经典的奥林匹克格言“citius, altius, fortius”（更快、更高、更强）经常让我印象深刻，认为这是制造业（尤其是航空航天制造业）的恰当口头禅。使飞机更高效的持续驱动导致更严格的公差和越来越难以加工的合金。原始设备制造商不仅希望他们的飞机更快，或者至少更轻，他们还想让飞机更快，从而推动零部件制造商提高生产率。这是对黄金的不间断奔跑——为了提供帮助，以下是不断发展的机床和切削刀具技术的示例，以及值得期待的进步。
据报道，MSC 的 MillMax 服务由橡树岭国家实验室开发，可以将性能提高三倍通过分析每个设置的振动特性来确定现有设备的材料去除率。（由 MSC In 提供工业供应）
说到格言，这是 Scott Smith 博士的格言：“如果你不测量，你就是在猜测。”
Smith 是 Oak 智能机床的组长里奇国家实验室 (ORNL)，与美国能源部位于田纳西州诺克斯维尔的制造示范设施合作。他的团队研究改善美国制造业的方法，并与工业界合作将这些开发成果推向市场。
虽然一些这些想法中的一部分需要数年时间才能成熟，并且可能需要全新的机器，Smith 还在寻找方法来帮助公司使用现有机器。虽然他的衡量格言似乎适用于质量控制，但他提出它是为了提高生产力。 Smith 说，美国的大多数商店的材料去除率都比其他情况下低得多，“因为他们真的不知道他们的机器能做什么。那是因为你必须考虑工具，刀架、主轴和机床结合起来确定性能。”
Smith 观察到，“我们使用 CNC 设备的大部分基础设施都集中在几何形状上。工具是圆柱，工件是棱柱。只要圆柱体在所有正确的位置与棱镜相交，您就可以得到想要创建的零件。这是纯粹的几何驱动计算。”
但是，他解释说，机加工取决于许多物理因素，包括扭矩、功率和刚度。 “我们根据几何学编写零件程序，然后我们尝试它们并意识到存在与这些其他物理现象相关的问题。所以我们改变零件程序，再试一次，经过几个循环，我们终于得到了一个可以工作的零件程序。然后每个人都说，‘感谢上帝，它成功了。那是零件程序。每个人都停下来。这对航空航天公司来说尤其成问题ce 行业因为产量较低，你真的没有时间摆弄并试图找出更好的工艺计划。你很高兴你得到了一个有用的东西。”
橡树岭国家实验室正在试验一种“直通”设计和一种测量方法，可以实现小机器切割更大的零件，如飞机肋骨。 （由橡树岭国家实验室/美国能源部提供）好消息是，ORNL 已与纽约州梅尔维尔的 MSC Industrial Supply Co. 合作，提供“可以提高现有设备的材料去除率”的服务，平均而言，通过正确使用基于测量而不是猜测的切削条件，可以提高三倍，”Smith 说。它叫做 MillMax，简单地说，它将以前的 expe他说，将复杂而困难的敲击测试融入到一个简单且“可以放在口袋里随身携带的廉价包”中。
该套件包括可在任何标准 Windows PC 上运行的软件、一个仪表锤和一个加速度计贴在工具上。 MSC 金属加工专家用锤子敲击工具的末端。 PC 以清晰的图形显示刀具的振动特性，表明哪些速度以及哪些轴向和径向切削深度将提供高材料去除率而不会出现颤振。
例如，如果零件需要10 种不同的刀具，MSC 专家将对主轴中刀架中的所有 10 种刀具进行测量。结果将用于对零件进行编程，无论是在控制器上还是在 CAD CAM 包上。 Smith 解释说，将每个设置视为独一无二的很重要，因为每个设置的行为都不同。例如，尽管 Smith 承认今天的 NC 编程辅助工具允许机械师设置一个近似刀具长度，然后自动校正不同长度的几何形状，刀具的长度对刚度有显着影响。 “刚度与振动特性有关。”
Smith 的另一句关于轴向和径向切深猜测的精辟引述如下：“出错的方法还有很多比有是正确的。他解释说，虽然现代 CAD CAM 和自适应控制等辅助工具非常有用，但它们通常会尽量保持材料去除率恒定。 “并且假设您选择的材料去除率条件都是可以接受的。这不一定是正确的。如果您猜测的是轴向和径向切削深度，那么通常您是错误的。”
山特维克可乐满美国航空航天业专家 Scott Lewis 说，他也经常看到编程错误在所有制造层级&m破折号；包括有经验的客户。位于北卡罗来纳州梅班的山特维克可乐满航空航天和国防全球工程项目办公室经理 Bill Durow 补充说，一些客户选择“标准化而非优化”。换句话说，他们不愿意针对不同的材料进行调整或优化单个零件的特性。 “他们担心，如果两个刀片非常相似，有人可能会在工作中使用错误的刀片，将其放入错误的刀具中，并在组件上造成灾难。或者另一个挑战是他们只是没有资源来做出改变。”相反，他们会选择一个“足够好”的解决方案来解决问题。
