从加工飞机机翼的整体零件到车削小型喷气发动机零件，机械加工不断推动制造更好、更实惠零件的艺术。
高压冷却液对于在许多应用中获得最佳性能至关重要，如 Iscar 的 LOGIQ5GRIP 切割工具所示。 （由 Iscar 提供）航空航天加工包括小型和大型机器。正如 Rich Sullivan 所说，它们的范围从 Tornos SwissNano 到 Makino MAG3。他是德克萨斯州阿灵顿 Iscar Metals Inc. 的 OEM 经理。第一台机器的占地面积不到 8 平方英尺（0.74 平方米），可生产直径小于 4 毫米的零件。后者可以在托盘上放置八个 SwissNano。
然而，对于任何尺寸的零件，切削工具和机床供应商正在开发技术以快速制造这些零件呃更好。用户面临的挑战是找到一台既能满足未来需求又能满足当今需求的机器。
MRR 与紧公差
航空航天制造商面临两个根本冲突：提高材料去除率 (MRR)同时满足更严格的公差。这是位于新泽西州富兰克林湖的机床制造商三井精机（美国）董事长 Scott Walker 的观点。在考虑大型飞机结构件时，显然需要高 MRR。但即使是小型瑞士车削型零件通常也需要坚固的机床和刀具。
位于新泽西州艾伦代尔的瑞士机械制造商 Marubeni Citizen Cincom Inc. 的客户支持副总裁 Brian Such 说，“最常见的事实是”在航空航天加工中使用的是耐腐蚀材料。他说，哈氏合金、Waspaloy 和 MP35N 等材料都具有“高铬特性和高抗拉强度”。 “这些零件需要非常坚固的机器设置和刚性切割方法。使用这些材料，便宜的机器很快就会出故障！”
此外，公差非常小。零件很贵。航空航天制造商希望将废料降至最低。保持稳定、可预测的过程，每次都能生产出完美的零件，这在航空航天领域几乎是一种信仰。
但 Walker 警告说，一些提供高 MRR 的机器“不适合长期使用这些速率”术语基础。”同样，他说，一些机器在短时间内达到了要求的公差，但随后机器稳定下来，可能会在紧公差零件的某些特征上发生漂移。 “因此，对于紧公差零件或长时间的高 MRR 应用，他们确实没有可靠的工艺。”
另外，Walker 表示，原始设备制造商“必须制造20 多年的一部分。一级或二级供应商可以签署 10 年或 20 年的协议。有些有 40 年的协议。我们’我看到很多客户可能将自己置于长期风险之中，因为他们正在寻找一台今天有能力的机器，但他们不确定它是否能够长期使用。”
正如 Walker 所解释的那样，最终用户需要在一台为相对短期的计划制造零件的机器上进行赌博，或者投资于可以持续数年并且可以在计划结束时重新调整用途的东西——长期提供精度和高 MRR 的资产意味着刚度、刚度、扭矩和推力。但是，沃克补充说，这并不像比较小册子中的数字那么简单。仅仅因为主轴具有一定的马力并提供一定的扭矩，它可能无法在所需的速度范围内完成。
一个整体叶盘，例如一个正在加工 h在 Mitsui Seiki 机器上，这是一个很好的例子，说明了航空航天零件应用中经常涉及的复杂性、材料去除量和冷却剂体积。 （由三井精机提供）“您确实需要分析主轴特性。当您进行真正的重切削时，主轴可能就足够了，但驱动线性轴和旋转轴的电机是否也有足够的扭矩来执行操作？这一切都需要共同努力，”他说。 Walker 补充说，机器必须充分处理在预期运行范围内产生的谐波。
但他也指出，有时在低于理想运行速度时会发生过度振动。违反直觉的解决方案是跑得更努力、更快以找到最佳位置。最后，他建议潜在买家考虑机器制造商在满足公差和 MRR 方面的声誉。检查原始设备制造商 (OEM) 及其供应商将哪些机器用于相同的应用。 “一台机器通常旨在进行严格的公差工作，或者它能够实现高 MRR，但不一定两者兼而有之。有了 Mitsui，您可以在很长一段时间内同时拥有这两者，”Walker 说。
