Lockheed Martin公司對(duì)F-35型戰(zhàn)機(jī)表皮部分的復(fù)合材料的精密加工，為這類戰(zhàn)機(jī)的制造為什么能夠?yàn)槊绹?guó)納稅人節(jié)約資金提供了原因。這導(dǎo)致了其他一些國(guó)家為制造這一戰(zhàn)機(jī)而被迫付出了代價(jià)。本文將對(duì)這一聯(lián)合戰(zhàn)斗機(jī)的高價(jià)值和高工程加工工藝作一介紹登徐。

美國(guó)軍隊(duì)的不同兵種歷來(lái)堅(jiān)持采用不同的飛機(jī)】靶浚空軍哟笨、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、海軍——他們承擔(dān)不同的使命肺疾，面臨不同的需求母逸。生產(chǎn)和擁有一種適合于各兵種的戰(zhàn)斗機(jī)顯然有利于降低生產(chǎn)成本，但爭(zhēng)論的焦點(diǎn)集中在其能否保證相當(dāng)數(shù)量的低成本效益彼硫，以便使該飛機(jī)能夠?yàn)槊總€(gè)兵種的服務(wù)起到其最好的作用炊豪。其結(jié)果是：不同型號(hào)的軍用飛機(jī)數(shù)量在不斷地增加，以滿足其重疊使用的要求拧篮。

Joel Malone先生說(shuō)词渤，在一個(gè)國(guó)際軍事力量之間合作不斷增強(qiáng)的年代里，這種軍用飛機(jī)的多樣性甚至顯得更為重要。Malone先生是Lockheed Martin國(guó)防航空公司F-35戰(zhàn)機(jī)項(xiàng)目的一名高級(jí)經(jīng)理缺虐。他說(shuō)芜壁，在20世紀(jì)90年代的波斯尼亞沖突中，這種多樣性的效果得到了充分反映高氮。來(lái)自美國(guó)和其他國(guó)家的不同飛機(jī)慧妄，在一個(gè)聯(lián)軍機(jī)場(chǎng)舉行了一次全景式軍事演習(xí)。各種飛機(jī)需要采用不同的供應(yīng)鏈和不同的維護(hù)程序剪芍，以便在各個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)上能夠全力支持他們塞淹。

現(xiàn)在，與飛機(jī)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)改進(jìn)罪裹，使其有可能設(shè)計(jì)出一種能夠滿足于多種需求的單一飛機(jī)平臺(tái)饱普。同一架飛機(jī)，采用不同類型的配置茶踪，可以達(dá)到短距離起飛和在軍艦上垂直著陸的能力杉源，具有在海軍航空母艦上著陸所需的彈性，或空軍所需的速度和機(jī)動(dòng)性教叽。

F-35閃電II型戰(zhàn)機(jī)（也被稱為聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)）墙哲，由Lockheed Martin公司生產(chǎn)，是一種多功能用途的飛機(jī)嘶忘。

事實(shí)上氏石，這種可以隨時(shí)變型的飛機(jī)，也使其有可能成為適用于美國(guó)各軍事盟國(guó)的飛機(jī)躁银。

然而既权，Malone先生說(shuō)，單靠經(jīng)濟(jì)還不足以讓美國(guó)及其盟國(guó)的服務(wù)能夠支持一個(gè)共同的飛機(jī)項(xiàng)目崎北。對(duì)于觸及到另一服務(wù)項(xiàng)目的同樣飛機(jī)，需要采取特別謹(jǐn)慎的態(tài)度四洗，應(yīng)使其設(shè)計(jì)滿足該服務(wù)項(xiàng)目的需要松招。這里必須設(shè)置一個(gè)“吸引人的地方”，使該飛機(jī)具有特別的性能每庆。在F-35型戰(zhàn)機(jī)上筐带，所謂“吸引人的地方”就是“VLO”，或稱作“很低的可探測(cè)性能”缤灵。也就是說(shuō)伦籍，采用雷達(dá)和遙感等其他手段，是很難探測(cè)到這種飛機(jī)影蹤的腮出。

