題圖 波音787飛（fēi）機的鈦合金使用（yòng）量大大超過了以前各商用飛機（jī）的機型（xíng）。其他的新型飛機也使（shǐ）用相當多的鈦金屬材（cái）料。在飛機製造業供應鏈中，鈦金屬材料的加工能力將必（bì）須擴大（dà），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（zhōu）Portland市波音（yīn）公司大型加（jiā）工廠的一名（míng）生（shēng）產專（zhuān）家。他和其（qí）他（tā）波音公司的工程師們在這裏集中精力，向有關複雜的硬質金屬結構件（jiàn）的加工發起了挑戰，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（yǔ）該公（gōng）司的（de）供（gòng）貨商（shāng）們共同分享。他說，他自己的工作單位也經常探討這（zhè）個問題：對於一種特定的鈦合金零件，究（jiū）竟應（yīng）該選用什麽類型或什麽水平的加工中（zhōng）心才是正確的選擇。

  
      例如，在需要加（jiā）工（gōng）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）的時候，將重點集（jí）中在尋找可供（gòng）選用的和（hé）剛性最好（hǎo）的加工中心上。這種鈦合金工件大多要（yào）求采用（yòng）強（qiáng）力銑削的加工方式，其要（yào）求非常高，以至於他們希望（wàng）通過機床的剛性來確定加工這一工件究竟（jìng）能達到多（duō）高的效率。然而，根據對這一零件最好的加工操（cāo）作所做出的一項分析（xī），包括（kuò）一些新穎的切削策略，表明了其對扭矩的要求一定是很（hěn）高的，但其最高需（xū）求的扭矩仍然在標準機床所提供的性能範圍之（zhī）內，基本上與波（bō）音公司目前（qián）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）。這一部件的加工（gōng）需要剛性極高的一台機床。在（zài）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，這超過了任何候選機床所能達到的水平。但機床製（zhì）造（zào）商三井精機公司（Mitsui Seiki）做出了回應，他們將改變其（qí）現有HS6A型重型加工中心的設計，以滿足這一扭矩需求。

圖1 這些發動機尾座的零件是在低（dī）頻動態剛性設計的加工中心上加工生（shēng）產的（de） 

      Lovendahl先生說，對所（suǒ）需機床（chuáng）的加（jiā）工能力進行這種分析是十分關鍵的，而且也是相當容易的（de）。采用任何機（jī）械師都可獲取的公式（shì），就可以對加工操作進行逐一評價。他說，凡是涉（shè）及到價值較高的鈦合金部件，這種分析可能會明確地指（zhǐ）出（chū），其加工需要采用（yòng）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（méi）有適合於（yú）鈦合金（jīn）加工的這類設備。相（xiàng）反，他們卻（què）往往擁有專門用於鋁材切（qiē）削加工的設備（圖（tú）2）。

圖2 這是一台加工發動（dòng）機尾座用的加工中心。鈦合金的加工需要（yào）特別關注機床的特性，但很（hěn）多（duō）加工（gōng）車間很少考慮這些（xiē）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（duì）於一個（gè）大型鋁（lǚ）製工件（jiàn）來說，其最重（chóng）要的機床加工參數（除了機床的行程之外）可能涉及到主軸的（de）轉速（sù）和驅動馬力。相反，對於鈦合金零（líng）件的加工而（ér）言，其最（zuì）重要（yào）的參數則是主軸的扭矩以及（jí）鑽削加工時冷卻液沿著推力方向上的傳送量（圖4）。以前，機加工車間對於鈦合金加工所需的相應機（jī）床參數，也許從來沒（méi）有仔細地考慮（lǜ）過。

圖3 Portland市的波音加工廠正在（zài）集中精力應戰有關硬質金（jīn）屬、大型零件和複雜結構件（jiàn）的加工

圖4 主軸的扭矩不夠（gòu）。機床整套係統的剛（gāng）性對能夠（gòu）有效地投入多少可使用的扭矩起著決定性的（de）作用（yòng）

       Lovendahl先生說，也許有人希望成為這樣（yàng）的一（yī）個人：跑到老板的麵前說，加工車間是不（bú）是需要添置一套新的加工（gōng）設（shè）備？不過，他仍然認為應該按照許多加工車間所希（xī）望（wàng）的那樣去做，而不是通過一些已經被驗證了的那種不太理想的（de）工藝去加工生產鈦合金零件，如果試圖以這種方式為工（gōng）業的變化提供服務，那（nà）麽最終付出的代價將會更大（dà）。

   
      刀具第一

      Lovendahl說，根據（jù）分析表明（míng），實際上，在尋求最合適型（xíng）號的加（jiā）工機床時，首先應該從（cóng）刀具開始考慮。 加工車（chē）間往（wǎng）往先從機床開始（shǐ）考慮，而不是先從適合於該工件（jiàn）加工的機床用刀具開始考慮。然而，對於（yú）一個飛機上使（shǐ）用的鈦合（hé）金零件而言，或對於任何其他大型和具有挑（tiāo）戰性的高價值零件而言，其更富有成效的生產方（fāng）法是（shì）：首先（xiān）確定最適合於這一零件粗加工、精加工和鑽削加工的刀（dāo）具以及加工策（cè）略，然後再通過那些選用機床所需的切削參數，看一（yī）看究竟（jìng）應（yīng）推薦使（shǐ）用哪一種機床。 

