航空一体化部件的加工方法

作者：哈斯自动数控机械（上海）有限公司 Matt Bailey

欢迎访问e展厅 展厅 1 加工中心/FMS展厅 车铣加工中心, 铣削加工中心, 钻铣加工中心, 镗铣加工中心, 五轴加工中心, ... 西班牙前沿航空制造企业Toyo Matic座落于Braganca Paulista的南部，该公司为美洲、欧洲、亚洲的重要客户提供产品。凭借这些客户，Toyo Matic让巴西成为了现代精密加工的中心。这家公司已经经营了20年，一如既往地挑战各种几乎不可能完成的任务。 迎接挑战 现在，主要的航空零件制造商们都在竞相研制重量更轻的一体化部件，“几乎不可能完成的任务”成为客户的普遍需求。最近，巴西飞机制造商Embraer正试图将ERJ-170/190号飞机上的几个液压调控组件合成为一体化部件，但他发现这项工作绝没那么简单。 来自三个国家的八家加工企业均无法找到加工该部件的最佳方法，面对这样的事实，Embraer几近放弃，准备另寻他法。幸运的是，该款设计在它的故乡巴西找到的归宿——Toyo Matic。 “截至目前，这是我们遇到的最复杂的零部件，”da Rosa说道，“我们花费了数月时间探索加工步骤。”该工件材质为7075铝合金，包括多方向较深的交叉闭孔，最小的孔径只有2mm。除此之外，还有其他大量孔洞、凹槽、曲面等，通常公差需要达到6μm。此项工作要求多达160次的独立CMM测试，最终形成61页的单个部件检验报告。 通过优化切削，Toyo Matic成功地减弱了导致误差的诱因：振动、热增长以及切屑引发的刀具跳动，由此解决了困扰他人许久的问题。“我们将操作步骤精简至6步，”da Rosa解释说，“但我们要用到112把刀具！” 解决方案 与通常确定刀具才能找到最佳加工方案的方法不同，da Rosa采取了一种更直接的方式。“只要时间允许，我就会制造自己的刀具，”他解释说，“这样做有很多好处。”通过自己制造刀具，da Rosa能够将每把刀具的切削长度比率控制在最佳值——即使用最短的刀具完成加工任务。标准刀具适用于多种加工，但这种较长的刀具更易发生轴向跳动、偏差和振动。在进行航空加工中常见的重负载铣槽操作时，这些现象更为明显。 通常解决这些问题的方法是降低进给率，但这样无疑会延长加工周期并且会导致新的问题，尤其在加工钛合金等硬质材料时，降低进给率将导致毛边和加工不畅。同时，由于切削减弱，刀尖边缘的热量将会急骤累积，大大缩短刀具寿命。“改换合适长度的刀具是一种较好的解决方案，”da Rosa告诉我们，“但好的方案并不是谁都能想到的。” 需要使用较长刀具进行深度加工时又怎样呢？实践证明，da Rosa的优化方案又一次成功了。他制作长度精准的刀具，配合使用40和50锥度的刀座，然后直接安装在主轴上。彻底取消了刀柄，也就规避了一个造成跳动的主要因素，刀具的角动量大大减小，平衡性能自然更好了。这样的设计将高速加工时产生的振动降至最低。 毋庸置疑，这样的设计带来了精度和产量的双丰收。“使用自己的刀具，我们的速度可以提高30%，”da Rosa说，“当时美国其他生产商需要12h完成的加工项目，我们只需要8h，现在经过改进，我们只用5h就能完成了。” 在追求效率和精度的过程中，快速排除切屑也是必不可少的一个方面。da Rosa 特别声明：“切屑可能损坏工件和刀具。”深度钻孔尤其值得关注——为达到高精度，他经常使用可重复的退刀冷却液或采用特殊的进给率。 为加拿大Bombardier公司加工深度钻孔起落架支柱就是一个很好的例子。所用机型为镗杆长375mm的哈斯SL-40，配备了直径较大的冷却液软管，棒料直径为80mm，切削产生的均为大片螺旋状切屑。Toyo Matic的机械工程师特意采用重切削以减少长刀具的振动并确保排屑彻底，虽然小块切屑能够促进散热，但切削大块切屑能够使精度更高。 采用大容量的辅助冷却泵，通过连接镗杆的软管向SL-40整个工件喷射冷却液，Toyo Matic成功解决了散热问题。 优化刀具 如果优化刀具是da Rosa成功秘诀的一半，那么优化夹具便是另外一半。从简单的贯穿螺栓板到复杂的4轴和5轴边缘夹具，应有尽有。一次装卡便可进行多重加工是我们始终如一的追求。 运用一些简单的方法，da Rosa保持了大量供螺栓式铣槽加工的精准度。其中一个方法是将贯穿螺栓“挤压”5°。所有螺栓孔均向工件下方的“焦点”倾斜一定的角度。螺栓孔倾斜会让工件受到侧面压力，与普通毛坯和夹具平面摩擦力相比，这样的设计能够更好地防止工件滑动。 “挤压”概念可被广泛应用于各种不锈钢及其他硬质金属。虽然工作量多出了一些，但这样的操作却能够防范深度铣槽时诸多影响精度而又不易被发现的潜在问题。 Toyo Matic也经常采用另一种方法防止工件滑动，既在6061小块铝合金坯料底部加工几个4mm深的楔形榫头，刚好与夹具上的切口匹配。 为使加工流畅，该工厂采取的重大举措还包括自定义尾座夹具，使用该方法，一次装卡便可以对大体积坯料的各面进行深度铣槽操作。da Rosa自行组装了尾座夹具系统，包括线轨及单独的气动闸，用于一系列配备HRT-210转台的VM-3立式加工中心。该系统可调节长度，开放式耳轴能够牢固夹持大型工件。 加工大型工件时，Toyo Matic会将可调节长度的尾座夹具系统安装在VR-11 5轴立式加工中心上，该机床可提供较大的旋转空隙。“我在巴西购买了第一台VR-11，”da Rosa告诉我们，“当时这台机床并没有特别的用武之地，但我们知道，只要客户看到这台机床，他们一定会让我们帮助他们加工精度要求很高的大型工件。” 信任和培训 da Rosa 1997年购买了第一台哈斯机床VF-1，这台机床的表现让他非常满意，因此在接下来的十年间他又购置了13台哈斯机床。“我选择哈斯机床因为它操作简易，保养方便。我们当地经销商很负责任，维修及时到位，因此购买这些美国机床我们无后顾之忧，”接着da Rosa补充说，“这些机床构造精良，经久耐用。” 除了自行设计抗振刀具外，da Rosa还组织内部员工进行培训。“我们这里没有很好的机械加工培训学校，于是我们自行招聘人才并对他们进行培训，”da Rosa解释道，“哈斯机床教学简明易懂——与其他品牌的机床相比，哈斯机床设置更加合理、直观。”也许是受到了Toyo Matic的影响，位于Braganca Paulista其它不断发展的企业相继购买了哈斯机床，这样一来Toyo Matic更容易招募到合适的员工了。 美国通常不制定长期加工合同，因此Toyo Matic需要时刻证明工厂的实力以赢得更多订单——结果Toyo Matic不断蓬勃发展。除航空产品外，公司还为通用汽车制造活塞，为沃尔沃制造水泵、油泵，为OSG公司制造特殊刀具。现在，da Rosa最初效力的那家日本公司也成了他的重要客户。

文章内容仅供参考 (投稿) (9/3/2011)