題圖 波音787飛機的鈦合金使（shǐ）用量大大超過了以前各商用飛機的（de）機型。其他的新型（xíng）飛機也使用相當多的鈦金（jīn）屬材料（liào）。在飛機製造業供應鏈中，鈦金屬材料的加工能力將必須擴大，以滿足（zú）實際需要（yào）。

      鈦合金是一種特殊的材料

      Lovendahl先（xiān）生是Oregon州（zhōu）Portland市波音公司大型加工廠的（de）一名生產專家（jiā）。他和其他波音公司的工程（chéng）師們在這裏集（jí）中精力，向有關複雜的硬質金屬結構件的加工（gōng）發起了挑戰，他們為解決這些挑戰問題而提出的解決方案，往往可以（yǐ）與該公司的供貨（huò）商們共同分（fèn）享。他說，他自己的（de）工作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（shí）麽水平的（de）加工中心才是正確的選擇。

  
      例如，在需要加工波音787發動機前座的情況下，Portland工廠的工作人員，就會在最初（chū）的（de）時候，將重點集中在尋找可供選用的和剛性最好的加工中（zhōng）心上。這種鈦合金工件大多要（yào）求采用強力銑削（xuē）的加工方式，其要求非常高，以至於他們希望通（tōng）過機床的剛性來確定加工這一工件究竟能（néng）達到多高的效率。然而，根據對這（zhè）一零件最好（hǎo）的（de）加工操作所做出的一（yī）項（xiàng）分析，包括一些新穎的切削（xuē）策略，表明（míng）了其對扭矩的要求一定是很高的，但（dàn）其最高需求的扭矩仍（réng）然在標準（zhǔn）機床所提供（gòng）的性能範圍之內，基本上（shàng）與波音公司目前已在生產中使用的機床相同。

  
      然後是發動機尾座的加工（圖1）。這一部件的（de）加工（gōng）需要剛性極高的一台機床。在這裏，對加工操作的分析顯示，要求機床達到（dào）頂級切削扭矩（jǔ），這超過了（le）任何候選機床所能達到的水平。但機（jī）床製造商三井精機公司（Mitsui Seiki）做出了（le）回應，他們將改變其現有HS6A型重型（xíng）加工中心的設計，以滿足這一扭矩需求。

圖1 這些發動機尾座（zuò）的零件（jiàn）是在低頻動態剛性設計（jì）的加工中心上加工（gōng）生產的 

      Lovendahl先生（shēng）說，對所需機床的加工能力進行這（zhè）種分析是十分關鍵的，而（ér）且也是相當容易（yì）的（de）。采用任（rèn）何機械師都（dōu）可（kě）獲取的公式，就可以對加工操（cāo）作進行逐一評價。他說，凡是涉及到價值較高的鈦合金部件（jiàn），這種分析可能會明確地指出，其加工需要采（cǎi）用一台新的機床，這主要是因為在航空航天供應鏈中的加工車間，常常沒有適合於鈦合金加工（gōng）的這類設備。相反，他們卻往往擁有專門用（yòng）於鋁材切削加（jiā）工的設備（圖（tú）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注（zhù）機床（chuáng）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（de）材料。這一（yī）點看起（qǐ）來（lái）似乎是非常明顯的，而且也（yě）是（shì）非常重（chóng）要的。對於一（yī）個（gè）大型鋁製工件來說，其最重要的機床加（jiā）工參數（除了機床（chuáng）的行程之外）可能涉及到主軸的轉速和驅動馬力。相反，對於鈦合金零件（jiàn）的（de）加工（gōng）而言，其最重要的（de）參數（shù）則是主軸的扭矩以及鑽削加工時冷卻（què）液沿著推力方向上的傳送量（liàng）（圖4）。以前，機加工車間（jiān）對於鈦合金加工所（suǒ）需的相應機床參數，也許從來沒有仔（zǎi）細地考慮過。

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

圖4 主軸的扭矩不夠。機（jī）床整套係統的剛性對能夠有效地投入多少可（kě）使用的扭矩（jǔ）起著決定性的作用

       Lovendahl先生說，也許有人希望成為這樣的（de）一個（gè）人：跑到老板的麵前說，加工車（chē）間是不（bú）是需要（yào）添置一（yī）套新的加工設備？不過，他仍然認為應該按照許多加（jiā）工車間所希望的那樣去做，而不是通過一些已經被驗（yàn）證了的那種不（bú）太理想的工藝去加工生產鈦合金（jīn）零件，如果試（shì）圖以（yǐ）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更大（dà）。

