波音787飛機(jī)的鈦合金使用量大大超過(guò)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
波音公司稱，與其先從機(jī)床開(kāi)始考慮，還不如先從刀具開(kāi)始考慮。對(duì)于鈦合金材料的工件和其他高價(jià)值的零件而言，一份簡(jiǎn)單的刀具或操作數(shù)據(jù)表也許是加工中心選用過(guò)程中zui有利用價(jià)值的資料來(lái)源。
在未來(lái)幾年中，為什么對(duì)鈦合金的加工需求會(huì)如此快速地增加？因?yàn)樵诓痪玫膶?lái)，這種材料在飛機(jī)中的使用量將大幅度上升。
事實(shí)上，正如波音公司的steve lovendahl所指出的那樣，其在波音787飛機(jī)中使用的鈦合金量已超過(guò)以前所有波音機(jī)型的鈦合金使用量的總和。與此同時(shí)，這一飛機(jī)制造商的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也同樣在飛機(jī)中充分地使用鈦合金材料，還有新型軍用飛機(jī)，也在大量地使用著鈦合金。當(dāng)所有這些飛機(jī)全部進(jìn)入滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，對(duì)鈦合金零件的需求量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前飛機(jī)供應(yīng)鏈中現(xiàn)有的鈦合金加工能力。
因此，對(duì)于加工行業(yè)的供應(yīng)商而言，鈦合金材料的加工目前顯然是一個(gè)千載難逢的大好時(shí)機(jī)。
然而，lovendahl說(shuō)，在充分利用這一機(jī)會(huì)之前，這些供應(yīng)商中的大多數(shù)需要重新審視自身的加工方法和資源途徑。他說(shuō)，只有通過(guò)重新審核，才有可能針對(duì)實(shí)際需要來(lái)選購(gòu)新的機(jī)床。加工車間應(yīng)該認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。然而，未必一定要訂購(gòu)一臺(tái)價(jià)格昂貴的機(jī)床，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。
鈦合金是一種特殊的材料
lovendahl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?cè)谶@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(wèn)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(shuō)，他自己的工作單位也經(jīng)常探討這個(gè)問(wèn)題：對(duì)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(dòng)機(jī)前座的情況下，portland工廠的工作人員，就會(huì)在zui初的時(shí)候，將重點(diǎn)集中在尋找可供選用的和剛性的加工中心上。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(guò)機(jī)床的剛性來(lái)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(duì)這一零件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(duì)扭矩的要求一定是很高的，但其zui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(dòng)機(jī)尾座的加工（圖1）。這一部件的加工需要?jiǎng)傂?的一臺(tái)機(jī)床。在這里，對(duì)加工操作的分析顯示，要求機(jī)床達(dá)到*切削扭矩，這超過(guò)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(dòng)機(jī)尾座的零件是在低頻動(dòng)態(tài)剛性設(shè)計(jì)的加工中心上加工生產(chǎn)的
lovendahl說(shuō)，對(duì)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(duì)加工操作進(jìn)行逐一評(píng)價(jià)。他說(shuō)，凡是涉及到價(jià)值較高的鈦合金部件，這種分析可能會(huì)明確地指出，其加工需要采用一臺(tái)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(méi)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(tái)加工發(fā)動(dòng)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(wèn)題
鈦合金是一種不同的材料。這一點(diǎn)看起來(lái)似乎是非常明顯的，而且也是非常重要的。對(duì)于一個(gè)大型鋁制工件來(lái)說(shuō)，其zui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(dòng)馬力。相反，對(duì)于鈦合金零件的加工而言，其zui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(duì)于鈦合金加工所需的相應(yīng)機(jī)床參數(shù)，也許從來(lái)沒(méi)有仔細(xì)地考慮過(guò)。
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(duì)能
夠有效地投入多少可使用的扭矩起著決定性的作用
lovendahl說(shuō)，也許有人希望成為這樣的一個(gè)人：跑到老板的面前說(shuō)，加工車間是不是需要添置一套新的加工設(shè)備？不過(guò)，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(guò)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zui終付出的代價(jià)將會(huì)更大。
刀具*
lovendahl說(shuō)，根據(jù)分析表明，實(shí)際上，在尋求zui合適型號(hào)的加工機(jī)床時(shí)，首先應(yīng)該從刀具開(kāi)始考慮。
加工車間往往先從機(jī)床開(kāi)始考慮，而不是先從適合于該工件加工的機(jī)床用刀具開(kāi)始考慮。然而，對(duì)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(guò)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(shuō)，這一工作不一定由加工車間單獨(dú)完成。在工藝開(kāi)發(fā)過(guò)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(shí)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(kāi)始的。對(duì)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(dòng)馬力和扭矩，以及每一次鉆削運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的推力。lovendahl說(shuō)，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(jiǎn)化搜尋合適加工機(jī)床的過(guò)程，要么是選用一臺(tái)新的機(jī)床，要么就是選用車間里現(xiàn)有的一臺(tái)設(shè)備。數(shù)據(jù)表中的這些數(shù)據(jù)就可以清楚地說(shuō)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(guò)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*水生產(chǎn)工藝。第三個(gè)好處正如過(guò)去波音公司在加工發(fā)動(dòng)機(jī)尾座時(shí)的情況一樣，如果無(wú)法立即獲取適當(dāng)?shù)募庸C(jī)床，超過(guò)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(wèn)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(guó)公司的總裁scott walker說(shuō)，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(dòng)態(tài)剛性，他認(rèn)為這一剛性應(yīng)*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(dòng)，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?，F(xiàn)在， 因這一加工項(xiàng)目而購(gòu)置的hs6a型機(jī)床，能夠在6342鈦金屬的切削加工中，達(dá)到16in3/min（1in=25.4mm）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(tái)這樣的加工機(jī)床，其中兩臺(tái)專門用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾座的粗加工，而其余三臺(tái)于這些部件的精加工。
足夠接近
lovendahl說(shuō)，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(kāi)發(fā)他們的加工工藝，他們首先提出了對(duì)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(duì)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(jí)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(shuō)是在機(jī)床中地選用zui合適的，還不如說(shuō)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(jí)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(jí)別的機(jī)床中選擇，對(duì)于加工車間來(lái)說(shuō)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(jiǎn)而言之，對(duì)所需機(jī)床性能的分析是必要的，很簡(jiǎn)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(shuō)，如果沒(méi)有數(shù)據(jù)，要更好地達(dá)到這一目標(biāo)是不容易做到的。