趋势与技术
航空航天机床似乎正处于重大变革的风口浪尖。沃克建议，机器正变得更加专业化，用于某些大批量领域，如航空级铝。根据 Walker 的说法，在这里您需要大马力、高扭矩、高速的机器，这些机器“只能去除大量的材料，但不适合切割钛或镍合金”。
虽然沃克说，航空航天零件通常是小批量的，一些项目提出了大批量的挑战。波音公司每月生产 50 多架 737 Max。 “他们现在正在建立传输线和/或灵活的制造解决方案以满足更大数量的零件，因为在其中加工零件的一体式零件流当您每个月必须制造 100 个特定组件时，在一个设置中安装并不一定有效。”
这不仅仅是铝制机身组件。 Walker 计算出 737 Max 每月需要 450 多个发动机零件——这些零件可能需要 20 或 30 小时的机加工操作。 “因此，与过去几年相比，自动化在航空航天领域发挥着更大的作用，即使在较低级别的供应链商店中也是如此。这包括快速更换工具、零点夹具和过程中检查，”他说。
威斯康星州日耳曼镇 Hainbuch America 西南区域代表 Tom Chambers 表示，行业要求更高- 包括多轴、带电工具和快速转换能力的终端机器。 “工件夹持对于高精度和可重复性的需求尤为重要，”他说。 “客户正在使用我们的精密工件夹持系统，因为它们不仅提供极高的精度和可重复性y，还因为它们专为快速转换而设计——即使是从 OD 零件到 ID 零件。当强调生产的速度和自动化时，可重复性尤为重要。对于小批量、小批量生产，灵活性是首要考虑因素。”
来自 Iscar Metals 的 Sullivan 说，“一般来说，在航空航天加工中，您必须寻求灵活性。”他指出了增材制造、混合机器和多任务车铣复合机床的发展趋势。 “你现在几乎不得不在这个行业过度购买，因为你不能只为你现在拥有的部分设计一个流程，”他说。工程师需要让机器永不过时。 “在我看来，一旦航空航天开始涉足结合增材和减材加工的混合机器，它就会打开闸门，因为可以节省很多钱。”
Citizen 的低频振动技术在切割时使 Z 轴振荡以持续断屑。（提供作者 Marubeni Citizen-Cincom）大型原始设备制造商现在通过铸造相对便宜的材料制造一些航空发动机零件，然后使用混合机器选择性地应用铬镍铁合金。他还看到传统铣削零件与车削零件之间的界限正在变得模糊。
在车削方面，Marubeni Citizen-Cincom 的 Such 解释说，“瑞士机器通常需要采用极端切削深度来加工零件。”但大多数切削工具和机器无法处理这些极端情况。在某些操作中，切屑不会破裂，从而阻止工具中的关键冷却液并破坏过程的稳定性。因此西铁城开发了使 Z 轴振荡的低频振动 (LFV) 技术切割时。这样说，微小的运动与 s 同步主轴旋转以持续断屑。
“有可编程的方式使刀具在切削时反复进入和退出切削，程序员仍然可以通过刀尖半径补偿切削两轴角度或半径，所有这些都具有他们一直使用的完全相同的 CNC 代码，”他说。 “只要打开 LFV 就可以了。 LFV 也非常适合轴向钻孔或动力工具交叉钻孔。在 Citizen LFV 模式下，这两种切割方式都能更好地发挥作用。”
售后解决方案
位于缅因州韦尔斯的 Caron Engineering Inc. 的 Rob Caron 和他的团队开发了一种一套航空航天解决方案。由于航空航天制造商专注于实现可最大限度减少废料的稳定工艺——而且许多航空航天材料坚硬或具有磨蚀性——因此机械师倾向于保守地运行。 Caron 创建了一种自适应控制产品，可以在工具移动时自动对机器的进给速率进行连续、实时的调整
“这使用户能够对更积极的切割进行编程，因为他们知道如果工具会损坏或材料有一些硬度异常，我们会在那个时候自动减慢工具速度，”解释说Caron。