Lewis 说问题通常很简单，就像使用错误的材质刀片一样。 “或者为他们试图用该工具做的事情选择合适的切削刃。或者他们尝试使用一个刀片进行多种操作和技术。我们也看到很多湖。它只是不适合操作的正确工具。”
也许更令人惊讶的是，他观察到航空航天客户使用冷却液浓度为 5% 到 6% 的镍合金是很常见的。 “这会极大地影响刀具寿命或刀具寿命的一致性。他们可能会挠头，想知道为什么，只要简单地调整冷却剂浓度即可。对于镍基材料，你真的应该在 10-12% 的范围内。”他补充说，如果您的机器使用单独的冷却液罐，则检查浓度是一项手动工作。但它需要“每天都做，如果不是一天几次的话，尤其是当外面很热的时候。这些浓度可能会波动很大。”
新工具，新技术
Lewis 和 Durow 都报告说航空航天业对特殊或定制工具的需求更高。另一方面，山特维克可乐满拥有庞大的标准产品组合，并定期向该产品组合添加专业解决方案。其新等级之一称为 S205，Lewis 将其描述为“针对镍基材料优化的高速硬质合金等级”。 S205 等级使用第二代 Inveio CVD 涂层技术，ME 在 5 月份报道了该技术。山特维克可乐满表示，“与其前身 S05F 和竞争对手相比，它的切削速度提高了 30-50%。”该公司报告称，耐热高温合金的轻型粗加工速度为 164-262 sfm，精加工速度为 262-425 sfm。
Lewis 还提到了山特维克可乐满的 SL70 系统，“一种锯齿锁定 70 毫米联轴器”，这使得将各种刀片刀柄连接到标准 Capto 刀柄成为可能。山特维克可乐满提供了多种此类刀片刀柄（其称为刀片）“具有不同的角度和延伸配置，以进入难以接近的特征，如口袋切削和底切，或者从仿形加工切换到车削端面切槽和切断，”Lewis 解释道。 “因此，我们拥有更标准的现成产品系列，客户可以在此基础上进行构建。”
位于伊利诺伊州霍夫曼庄园的机器制造商 DMG Mori USA 的国家工程总经理 Jeff Wallace 表示，航空航天在过去的几年里，工业界已经完全接受了自动化，他的公司也引入了有趣的新功能来提供帮助。排在首位的是一个名为“自动姊妹工具更换和重新定位”的新技术循环。 （DMG Mori 的技术循环是固定例程，可以补充用户的 CAM 软件或以其他方式提高机器的生产率。）
山特维克可乐满的新型 S205 硬质合金材质等级针对切削镍基材料进行了优化，据说与其前身 S05F 和竞争对手的刀具相比，切削速度提高了 30% 至 50%。 （由 Sandvik Coromant 提供）Wallace 指出，许多航空航天零件的运行时间长达数十小时，这使得它们难以实现自动化，因为工具可能会在工作过程中发生故障或出现故障。当工具达到使用寿命或超过所需负载，或者出现振动警报时，新技术不仅会停止工作。华莱士说，那是容易的部分。技术循环也有一个姐妹工具，小心地将它移回切割中断的地方，然后继续工作。
“传统上，当你收到警报时，机器会停下来等待有人过来找出问题所在，”华莱士解释道。 “有了这个新系统，机器就知道它做了什么以及它在哪里。”当它使用姊妹工具恢复切割时，它会自动自动计算一个小的偏移量以确保表面被清理干净。正如华莱士所说，“这就是一些魔法所在。而且此功能几乎适用于任何具有高价值部件或高运行时间且希望实现自动化的行业。我们看到这些 OEM，甚至是二级和一级厂商都在大力推动自动化。”
在立方体周围追逐蠕虫
对零件精度的需求不断增加 -马萨诸塞州萨德伯里 Methods Machine Tools Inc. 的国家工程加工经理 Cody Berg 报告说，十分之一或更高的精度增加了航空航天制造的挑战。超越自我，”正如他所说。他补充说，当零件是钛、哈氏合金或铬镍铁合金时，此类要求通常会导致打磨。但他们一直在将他们的 Yasda 加工中心推向此类应用，并取得了巨大成功。一个警告：wh对于 58 到 62 HRC 的粗加工和精加工材料，机床无法解决所有问题。它需要熟练的操作员，而“许多熟练的人正在行业中消失。”