但實(shí)際上帖鸦，這種F-35型戰(zhàn)機(jī)上具有“可支持的”VLO功能。也就是說(shuō)，這種飛機(jī)上的VLO只需要非常低廉的維護(hù)費(fèi)用作儿。

過(guò)去的隱形飛機(jī)達(dá)不到這樣的要求洛二。在過(guò)去的VLO飛機(jī)上，由于雷達(dá)能夠探測(cè)到其鋒利邊緣攻锰，甚至能夠探測(cè)到其因采用環(huán)氧樹(shù)脂密封后外部零件之間所產(chǎn)生的細(xì)微不匹配處晾嘶。環(huán)氧樹(shù)脂會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中干燥、硬化和分解娶吞，這意味著它必須進(jìn)行經(jīng)常地檢查和更換垒迂。

相比之下，F(xiàn)-35型戰(zhàn)機(jī)相鄰零件之間的結(jié)合是如此的流暢和精確肖糖，因此不需要使用環(huán)氧樹(shù)脂密封笨拯。以往隱形飛機(jī)所存在的那種麻煩已經(jīng)消失。

這一優(yōu)點(diǎn)除了經(jīng)濟(jì)上的多功能用途之外菊车，還有助于贏得眾多軍事服務(wù)機(jī)構(gòu)的聯(lián)合支持虚缘。它們不僅包括美國(guó)的軍事分支機(jī)構(gòu)，而且還包括其他八個(gè)共同合作的國(guó)家您奶。每個(gè)分支機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的影響與其所作出的貢獻(xiàn)成正比辐轧，因此非美國(guó)家已經(jīng)為該飛機(jī)的研發(fā)支出了40多億美元。

這筆支出幾乎全部直接應(yīng)用到了CNC數(shù)控加工上晋鼓。而且鬼涂，正如Malone先生所說(shuō)的那樣，可支持的VLO是得到國(guó)外支持的一個(gè)很大原因摘链。而允許可支持的VLO存在是在于其零件之間的緊密匹配羔仅。

那么究竟是什么原因使其能夠緊密匹配？答案當(dāng)然是CNC數(shù)控加工岗努。飛機(jī)表皮的復(fù)合材料采用銑削加工和鉆削加工的方法沉桌，其加工的公差尺寸是如此的精密，因而飛機(jī)的組裝表面可防止出現(xiàn)雷達(dá)能夠看得到的不匹配情況算吩。

FOG機(jī)床的戰(zhàn)爭(zhēng)“迷霧”

一臺(tái)復(fù)雜的5軸銑床提供了這種飛機(jī)表皮復(fù)合材料的精密銑削加工和鉆削加工能力留凭。國(guó)防供應(yīng)商很喜歡這個(gè)縮寫：“FOG”，它是flexible overhead gantry（柔性架空龍門銑）這個(gè)詞的縮寫偎巢。

事實(shí)上蔼夜，應(yīng)用于FOG機(jī)床上更為有趣的項(xiàng)目之一是一種縮寫為PINC的裝置。

FOG機(jī)床是由機(jī)床制造商DS Technology技術(shù)公司提供的压昼，該公司的總部設(shè)立在在俄亥俄州的辛辛那提市求冷。這臺(tái)5軸銑床的X軸托盤長(zhǎng)度為15m。提供定位精度的玻璃光柵尺和用作容積補(bǔ)償?shù)囊惶譊S Technology技術(shù)公司的專用系統(tǒng)窍霞，可幫助整臺(tái)機(jī)床保持較大工作范圍內(nèi)的緊密精度匠题。Don Kinard博士是F-35型戰(zhàn)機(jī)全球生產(chǎn)技術(shù)操作部的副手拯坟，他說(shuō)，他認(rèn)為這臺(tái)機(jī)床是“世界同一尺寸類型產(chǎn)品中最精確的機(jī)床梧躺∷扑”

由碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）制成的、外形復(fù)雜的零件都在這里加工遣惊，同樣钓赛，外形復(fù)雜的并在零件加工中用于夾持零件的鋁制真空夾具也在這里生產(chǎn)。大約有56個(gè)數(shù)量的復(fù)合零件在這臺(tái)機(jī)床上銑削渠盅、修整和鉆削加工勃说，這個(gè)數(shù)字有可能逐步下降，因?yàn)椴糠謹(jǐn)?shù)字是由全面生產(chǎn)所造成供辰。對(duì)于由典型的碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）制成的零件痒塞，其工藝涉及到復(fù)合零件的IML（內(nèi)模線或內(nèi)表面）加工，同時(shí)梢苍，零件被固定在一套真空夾具上洪磕，然后在零件被翻轉(zhuǎn)裝夾到鄰近的一套同樣的真空夾具上以后，開(kāi)始從OML（外模線）上加工其余的部分诲有。

Lockheed Martin公司并沒(méi)有透露F-35型戰(zhàn)機(jī)加工工藝之所以能夠保持精密公差尺寸的最重要的技術(shù)細(xì)節(jié)晋丑。

那么，這里究竟是一些什么東西使其有可能達(dá)到那些未經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明的公差尺寸的呢：

1.壓縮路由器

在復(fù)合零件加工中药封，脫層代表了其加工精度所受到的最嚴(yán)重障礙嚼债。在修整邊緣時(shí)這一點(diǎn)尤其是確切無(wú)疑的。該材料是多層次組成的吠谢，加工引起的外力可以使該層次造成分離土童。

Rick Denny先生是聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)加工系統(tǒng)的一名技術(shù)負(fù)責(zé)人。他說(shuō)工坊，以前用于修整復(fù)合材料的一把刀具是一把帶有PCD刀刃的刀具献汗，只能延續(xù)使用21ft（1ft=30.5cm）的距離。由于刀具磨損造成的外力變化王污，開(kāi)始出現(xiàn)脫層的情況雀瓢。

他說(shuō)，其解決方案是采用一把碳化物硬質(zhì)合金刀具玉掸。具體來(lái)說(shuō)，該解決方案實(shí)際上是一個(gè)來(lái)自于刀具供應(yīng)商AMAMCO公司（美國(guó)制造和銷售公司）的“壓縮路由器”醒叁，是與國(guó)防制造和加工的國(guó)家中心共同合作開(kāi)發(fā)的司浪。這一刀具所具有的特殊幾何結(jié)構(gòu)，直接使其切削力以壓縮力的方式把沼，將零件切削加工時(shí)的各個(gè)層次壓縮在一起啊易。他說(shuō)吁伺，該刀具的成本費(fèi)用約為以前刀具價(jià)格的1/3，但可以確切地保證堤酿，在其磨損前谷培，它通常可以延續(xù)使用100ft的距離镇评。

2.銑削加工厚度

碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）是采用自動(dòng)化纖維配置工藝精密生產(chǎn)的藤侦，但即使采用這樣的方法，也不能以足夠的精度控制其厚度牺鱼。其厚度必須通過(guò)CNC數(shù)控銑削加工的方法才能進(jìn)一步控制樊何。PCD球端立銑刀是以一種平行、小步距的刀具路徑方式加工零件的內(nèi)表面（IML）跪晕。銑削加工操作大約需要6h的時(shí)間秀彤。Kinard博士認(rèn)為，這種方法作為許多有效的工藝方案之一啄崖，可能會(huì)具有更高的效率笙吠。加工小組正在調(diào)查是否可采用平底銑刀來(lái)進(jìn)行代替，以達(dá)到必要的加工精度垄暗，在五軸加工路徑中轴座，它的每一次走刀，可以切除更加寬厚的材料郎哭。

