在生產(chǎn)車間普遍使用多主軸龍門式銑床加工，算是飛機(jī)制造業(yè)的一大特征,它能一次加工3-5個(gè)鋁合金零件翔曲。有時(shí)，在零件成批量地按工藝進(jìn)行機(jī)加误即、裝配薇兆、驗(yàn)收和出廠或存庫等自動(dòng)流程生產(chǎn)線中，也用于在一個(gè)機(jī)床上進(jìn)行粗加工肯矾，在另一個(gè)機(jī)床上進(jìn)行精加工。精加工之后還要對零件進(jìn)行大量手工操作等后工序加工需复。

　　但現(xiàn)在，大多數(shù)飛機(jī)制造廠再也不喜歡使用多主軸龍門式銑床了拓郑。 他們都愿意使用在密蘇里州圣路易斯市GKN飛機(jī)制造廠看到的能在較高的主軸轉(zhuǎn)速咸培、大進(jìn)給量條件下加工的大型單主軸機(jī)床。它將成為大型鋁合金零件的主要加工設(shè)備疑跑。因?yàn)橐院蟮陌l(fā)展是單個(gè)零件的生產(chǎn)已經(jīng)很大程度上代替了批量生產(chǎn)，手工操作正逐步消失奢讨。

　　幾年前，在Boeing 公司與McDonnell Douglas公司合并后拿诸，GKN飛機(jī)制造廠就變成了Boeing 公司的一部分。當(dāng)時(shí)季率，他們都還使用多主軸龍門式銑床。價(jià)格昂貴的鋁合金小批量生產(chǎn)的機(jī)身零件飒泻，需要經(jīng)過多次長距離搬運(yùn)到幾個(gè)車間才能完成全部加工吏廉，一直如此，也沒有覺得有什么不好席覆。

　　2001年1月工廠購買了一臺(tái)單主軸高速機(jī)床史辙，使工廠出現(xiàn)了新的面貌。GKN飛機(jī)制造廠也成了GKN公司的一部分略匕。GKN公司是一個(gè)能為全球的汽車廠商提供零部件和為航空公司提供先進(jìn)復(fù)合材料缓贤、高性能耐熱合金零部件的跨國公司熟督。在這個(gè)公司里军笑，GKN飛機(jī)制造廠成了對空中客車见拴、Boeing擅暴、Lockheed-Martin 和幾家噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司的主要承包商馒毙。在位于圣路易斯的工廠之后，GKN成為波音軍用飛機(jī)和導(dǎo)彈系統(tǒng)集團(tuán)的主要戰(zhàn)略合作伙伴疫壕。 GKN飛機(jī)制造廠的總部同時(shí)也建立在了圣路易斯。

　　轉(zhuǎn)變階段　

　　“在對新設(shè)備的使用和研究過程中秸谢，我們公司認(rèn)識到工廠內(nèi)的許多設(shè)備在技術(shù)上都已經(jīng)過時(shí)了”在圣路易斯的COO和經(jīng)理Mike Beck說凛澎，“我們經(jīng)歷了從一個(gè)來料加工的小廠轉(zhuǎn)變成一個(gè)生產(chǎn)多品種小批量世界一流先進(jìn)高技術(shù)公司的過渡階段」捞悖”

　　這個(gè)轉(zhuǎn)變是需要的，因?yàn)楹娇展I(yè)從總體上講也在轉(zhuǎn)變過渡中最铁。 軍用和民用飛機(jī)垮兑，都以小批量生產(chǎn)為主冷尉。從零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也是由簡單小零件趨向于大型和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的集成型發(fā)展甥角，而取消小型零件的裝配程序和昂貴的手工操作。零件的制造公差要求也越來越嚴(yán)嗤无，加工零件的幾何形狀精度和表面粗糙度也向更高精度要求。