如今的航空航天买家非常青睐五轴加工中心，例如这款 DMG Mori DMC 125 FD duoBLOCK，它具有直接驱动可进行加工和车削的旋转工作台。 （由 DMG Mori 提供）自动校准程序是一种在运行过程中保持严格公差的技术。 Berg 说，Yasda 使用为每台机器序列化的工件和为该工件编写的运动学校准例程。工件具有机器在例程中探测的平坦和圆形地面。 “它会拿起顶部，这样它就知道 Z 在哪里，然后拿起 OD，将 C 旋转 10 度，拿起它踢 B90 度，B 45 等等。”
操作员可以告诉机器根据需要尽可能频繁地进行自我校准，甚至，例如，告诉它在下一次托盘更换之前进行两次自我校准。 Berg 讲述了最近的一个案例，在该案例中，客户需要保持十分之二的厚度、两个内径孔和一个外径孔。仅事先进行一次校准，Yasda 连续两周无人值守地切割了 480 个零件，只制造了三个坏零件，并贴上了坏零件的标签。
在另一个案例中，一位客户正在使用 Methods 切割小槽超过 12 英寸（304.8 毫米）长的部件，保留十分之五的位置。给 B 和 C 带来了很大的压力。” Berg 注意到整个星期的准确度都在缓慢漂移——没有达到十分之五，但已经接近了。所以他决定每天早上校准机器，它保持了机智hin 此后的十分之二，如在 CMM 上确认的那样。 Berg 还提到了首先构建接近完美方形机器的重要性，这是实现最严格公差的先决条件，特别是在考虑较大包络中的体积效应时。
Wallace 附和了这一点，并补充说有还需要热稳定性。 “你如何在一米立方体机器周围追逐微米？”他问。一种方法是DMG Mori的自校准例程（3D quickSET）；另一个是机械的。 “我们的 duoBLOCK 机器是完全热控的。我们让冷却液贯穿所有铸件和所有部件，包括工作台、立柱和床身。我们力求热稳定性。每个人都在“追虫”。首先，ORNL有demonstra测试了使用大型增材制造 (AM) 聚合物打印机以低成本快速构建机器模具的可行性。 （请参阅 ME 2020 年 12 月号中的“动力部件：制造用于发电的部件”。）除了使机器制造商能够以低成本创建定制的混凝土机器底座外，这种方法还允许在整个机器中包含更多的冷却剂通道。铸件，以及在任何所需位置的振动和温度传感器。
Smith 提供了另一种方法来应对机床内发生的恒定温度波动：根据先前添加到零件的标记进行调整。史密斯解释说，如果你试图根据温度数据进行修正，你不仅需要进行大量测量，还需要一个机器的热模型来准确预测所需的修正。简而言之，“你必须知道很多事情才能让它发挥作用。”
但是当标记将 s 或基准点添加到工件，可以在已知温度下测量它们的位置。然后“你可以在机器上找到那些相同的基准点。您可以更正程序以允许机器和零件现在具有与之前不同的尺寸这一事实。 ......如果你使用基准，你甚至不知道是什么导致了机器错误。你只知道在当前的设置中，你在这些位置找到了那些基准点，你知道它们应该在那些位置，并且你对它们之间的差异进行了修正。”
这最后factor 意味着虽然这个想法最初是为了纠正温度波动，但它也是处理机器远程精度的一种方法。更重要的是，它可以帮助对非常大的部件执行此操作，并产生更令人兴奋的影响。正如 Smith 解释的那样，“通常，如果我们谈论机床的精度，我们会说它保持e 部分在许多部分中——例如，10 分之 1 到 1/5。这意味着随着零件变大，我准确放置工具的能力会下降。但每次我都能找到基准点时，我就有机会重新设置位置的起点。它就像一个基准。每次找到一个或一组基准时，我都可以将其重置为零，从而提高真正大型机器的远程精度。”
它变得更好了。史密斯认为这个概念有可能让小型机器制造非常大的零件。这意味着更多的商店可以竞争这些工作，这也降低了原始设备制造商的成本。史密斯指出，许多航空航天部件，如翼肋，“在一个维度上很长，但在其他两个维度上很小。现在，它们是在比整个零件还大的机床上制造的。但我可以在喉咙大到足以让零件通过的机器上制造它们。我可以分段加工它。为此，我有能够了解我在零件上的位置，以便我可以准确地产生此时机器范围内的特征，然后我会移动。基准点提供了一种方法来完成此操作。如果我能找到基准点，我就知道我在零件上的位置。我可以调整零件程序来制作此刻机器范围内的特征，然后我可以将零件移动得更远一点。”
ORNL 研究人员使用用于铸造底座的 3D 打印模具处于这种“直通”配置中。所以尽快寻找概念证明！