该公司的系统工具监控自适应控制 (TMAC) 不仅仅是软件。它也不依赖于机器固有的扭矩感应。相反，Caron 添加了一个“比控件提供的更灵敏的设备来测量切割功率。它具有无限的可扩展性，我们可以根据正在切削的刀具类型和切削量动态更改灵敏度。”
有趣的是，尽管 Caron 表示一些机床制造商抵制添加 TMAC， “控制人员对此没有意见。他们中的大多数人真的想要它并来找我们。包括 FANUC、Siemens 和 Okuma 在内的大公司希望我们进行整合。”
例如，配备 FANUC 31 的 OKK HMC0is-A control 使用 1/2” (12.7 mm) 立铣刀和各种钻头对 718 Inconel 喷气发动机机壳的法兰进行仿形加工和扇形加工。由于切削条件不断变化，必须设置进给速率以适应最差的材料条件，从而导致零件循环时间约为 25 小时。在实施 TMAC 后，该商店将扇贝加工时间减少了 60%。
Caron Engineering 的 TMAC 系统可以同时显示多个传感器通道，即使在手持设备上也是如此。 （由 Caron Engineering 提供）TMAC 还关注工具振动和轴承健康状况。 “通过监测切削中刀具振动水平的变化，我们可以提醒用户注意问题，”Caron 解释道。
Caron Engineering 还提供 ToolConnect，这是一种为任何机器添加 RFID（射频识别）功能的系统。典型的方法是使用预调器将工具数据（包括工具的预期机器口袋）写入工具架上的 RFID 芯片。然后 Caron 系统读取芯片，不仅可以将正确的数据传输到机器控制系统，还可以防止操作员将工具放入错误的口袋。
Caron Engineering 提供的软件使用成品零件数据来根据测量值和标称值之间的偏差自动进行偏移调整。 Caron 说，这“消除了输入偏移量、调整错误工具或过度调整工具等人为错误。”
改进传统机器
Chambers 说 Hainbuch 还发现了一个市场在旧机器上使用其精密工件夹持系统的公司，以提高其能力或复杂且难以加工的零件。Chambers 说：“通过为低成本或入门级机器配备精密系统，他们可以竞争更广泛的航空航天零件。”
最后，大家一致认为，除了对于某些复合材料，高压冷却剂（高达 1,000 psi）对于最大化产量至关重要。期待像 ChipBlaster 和 MP Systems 这样的公司将此功能添加到现有机器中。 Iscar 的 Sullivan 赞扬了一项新功能，该功能使机器控制能够告诉此类附加泵按照程序改变不同切割的冷却剂压力。他解释说，这很重要，因为某些工具对压力敏感。例如，一种刀片可能在 600 psi 下工作得最好，而其他刀片则无法达到足够的压力。
切削刀具注意事项
Iscar Metals 和新泽西州费尔劳恩的 Sandvik Coromant 都专注于航空航天和两者都非常重视向切削区输送高压冷却液。 Scott Lewis，山特维克可乐满航空航天业专家，称其公司的概念为“高精度冷却液”。刀柄包括喷嘴，可将冷却液引导至切削刃上的准确位置，以优化刀具寿命以及刀具的性能和一致性。 Lewis 说，冷却液有助于加热和去除切屑，具体取决于刀片的形状。他补充说：“我们的大多数刀柄都有上方和下方的冷却液流动。”
Iscar 在其 LOGIQ 车削和切割线中采用类似的方法。 Sullivan 解释说，切割工具本质上很容易出现故障，“因此将冷却液送到切割工具的尖端是一个巨大的优势，你需要高压才能做到这一点。” Sullivan 还提到了他公司的 LOGIQ 钻孔线，其中包括带螺纹头的可转位螺旋钻头，可将冷却液输送到尖端，甚至可达 12xD。
许多航空航天业通过各种方式定义和锁定制造工艺认证。这是不同的很难引入改进。然而，巨大的需求使该行业对变化更加开放。新项目提供了一个机会，可以更自由地探索新的解决方案。 “无论是新流程还是对现有流程的改进，”Lewis 说，“我们提供更好解决方案的方法是解决完整的问题。它可能是新的材质、刀架或刀具路径。”