　　這一切都促使飛機(jī)制造廠采用先進(jìn)的精益制造技術(shù)姚转。GKN飛機(jī)制造廠是一家使用精益制造技術(shù)比較好的典型企業(yè)棒嚼。精益制造是一項(xiàng)通過使用各種先進(jìn)技術(shù)，去除浪費(fèi)時(shí)間啃掠、浪費(fèi)運(yùn)動(dòng)(指零件搬運(yùn))和浪費(fèi)材料的工作程序的生產(chǎn)策略。作為生產(chǎn)策略，精益生產(chǎn)強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)過程中的優(yōu)化工作流程和最小限度的工作量苔眼。

　　“我們希望能夠以確切的數(shù)量和在準(zhǔn)確的時(shí)間內(nèi)完成生產(chǎn)任務(wù)润邑，即進(jìn)行短周期生產(chǎn)，無庫存生產(chǎn)和零庫存等的及時(shí)和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)哄谆。”公司副總裁和金屬結(jié)構(gòu)部經(jīng)理Steve Pickett說洗搂。

　　就在我們推行精益生產(chǎn)的過程中，工廠還有50多臺(tái)三主軸龍門式銑床在使用著侦副。它們代表了鋁合金加工的主體和實(shí)力的體現(xiàn)驼鞭。但是很清楚的是這些機(jī)床不再適合于小批量多品種的生產(chǎn)策略尺碰。

　　根據(jù)Pickett先生介紹，公司為金屬結(jié)構(gòu)部啟用資金現(xiàn)代化投資程序迅速對以上狀態(tài)作出反應(yīng)亲桥，計(jì)劃在三年內(nèi)投資$1700萬。用以購買新機(jī)床词身，改進(jìn)零散的舊生產(chǎn)方式為柔性制造單元蹂楣。使零件能在一個(gè)工作場地加工成型锤楷。減少或取消零件的多次搬運(yùn)品扯、裝夾妖恨、調(diào)試和等待時(shí)間。

　　這一現(xiàn)代化投資程序的核心是購買了三臺(tái)由位于加拿大安大略湖畔的 Henri Linè 生產(chǎn)的Powermill系列高速5軸加工機(jī)床足沥。 兩臺(tái)立式機(jī)床分別在2002年6月和11月安裝，一臺(tái)臥式機(jī)床在2004年初安裝使用滔菠。

　　單主軸勝過三主軸

　　立式機(jī)床對加工過程的影響很大。 使用兩臺(tái)單主軸立式機(jī)床加工的產(chǎn)量相當(dāng)于使用五臺(tái)三主軸機(jī)床涡相，Pickett先生說剩蟀。 由于它具有大功率催蝗、高切削速度育特、五軸加工的高柔性和高效率裝夾等優(yōu)點(diǎn)，所以具有很強(qiáng)的市場競爭力犬缨。

　　機(jī)床的X和Y軸設(shè)計(jì)成由90 hp的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)棉浸，能在加工鋁合金時(shí)達(dá)到25.4m/min的最大進(jìn)給速度。主軸最高轉(zhuǎn)速為24,000 r/min枝恋。機(jī)床配備有HSK63-A型快換刀具夾頭嗡害。

　　“我們現(xiàn)在使用單主軸機(jī)床，在相同的加工時(shí)間內(nèi)加工鋁合金零件散氧，與使用三主軸機(jī)床相比砾漓，可四倍以上地提高生產(chǎn)效率∷文溃”Pickett先生說腊拍。 在加工時(shí)間上，據(jù)Pickett先生介紹呆淑，加工一個(gè)大型的飛機(jī)機(jī)身零件曼刀，在三主軸機(jī)床上需用72個(gè)小時(shí)史隆，現(xiàn)在僅12個(gè)小時(shí)就能完成。

　　新的機(jī)床有寬為3657.6mm粘姜，長是18288mm的工作區(qū)域熔酷。 雖然三主軸機(jī)床也有這樣大工作區(qū)域，但不如單主軸機(jī)床能更有效利用這一工作空間号显。例如躺酒，為了同時(shí)使用三個(gè)主軸，工作區(qū)域必須被分為三個(gè)比較狹窄的平行部分羹应。這將使大型形狀復(fù)雜零件的多次裝夾受到影響脆逊，并使并排裝夾著的零件因主軸達(dá)不到而無法加工。GKN航空制造廠通過采用在鋁板上嵌置多個(gè)零件，采取在多位夾具上裝夾多個(gè)零件和分左右側(cè)面加工等方式截巢，充足利用新機(jī)床床身整個(gè)長寬面積呻蚪，給零件的高效率加工帶來了方便础姚。

