題圖 波音787飛機（jī）的鈦合（hé）金使用量大大超過了以（yǐ）前各商用飛機的機型。其他的新型飛機也（yě）使用相當多的鈦金屬（shǔ）材料。在飛機製造業供應（yīng）鏈中，鈦金屬材料的加工能力將必須擴大，以滿足實際（jì）需要。

      鈦合金是一種特殊（shū）的材料

      Lovendahl先生是Oregon州（zhōu）Portland市波音（yīn）公司大型加工廠的一名（míng）生產專家。他和其他波音公司（sī）的工程師們在這（zhè）裏集中精力，向有關（guān）複雜的硬質金屬結構件的加工發起了挑戰，他們為解決這（zhè）些挑戰問題而提出（chū）的解決方案，往往可以與該（gāi）公司的供（gòng）貨商們（men）共同分享。他說，他自（zì）己的工作（zuò）單位也經常探討這個問題：對於一種特定的鈦合金零件，究竟應該選用什麽類型或什麽水平的加工中心才是正確的選（xuǎn）擇。

  
      例如，在需要加工波音787發動機前座的情況下（xià），Portland工廠的工作（zuò）人員，就會在最初的時候，將重點集（jí）中（zhōng）在尋找可供選用的和剛性最好的加工中心上。這種（zhǒng）鈦合金工件大多要求采用（yòng）強力銑削的加工（gōng）方式（shì），其要求非常高（gāo），以至於他們希望（wàng）通過機床（chuáng）的剛性來確定加工這（zhè）一（yī）工件究（jiū）竟能達到多高的效率。然而，根據對這一零件最好的加工操作所做出的一（yī）項分析，包括一些新（xīn）穎的切削策（cè）略，表明了（le）其對扭矩（jǔ）的要求一定是很高的，但（dàn）其最高需求的扭矩仍然在標準機床所提供的性能範圍之內，基本上與波音公司（sī）目前已在生產中使（shǐ）用的機床相同。

  
      然（rán）後是發動機尾座（zuò）的加工（圖（tú）1）。這（zhè）一部件的加（jiā）工需要剛性極高的一台機床。在這裏，對加工操作的分析顯示，要求機（jī）床達到頂級切削扭矩，這超過了任何候選機床所（suǒ）能達到的水平。但（dàn）機床製造商三井精（jīng）機公司（Mitsui Seiki）做出（chū）了回應，他們將改變其現有HS6A型重型加工中心的設計，以滿足這一扭矩需（xū）求。

圖1 這些發動機尾（wěi）座的零件是在（zài）低頻動態剛性設計的加工中心上加工生產的 

      Lovendahl先生說，對所需機床的加工（gōng）能力進行這（zhè）種分析是十分關鍵的，而且也（yě）是相當容易的（de）。采用任（rèn）何機械師（shī）都可獲取的公式（shì），就可以對加（jiā）工（gōng）操作進（jìn）行逐（zhú）一評價。他說，凡是涉（shè）及到價值較高（gāo）的鈦（tài）合金部件，這種分析可能會明確地指出，其加工需要采用一台新的機床，這主要是（shì）因為在航空航天供應鏈中的（de）加工（gōng）車（chē）間，常常沒有適合於鈦合金（jīn）加工的這類設備。相反，他（tā）們卻往往擁有專門用於鋁材切削加工的設備（圖2）。

圖2 這是一（yī）台加工發動機尾座用的加工中心。鈦合金的加工需要特別關（guān）注機（jī）床的特性，但（dàn）很多加工車間（jiān）很少考慮這些問題

      鈦合金是一種不同的材料。這（zhè）一點看起來似（sì）乎是非常明顯的，而（ér）且也是非常重（chóng）要的。對於（yú）一個大型鋁製（zhì）工件來說，其最重要的機床加工參數（除了機（jī）床的行程之外（wài））可能涉及到主軸的轉速和驅動馬力。相反，對於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鑽削加工時冷卻液（yè）沿著推力方向上的傳（chuán）送量（圖4）。以前，機加工車間（jiān）對於鈦合（hé）金（jīn）加工所需的（de）相應機床參數，也許從（cóng）來沒有仔細地考慮過。

圖3 Portland市的波（bō）音加工廠正在集中精力應（yīng）戰有（yǒu）關硬質金屬、大型零件和複雜結構件的加工

圖（tú）4 主軸的扭（niǔ）矩不夠。機床整套（tào）係統的剛性對（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先生說，也許有人希望（wàng）成為這樣的一個人（rén）：跑到老板（bǎn）的麵前（qián）說，加工車間是不是需要添置一套新的加工設備？不過，他仍（réng）然認為應該按照許多加工車間所希望的那樣去做（zuò），而不是通過一些已經被驗證了的那種不（bú）太（tài）理想的工藝去加工生產鈦合金（jīn）零件，如果試圖以這種方式為工業的變化提供服務，那麽最終付出的代價將會（huì）更大（dà）。