山特维克可乐满组建了一个 CAD/CAM 团队，通过在程序中建议新的刀具路径来帮助客户，这些刀具路径可以更好地与更新的刀具配合使用。 Lewis 解释说：“我们可以与他们协商，也可以实际携手合作来更改加工程序。” “由于这些客户失去了很多经验丰富的编程人员，他们希望工具公司提供我们的编程支持，有时会建议更改，有时会实际编写程序。”
山特维克可乐满的 Fair Lawn 工厂包括一个航空航天 Appli阳离子中心配备了最先进的加工中心。该公司在那里测试客户零件，确定哪些刀具、刀具路径和切削数据最有效。
虽然伊斯卡和山特维克可乐满都提供各种标准刀具，包括硬质合金可转位刀具和整体圆形刀具，CBN 、陶瓷和 PCD，航空航天工具通常需要定制。这种定制可以包括从修改硬质合金等级到改变边缘准备的一切。山特维克可乐满还提供“量身定制”程序，可以针对特定应用更改标准工具的总长度、颈部长度或其他基本特征。
实心圆形陶瓷刀具（此处来自山特维克可乐满）正在成为一种解决方案离子用于一些具有挑战性的航空航天应用，如这个整体叶盘。 （由山特维克可乐满提供）
山特维克可乐满的另一项服务是定期推出“组件解决方案”，即针对特定组件的大多数标准产品包。 “软件包包括刀具路径、切削参数、刀具推荐以及我们在测试中体验到的刀具寿命，”Lewis 解释说。因此，对于叶盘或挡圈等常见零件，山特维克可乐满提供了标准刀具和应用指南，用于在这些零件上切削标准特征。
Lewis 还强调了减振刀柄。 “有时 [航空航天] 需要的长度超过为基本车削杆或基本铣削接杆规定的直径与长度之比，”他解释道。他们可能必须深入切割或超出某个特征，例如发动机轴。 “您可以使用不同的切削参数玩游戏或插入几何形状来改进工艺流程有时如果没有阻尼适配器或阻尼杆就无法修复它，”他说。
山特维克可乐满提供带有嵌入式数字传感器的阻尼杆，称为 SilentTools Plus，它是 CoroPlus 数字加工产品套件的一部分。这些工具具有与标准阻尼杆相同的优势，并且可以将阻尼杆的性能传达给机器或手持设备。这为操作员提供了持续的反馈，以图形方式表示。操作员了解什么水平的振动可以提供稳定、无颤动的过程并进行调整。嵌入式传感器可以测量振动、刀具是否在切削、切削力、棒材温度、中心高度和其他因素。
这项技术也在精镗刀具中问世。 Lewis 说下一步将是使用机器控制来使用这些数据实时进行自动调整。
Sullivan 说 Iscar 认为需要减少力“因为某些零件的夹具可能贫血。我们的许多硬质合金工具都使用可变螺距和可变螺旋线来分解谐波，使我们能够更快、更平稳地运行，并且不会对零件产生太大的力。”他还强调了 Iscar 的 Multi-Master 系列工具。这些工具将硬质合金螺纹头连接到整体硬质合金、重金属或钢柄上。
”沙利文解释道。最后，他说小直径可转位刀具一直是焦点，Iscar 的 LOGIQ 线钻头直径降至 4 毫米，其两刃和三刃立铣刀直径降至 5/16 英寸和 3/8 英寸（7.9 和9.5 毫米）。
Lewis 和 Sullivan 都指出，喷气发动机制造商倾向于开发自己的专有材料是一项重大挑战。 “这些材料有时是最具挑战性的，因为原始设备制造商不情愿提供样品或有关材料的足够信息，”刘易斯说。 “另一方面，在某些情况下，我们从一开始就与发动机制造商合作，共同学习如何最好地加工材料。”
增材和混合加工技术的引入提高了挑战是因为，正如 Sullivan 所说，“制造商几乎可以实时处理金属粉末。您可以知道零件中的颗粒是什么以及材料的百分比。但制造商混合它们的方式以及它们结合的方式是独一无二的，任何人都在猜测它将如何切割。”难怪刘易斯开玩笑说，在汽车行业，问题是“我能用这个工具制造 1,000 个零件吗？”在航空航天领域，问题是“我能用这把刀刃通过这个通道吗？”