　　刀具的使用方面也比三主軸機(jī)床高效、方便：(一)新機(jī)床裝備有自動(dòng)換刀系統(tǒng)擂送，而三主軸機(jī)床還需由人工在三個(gè)主軸上裝卸刀具嘹吨。(二)單主軸機(jī)床只使用一把加工精良的刀具蟀拷，而三主軸機(jī)床问芬，為保證加工一致愈诚，需準(zhǔn)備三把需經(jīng)仔細(xì)匹配好的刀具酌泰。這樣漂烂，單主軸機(jī)床的刀具費(fèi)用減少展稼，刀具準(zhǔn)備程序簡單束多。

　　當(dāng)然，因?yàn)樾聶C(jī)床是為高速加工設(shè)計(jì)的俩堡，所以必須將高精度硬質(zhì)合金刀具裝入平衡過的刀柄內(nèi)使用∈戏蹋“這些刀具的同軸度很高事匈，因而能加工出更好的零件表面粗糙度】堑剩”Pickett先生說址敢。

　　零件的裝夾次數(shù)的減少也是單主軸機(jī)床能實(shí)現(xiàn)高效率加工的一個(gè)最重要原因，這也是很好執(zhí)行制造策略的最基本要求和進(jìn)行精益生產(chǎn)的必須具備的條件浆左。因?yàn)樾聶C(jī)床所具有高速與大功率特點(diǎn)挥闸，通常要求粗、精加工在一次裝夾中完成伪节。機(jī)床的5軸加工能力表現(xiàn)在能使刀具傾斜20-25°光羞，對零件中的斜孔和斜面進(jìn)行加工的能力。這就取消了在三主軸機(jī)床上加工怀大，需要進(jìn)行多次裝夾零件的麻煩狞山。單主軸機(jī)床還設(shè)計(jì)了經(jīng)齒輪傳動(dòng)的能從立式狀態(tài)傾斜100°的可擺動(dòng)式主軸全闷。所以是加工飛機(jī)機(jī)身零件上扇狀槽型輪廓和側(cè)面立體空間(斜)孔的最佳解決方案。

　　單主軸機(jī)床裝備有GE-Fanuc 150i CNC系統(tǒng)萍启。 這些控制器是用以高速處理高速加工過程遇到的所有技術(shù)難題总珠。“我們確實(shí)看見了刀具在高速進(jìn)給加工中聰明地實(shí)行加/減速度勘纯，高精度加工過渡圓弧的精彩場面和從中獲得利益局服。”Pickett先生說驳遵。

　　因?yàn)橐迹谟射X合金制成的許多飛機(jī)零件中，包括有無數(shù)大小型腔的薄壁零件堤结。能光滑地處理和加工出過渡圓弧半徑是裝備有GE-Fanuc 150i CNC系統(tǒng)的單主軸高速機(jī)床的最大優(yōu)勢斜擎。

　　據(jù)Pickett先生透露，GKN飛機(jī)制造廠與IMTA公司(位于伊利諾斯州的Rockford肢阿，Henri Linè公司的設(shè)計(jì)宿闯、銷售與安裝公司)一道，設(shè)計(jì)開發(fā)出具有獨(dú)特風(fēng)格的新的型腔結(jié)構(gòu)技術(shù)甸赏。新的型腔結(jié)構(gòu)零件避免了在高速切削中加工內(nèi)圓弧危厕，極大地延長刀具使用壽命。另一個(gè)更能發(fā)揮高速加工優(yōu)勢的獨(dú)樹一幟的技術(shù)是不需要放任何支撐材料藏崇，就能加工出壁厚為1mm的薄壁零件稻扔。兩種新技術(shù)都具有能使零件加工中不用人工參與，不使零件產(chǎn)生變形和獲得低的表面粗糙度等優(yōu)點(diǎn)短揉。

