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題圖 波音787飛機(jī)的鈦合金使用量大大超過了以前各商用飛機(jī)的機(jī)型。其他的新型飛機(jī)也使用相當(dāng)多的鈦金屬材料。在飛機(jī)制造業(yè)供應(yīng)鏈中，鈦金屬材料的加工能力將必須擴(kuò)大，以滿足實(shí)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(gè)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(jī)前座的情況下，Portland工廠的工作人員，就會在最初的時(shí)候，將重點(diǎn)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(qiáng)力銑削的加工方式，其要求非常高，以至于他們希望通過機(jī)床的剛性來確定加工這一工件究竟能達(dá)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(xiàng)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(jī)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(jī)床相同。

  
      然后是發(fā)動機(jī)尾座的加工（圖1）。這一部件的加工需要剛性極高的一臺機(jī)床。在這里，對加工操作的分析顯示，要求機(jī)床達(dá)到頂級切削扭矩，這超過了任何候選機(jī)床所能達(dá)到的水平。但機(jī)床制造商三井精機(jī)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(jì)，以滿足這一扭矩需求。

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

      Lovendahl先生說，對所需機(jī)床的加工能力進(jìn)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(jī)械師都可獲取的公式，就可以對加工操作進(jìn)行逐一評價(jià)。他說，凡是涉及到價(jià)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(jī)床，這主要是因?yàn)樵诤娇蘸教旃?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(jī)尾座用的加工中心。鈦合金的加工需要特別關(guān)注機(jī)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(diǎn)看起來似乎是非常明顯的，而且也是非常重要的。對于一個(gè)大型鋁制工件來說，其最重要的機(jī)床加工參數(shù)（除了機(jī)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(shí)冷卻液沿著推力方向上的傳送量（圖4）。以前，機(jī)加工車間對于鈦合金加工所需的相應(yīng)機(jī)床參數(shù)，也許從來沒有仔細(xì)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(jī)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(gè)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(rèn)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(yàn)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(jià)將會更大。

   
      刀具第一

      Lovendahl說，根據(jù)分析表明，實(shí)際上，在尋求最合適型號的加工機(jī)床時(shí)，首先應(yīng)該從刀具開始考慮。 加工車間往往先從機(jī)床開始考慮，而不是先從適合于該工件加工的機(jī)床用刀具開始考慮。然而，對于一個(gè)飛機(jī)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(jià)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(jī)床所需的切削參數(shù)，看一看究竟應(yīng)推薦使用哪一種機(jī)床。 

      他說，這一工作不一定由加工車間單獨(dú)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(diǎn)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(jìn)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(jì)算出每一次主要的機(jī)加工操作所需的驅(qū)動馬力和扭矩，以及每一次鉆削運(yùn)動時(shí)所需的推力。Lovendahl先生說，這樣做至少可以提供兩個(gè)很有價(jià)值的好處：其中一個(gè)好處是可以簡化搜尋合適加工機(jī)床的過程，要么是選用一臺新的機(jī)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(jī)床才能適合這一工件的加工。 

      另一個(gè)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(gè)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于該工藝的其他扭矩要求。那么重新改變這一步驟，同時(shí)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(jī)床上應(yīng)用這一流水生產(chǎn)工藝。第三個(gè)好處正如過去波音公司在加工發(fā)動機(jī)尾座時(shí)的情況一樣，如果無法立即獲取適當(dāng)?shù)募庸C(jī)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(jī)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(dá)到波音公司的要求，需要在一定程度上關(guān)注機(jī)床的低頻動態(tài)剛性，他認(rèn)為這一剛性應(yīng)超越任何其他機(jī)床已經(jīng)達(dá)到的設(shè)計(jì)水平。該公司進(jìn)一步優(yōu)化了加工中心的設(shè)計(jì)，盡可能降低機(jī)床的振動，這一點(diǎn)在以前一直是非常重要的，甚至在強(qiáng)力切削條件之下。現(xiàn)在， 因這一加工項(xiàng)目而購置的HS6A型機(jī)床，能夠在6342鈦金屬的切削加工中，達(dá)到262.2cm3/min(16in3/min）的金屬切削率，這主要是因?yàn)椴ㄒ艄具x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(jī)床，其中兩臺專門用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)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(gè)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(jī)床，他們認(rèn)為在事先不可能精密地制訂出一項(xiàng)工藝規(guī)范。例如刀具的磨損就是一個(gè)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(dá)到這一等級的精度水平。但選用合適的機(jī)床確實(shí)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(jī)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(jī)床中按照其加工能力和性能尋找和選用合適的機(jī)床。在合適的環(huán)境條件下，這些等級中的任何機(jī)床都可能是正確的選擇，有時(shí)候，所有這些機(jī)床都可以加工高價(jià)值的零件。因此，即使在這些普通級別的機(jī)床中選擇，對于加工車間來說可能是困難的，其選用的機(jī)床不是水平太低，就是價(jià)格太高，不符合實(shí)際要求。 

      簡而言之，對所需機(jī)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(jī)床。他說，如果沒有數(shù)據(jù)，要更好地達(dá)到這一目標(biāo)是不容易做到的。