   
      刀具第一

      Lovendahl說，根據分析表明（míng），實際上，在（zài）尋求最合（hé）適型號的加工機床（chuáng）時，首（shǒu）先應該從刀具開始考慮。 加工車間往往先從機（jī）床開始考慮，而不（bú）是先從適合於該工件加工的機床用刀具開始考慮。然而（ér），對於一個（gè）飛（fēi）機上使（shǐ）用（yòng）的（de）鈦合金（jīn）零件（jiàn）而言，或對於任何其他大型和具有挑戰性的高價值零件而言，其（qí）更富有成效的生產方法是：首（shǒu）先（xiān）確定最適合於這一零件粗加（jiā）工、精加工和鑽削加工的刀具以及加工策略，然後再通過那些選用機床所需的切削參數，看一看究竟應推薦使用哪一種機（jī）床。 

      他說，這一工作不一定由加工車間單獨完成。在工（gōng）藝開發過程中，波音公司將與其供應商共同合作。當然，刀具公司本身提供的資（zī）源也是十分寶（bǎo）貴的。具有更豐富知識的刀具供應商能夠提供適合於這一零件各種加工特（tè）點的高金屬切削率的刀具，以及有效使用這（zhè）些刀具的正（zhèng）確方法和參（cān）數。 

      分析是（shì）直接從這裏（lǐ）開始的。對於各種不同的操作和刀具而言，首先應該考慮的是其理（lǐ）想的切（qiē）削（xuē）深度和（hé）進給速度，以及其材料係數和其他一些輸入數據（jù），然後由（yóu）加工車間計算出每一次主要的機（jī）加工操作所需的驅動馬力和扭矩，以及每一次鑽削運動（dòng）時所需的推力。Lovendahl先生說，這樣做至少可以提供兩（liǎng）個很有價值的好處：其中一個好處是可（kě）以簡化搜尋合適加（jiā）工機床的過程，要麽是（shì）選用一台新的機床，要麽就是選用車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（gāi）選用什麽樣（yàng）性能的機床才能適（shì）合這一工件的加工。 

      另一（yī）個好（hǎo）處是（shì），通過分（fèn）析，也許能揭示出刀具和操（cāo）作清單中的（de）哪一個步驟應該讓路。例如，有可（kě）能數據表中隻有某一行數據表明，扭矩要求遠遠高於該工藝的其他扭矩要求。那麽重（chóng）新改變這一步驟，同時盡可能提高其餘90%的金屬切（qiē）削效率，這也許能夠使加工車間在某些更容易（yì）獲（huò）取的機床上（shàng）應用這一流（liú）水（shuǐ）生產工藝。第三個好處正如過去波音公司在加工發動機尾座時的情（qíng）況一樣，如果無法立即獲取適當的加工機床，超過了某一極限（xiàn），那（nà）麽起主要作用（yòng）的就不隻是主軸的性能了，就要涉及到機床的（de）係統剛性問題。一種剛性好的結構，必須能夠支持高扭矩主軸。Mitsui Seiki美國（guó）公司的總裁Scott Walker先生說，在這一應用領域，要達（dá）到（dào）波音公司的要求（qiú），需要在一定程度上關注機床的低（dī）頻動態（tài）剛性，他認為這一（yī）剛性應超越任何其他機床已經達到的設計水平（píng）。該公司進一步優化了加工中心的設計，盡可能降低機（jī）床的振動，這一點在（zài）以前一直是非常重要的，甚至在強力切削條（tiáo）件之下。現在， 因這（zhè）一加（jiā）工項目而購置的HS6A型機床，能夠在6342鈦金屬的切（qiē）削加（jiā）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（hé）加工策略使這一零件的加工成為可能（néng）。目前，在波音公司的Portland工廠共有5台這樣（yàng）的加工（gōng）機床，其中兩台專門用於飛機發動機尾座的粗加工，而（ér）其餘（yú）三（sān）台專用於這些部件的精加工。 

  
      足（zú）夠接近（jìn）

      Lovendahl先生說（shuō），其中有一個主要誤解妨礙了加工車間以他所描述的方式（shì）開發他們的（de）加工工藝，他們首（shǒu）先提出了對加工操作的規範要求（qiú），然後再選用機床，他們認為在事先不可能精密（mì）地製訂出一項工藝規範。例如刀具的磨損就是一個變量，它對某一（yī）特定切削加工真正（zhèng）需要（yào）多大的扭矩有很大的影響。 

      然而，並（bìng）不要求達到這（zhè）一（yī）等（děng）級（jí）的精（jīng）度水平。但選用合適的（de）機床確實是至關重要的，盡管選擇（zé）的要求不那麽嚴格。
與其說（shuō）是在機床中精確地選用最合適的，還不如說加工車間更願意由自己在通用型機床中（zhōng）按照其加工能（néng）力（lì）和性能尋找和選用合適的機床。在合適的環境條件下，這些等級（jí）中的任何機床（chuáng）都可能是正確的選擇（zé），有（yǒu）時候，所有這些機床都可以加工高（gāo）價值的零（líng）件。因（yīn）此，即使在這些普通級別的機床中選擇，對於加工（gōng）車間來說可能是困難的（de），其選用的機床不是水平太低，就是價格太（tài）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於該（gāi）應用領域加工所（suǒ）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（róng）易做到（dào）的。