　　設(shè)備改造

　　除能進(jìn)行高速切削之外伞下，5軸加工也能在加工鋁合金金零件中極大地減少加工時(shí)間，提高機(jī)床的加工能力刚肠。公司還改進(jìn)了多臺(tái)三主軸機(jī)床,主要用于加工鈦合金纳倚，同時(shí)減輕了現(xiàn)有設(shè)備的工作壓力。

　　2004年有4臺(tái)三主軸機(jī)床將用大功率主軸谴垫、新型CNC系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)進(jìn)行改造。改造后機(jī)床雖然能在鈦合金加工中提高生產(chǎn)效率母蛛，但還不能與單主軸機(jī)床的功率和速度相比翩剪。“這確實(shí)是一項(xiàng)需要認(rèn)真處理的經(jīng)濟(jì)性決策彩郊∏巴洌”Pickett先生解釋，“這些機(jī)床的改造調(diào)用了一部份購買新設(shè)備的經(jīng)費(fèi)秫逝∷〕觯”

　　根據(jù)新產(chǎn)品開發(fā)和正在生產(chǎn)中鈦合金零件加工的批量大小询枚，在明年將繼續(xù)對其余的機(jī)床進(jìn)行改造。將工廠從單主軸機(jī)床學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用于改造的三主軸機(jī)床上加工鈦合金零件浙巫。例如金蜀，盡管這些機(jī)床的三主軸加工功能已不再占有優(yōu)勢，Pickett先生說的畴，“如果有很多零件需要加工渊抄，而且零件形狀不是很復(fù)雜，我們也可以象在單主軸機(jī)床上一樣地使用三主軸機(jī)床丧裁〗耍”

　　臥式加工中心

　　由Henri Linè公司生產(chǎn)的第三臺(tái)Powermill系列高速5軸加工機(jī)床是一臺(tái)臥式加工中心。 它裝備兩個(gè)可以臥式定位央嘱，可承重載的液壓驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)唧痴，用以加工大型零件。當(dāng)工作臺(tái)處于垂直的吊掛狀態(tài)時(shí)馏纱，工作臺(tái)就象一扇鎖緊的大門噩五，將機(jī)床封閉一處進(jìn)行加工。

　　為提高加工效率港驶，臥式加工中心配備有能防止高壓冷卻液噴濺的噴濺遏制器鳞乏，因此能使用高壓、大流量的冷卻液滨靴，順利排屑和降低切削溫度绝绊。由于機(jī)床配置了好的切屑管理系統(tǒng)和冷卻液系統(tǒng)，所以主要用于加工結(jié)構(gòu)上有較深型腔的形狀復(fù)雜的航空零件巴疾，并比立式加工中心提高20-30%的生產(chǎn)效率收斑。

　　采用精益生產(chǎn)

　　當(dāng)Pickett先生和金屬結(jié)構(gòu)部成員并沒有把成功只局限于新的加工技術(shù)上。 為能保持高速玲躯、5軸加工始終具有較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢据德，還必須將它應(yīng)用到工廠更多的生產(chǎn)設(shè)備上去。

　　Pickett先生認(rèn)為公司已取得的最明顯的收獲就是將以上新技術(shù)應(yīng)用于到精益生產(chǎn)中跷车〖“你們可以使用柔性制造系統(tǒng)、kanban系統(tǒng)朽缴、單件生產(chǎn)流程和其它先進(jìn)技術(shù)善玫。精益生產(chǎn)的本質(zhì)在于創(chuàng)造一個(gè)允許操作者和管理人員發(fā)表意見參加管理的環(huán)境∶芮浚”

　　“對于精益生產(chǎn)茅郎，我們的方針是向操作者宣傳如何使用這門新興技術(shù)和接受他們提出的好建議』虿常”Pickett先生說系冗， 同時(shí)奕扣，我們對急于要看到精益生產(chǎn)效果的部分管理人員要有耐心，在這一轉(zhuǎn)變可能給工廠和每個(gè)人帶來好的經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)掌敬，還要考慮在機(jī)床上安裝應(yīng)急傳感器等惯豆，把具體工作做好，以保證高效率高質(zhì)量地生產(chǎn)霉尊。

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