   
      刀具第一

      Lovendahl說，根（gēn）據分析表明，實際上，在尋求最合適型號的加工機床時，首先應該從刀具開（kāi）始考慮。 加工車間往往先從機床開始考慮，而不是先從適合於（yú）該工件加工的機床用刀具開始考慮。然而，對於一（yī）個飛機上使用的鈦合金零件而言，或（huò）對於任何其他大型和具有挑戰性的高價值零件而言，其更富有成效的生產方法（fǎ）是：首先確定最（zuì）適合於這（zhè）一零（líng）件粗加工、精加工和鑽削加工的刀具（jù）以（yǐ）及加工策略，然後再通過那些選（xuǎn）用（yòng）機床所需的切削參（cān）數，看一（yī）看（kàn）究竟應（yīng）推薦使（shǐ）用哪一種機床（chuáng）。 

      他說，這一工作不一定由加工車間單獨完成。在工藝開發過程中，波音公司將與其供應商共同合作。當然，刀具公司本身提供（gòng）的資源也是十分寶貴的。具有更豐富知識的（de）刀具供應商能夠（gòu）提供適合於這一零件（jiàn）各（gè）種（zhǒng）加工特點的高金屬切削率的刀具，以及有效使用這些（xiē）刀具的正確方法和參數。 

      分析是直接從這裏開始的。對於各種不同（tóng）的操作和刀具而（ér）言，首先應該考慮的是其理想的切削深度和進給速度，以及其材料係數和其他一些輸入數據，然後由加工車間計算出每一次主要的機加工操作所需的驅動馬力和（hé）扭矩，以及每一（yī）次鑽（zuàn）削運動時所需的（de）推力。Lovendahl先生說（shuō），這樣做至少可以提供兩個很有價值的好處：其中一個好處（chù）是可以簡化（huà）搜尋合適加工機床的過程，要麽是選用一台新的機床，要麽就是選（xuǎn）用車（chē）間裏現有的一台設備。數據表中的這些數據就可以清楚地說明應該選用什麽（me）樣性能的機床才能適（shì）合這一工件的加工。 

      另一個好（hǎo）處是，通過（guò）分析，也許能揭示出刀具和操作清單中（zhōng）的哪一個步驟應該讓路。例如（rú），有（yǒu）可能數（shù）據（jù）表（biǎo）中隻有某一行數據表明，扭矩要求遠遠（yuǎn）高於該工藝的其他扭矩要求。那麽重新改變（biàn）這一步驟，同時盡可能提高（gāo）其（qí）餘（yú）90%的金屬切削效率，這也許能夠使加工（gōng）車間在某些更容（róng）易獲取的機（jī）床上應用這一流（liú）水生產工藝。第三個好處正如過去波音公司在（zài）加工發（fā）動機尾座時的情況一樣，如果無法（fǎ）立即獲取適當的加工機床，超（chāo）過（guò）了某一極限，那麽起主要作用的就不隻是主軸的（de）性能了，就要（yào）涉（shè）及到（dào）機床的係統剛性問題。一種剛性好的結構，必須能夠支持高（gāo）扭矩主軸。Mitsui Seiki美國公司的總裁Scott Walker先生說，在這一應用領域，要達到波音公（gōng）司的要求，需要在一定（dìng）程度上關注（zhù）機床的低頻動態剛（gāng）性，他認為這一（yī）剛性（xìng）應超越任（rèn）何其他機床已經達到的設計水平（píng）。該公司進一步優（yōu）化了加工中（zhōng）心的設計，盡可能降低機床的振動，這一點在以前（qián）一（yī）直是非常重要的，甚至在強力切（qiē）削條件之下。現在， 因這一加工項目而購置的（de）HS6A型機（jī）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（lǜ），這主要是因為波音公司選用的刀具和加工策略使這（zhè）一零件的加工成為可能。目前，在波音公司的Portland工（gōng）廠共有5台（tái）這樣的加工機床，其中兩台（tái）專門用於飛機發動機尾座的（de）粗加工，而其餘（yú）三台（tái）專用於這些部件（jiàn）的精加（jiā）工。 

  
      足夠接近（jìn）

      Lovendahl先生說，其中有一個主（zhǔ）要誤解妨礙了加工車間以他所描述的方式開發他們（men）的加工工藝，他們首先提出了對加工操作的規範要求，然後再（zài）選用機床，他們認為在事先不可能精密地製訂出一項工藝規範。例（lì）如刀具的磨（mó）損就（jiù）是一個變（biàn）量，它對某一特定切削加（jiā）工真正需要多大的扭矩有很大的影響。 

      然而，並不要求達到這一等級的精度水平。但選用合適的（de）機床確實是至關重要的，盡管選擇的要求不那麽嚴格。
與其說是在機床中精確（què）地選用最合適的，還不如說加工車間更願意由自（zì）己在（zài）通（tōng）用型機床中按照其加工能力和性能尋找和（hé）選用合（hé）適的機（jī）床。在合適的環境條件下，這（zhè）些等級中的任何機床都可（kě）能是正（zhèng）確的選擇（zé），有時候，所有這些機床都（dōu）可以加（jiā）工高價值的零件（jiàn）。因此，即使在這（zhè）些普通級別的機床中選擇，對於加工車間來說可能是困難的，其選用的機床不（bú）是水平太低，就是價格太高，不符合實際要（yào）求。 

      簡而言（yán）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（wéi）了找到適合於該應用領域加工所需的機床。他說，如果沒有數據，要更好地達到這一目標是不容易（yì）做到的。