      他說，這一工作不一定由加工車間單獨（dú）完成。在工藝開發過程中，波音公司將與（yǔ）其供應商共同合作。當然，刀具公司本身提（tí）供的資源也是十分寶（bǎo）貴的（de）。具有更（gèng）豐富知識的刀具供應商能夠提供（gòng）適合於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（de）正確方法（fǎ）和參數。 

      分（fèn）析是直接從這裏開始（shǐ）的。對於（yú）各種不同的操作和刀具而言（yán），首先應該考慮的（de）是其理想的（de）切削深度和進（jìn）給速度，以（yǐ）及（jí）其（qí）材料係數和其他一些輸入數據，然後（hòu）由（yóu）加工車間計算出每一次主要的（de）機加工操作所需的（de）驅動馬力和（hé）扭（niǔ）矩，以及每一次鑽削運動時所需的推（tuī）力。Lovendahl先生說（shuō），這樣做至少可以（yǐ）提供兩個（gè）很（hěn）有價值的好處：其中一個好處是可以簡化搜尋合（hé）適加工機床（chuáng）的過（guò）程，要麽是（shì）選用一台新的機床（chuáng），要麽就是選用車間裏現有（yǒu）的（de）一台設備。數據表中的這些數（shù）據（jù）就可以清楚地說明應該選用什麽樣性（xìng）能的機床才能（néng）適合這一工件的加（jiā）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該讓路。例如，有可（kě）能數據（jù）表（biǎo）中隻有某一（yī）行數據表明，扭矩要求遠遠高於該工藝的其他（tā）扭（niǔ）矩要求。那麽重新改變這一步驟，同時盡可能（néng）提高其餘90%的金屬切削效率，這也許能夠使加（jiā）工（gōng）車間在某些更（gèng）容易獲（huò）取的機床上應（yīng）用這一流水生產工藝。第三個好（hǎo）處正如過去波音（yīn）公司在加工發動機尾座時的情況（kuàng）一樣，如果無（wú）法立即獲取適（shì）當的加工機床，超過了某一極限（xiàn），那麽起主要作用的就不隻是主軸的性能了，就要（yào）涉（shè）及（jí）到機床的係統剛性問題。一種剛性好（hǎo）的結構，必須能夠支持高扭矩（jǔ）主軸。Mitsui Seiki美國（guó）公司的總裁Scott Walker先生說，在（zài）這一應用領域，要達到波音公司的要求，需要在一（yī）定程度上關（guān）注機床的低（dī）頻動（dòng）態剛（gāng）性，他認為這一剛性應超越任何其他機床已經達到的設計水平。該（gāi）公司進一步優化（huà）了加工（gōng）中心的設計，盡可能降低機床的振動，這一點在以（yǐ）前（qián）一直是非（fēi）常重要的，甚至在強力切削（xuē）條件之（zhī）下。現在， 因這一加工項目而購置的（de）HS6A型機床，能夠在6342鈦金屬的切（qiē）削加工中，達到262.2cm3/min(16in3/min）的金（jīn）屬切削率，這主要是因為波音公司選用（yòng）的（de）刀具和加工策略使（shǐ）這（zhè）一零（líng）件的加（jiā）工成為可能。目前，在波音（yīn）公司（sī）的Portland工廠共有5台這樣（yàng）的加工機床，其中兩台專門用於飛機發動機（jī）尾座的粗加工（gōng），而其（qí）餘三（sān）台專用於這些部件的精加工。 

  
      足夠接近

      Lovendahl先生說，其中有一（yī）個主（zhǔ）要誤解妨礙了加工車（chē）間以他所描述的方式開發他們的加（jiā）工工藝，他們首先提出了對加工操（cāo）作的規範（fàn）要求，然後再選用機床，他們認為在事先不可能精密（mì）地製訂出（chū）一項工藝規範。例如刀具（jù）的磨損（sǔn）就是一個變量，它（tā）對某一特定切削加工真正需要多大的扭矩（jǔ）有很大（dà）的影響。 

      然而，並不要求達到這一等級的精（jīng）度水平。但選（xuǎn）用（yòng）合適的機床確（què）實是至（zhì）關重要的，盡管選擇的要求不那麽（me）嚴格。
與（yǔ）其說是（shì）在機床中精（jīng）確地（dì）選用最合適的，還（hái）不如說加工車間更願意由自己在通用型機床中按（àn）照其加工能力和性能尋找和選用合適的機床。在合適的環境條件下，這些等級中的任何（hé）機床都可能是正確的（de）選擇，有時候，所有這（zhè）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，對於（yú）加工車（chē）間（jiān）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（fú）合實（shí）際要求。 

      簡（jiǎn）而言之，對所需機床性能的（de）分析是必要（yào）的，很（hěn）簡單，其（qí）主要目的是為了找到適合於該應用領域（yù）加工所需的機床。他說，如果沒（méi）有數（shù）據，要更好地（dì）達到這一目標是不容易做到的。