，在這一應(yīng)用領(lǐng)域，要達到波音公司的要求，需要在一定程度上關(guān)注機床的低頻動態(tài)剛性，他認為這一剛性應(yīng)超越任何其他機床已經(jīng)達到的設(shè)計水平。該公司進一步優(yōu)化了加工中心的設(shè)計，盡可能降低機床的振動，這一點在以前一直是非常重要的，甚至在強力切削條件之下。現(xiàn)在， 因這一加工項目而購置的HS6A型機床，能夠在6342鈦金屬的切削加工中，達到262.2cm3/min(16in3/min）的金屬切削率，這主要是因為波音公司選用的刀具和加工策略使這一零件的加工成為可能。目前，在波音公司的Portland工廠共有5臺這樣的加工機床，其中兩臺專門用于飛機發(fā)動機尾座的粗加工，而其余三臺專用于這些部件的精加工。 

  
      足夠接近

      Lovendahl先生說，其中有一個主要誤解妨礙了加工車間以他所描述的方式開發(fā)他們的加工工藝，他們首先提出了對加工操作的規(guī)范要求，然后再選用機床，他們認為在事先不可能精密地制訂出一項工藝規(guī)范。例如刀具的磨損就是一個變量，它對某一特定切削加工真正需要多大的扭矩有很大的影響。 

      然而，并不要求達到這一等級的精度水平。但選用合適的機床確實是至關(guān)重要的，盡管選擇的要求不那么嚴(yán)格。
與其說是在機床中精確地選用最合適的，還不如說加工車間更愿意由自己在通用型機床中按照其加工能力和性能尋找和選用合適的機床。在合適的環(huán)境條件下，這些等級中的任何機床都可能是正確的選擇，有時候，所有這些機床都可以加工高價值的零件。因此，即使在這些普通級別的機床中選擇，對于加工車間來說可能是困難的，其選用的機床不是水平太低，就是價格太高，不符合實際要求。 

      簡而言之，對所需機床性能的分析是必要的，很簡單，其主要目的是為了找到適合于該應(yīng)用領(lǐng)域加工所需的機床。他說，如果沒有數(shù)據(jù)，要更好地達到這一目標(biāo)是不容易做到的。