PINC測(cè)量工具是能夠節(jié)約大量成本和更具有創(chuàng)新意義的項(xiàng)目之一他匪，被應(yīng)用于該加工工藝之中。開(kāi)發(fā)一套準(zhǔn)確的自動(dòng)化埋頭孔安置手段可消除相當(dāng)大的人工參與工作量夸研，過(guò)去這項(xiàng)工作需要進(jìn)入到埋頭孔控制

3.即使是混凝土結(jié)構(gòu)也可進(jìn)行補(bǔ)償

另外一類潛在變化的原因是車間的設(shè)置邦蜜。為了達(dá)到穩(wěn)定性的目的，機(jī)床被安裝在30ft深的基礎(chǔ)坑內(nèi)亥至。然而悼沈，即使是這樣的基礎(chǔ)，隨著時(shí)間的推移姐扮，也會(huì)產(chǎn)生微小的運(yùn)動(dòng)絮供。為了確保任何安裝方式不影響到機(jī)床的精度，F(xiàn)OG機(jī)床在其X/Y行程的四個(gè)角落上安裝了陶瓷檢測(cè)球體茶敏，該球體采用防護(hù)罩保護(hù)壤靶。機(jī)床每天探測(cè)這些球體，以監(jiān)控基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)狀況惊搏。

4.采用CMM三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢驗(yàn)

對(duì)于這樣的大型工件和工裝夾具來(lái)說(shuō)贮乳，采用機(jī)上聯(lián)機(jī)檢測(cè)似乎是最實(shí)用的驗(yàn)證手段。也就是說(shuō)减点，讓零件留在加工機(jī)床的原來(lái)地方饥猴，然后在機(jī)上測(cè)量這些零件倔晚。Kinard博士指出了采用這種方法所存在的問(wèn)題：即便是一臺(tái)大型CMM三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，與FOG機(jī)床本身的成本和價(jià)值相比屉胳，其成本費(fèi)用也將是相對(duì)低廉的封均。

因此，更加有效的使用FOG機(jī)床履剔，實(shí)際上就是將其從檢驗(yàn)中解放出來(lái)篇臭，即使這意味著會(huì)使零件移動(dòng)。通過(guò)利用一個(gè)巨型的三托盤傳送系統(tǒng)父吧，可使每個(gè)零件在一臺(tái)相當(dāng)于房間大小的Zeiss公司CMM三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上進(jìn)行穿梭測(cè)量隧蜀。為了確保零件在傳輸過(guò)程中，緊緊地夾持在真空夾具之上而不松動(dòng)秉唇，應(yīng)采用一系列獨(dú)立的真空艙在每一個(gè)托盤上運(yùn)行素矛。

5.專業(yè)操作人員

要了解這種精密加工工藝的各方面情況，需要進(jìn)行特別的訓(xùn)練漆勉，這就導(dǎo)致了對(duì)Fort Worth工廠內(nèi)機(jī)械加工技術(shù)人員進(jìn)行新的分類撒蟀。在FOG機(jī)床上工作的某些操作人員被列為“骨干”力量，為具有特殊技術(shù)裝備的機(jī)床提供服務(wù)温鸽。

6.有關(guān)刀柄的注意事項(xiàng)

當(dāng)然保屯，刀柄也是影響加工工藝精度的一個(gè)重要因素。任何希望加工中心的精度達(dá)到精密的公差尺寸的人都明白這一道理涤垫。如果刀柄的同心度姑尺、夾緊程度或穩(wěn)定性不合適都可能會(huì)破壞其余的加工工藝。

FOG機(jī)床采用液壓式刀柄蝠猬，而且對(duì)每一刀具和刀柄組件采用Haimer公司的刀具平衡測(cè)量機(jī)進(jìn)行平衡測(cè)量切蟋。對(duì)于延伸距離較長(zhǎng)的刀柄（假如其可接近性面臨外形更復(fù)雜零件的挑戰(zhàn)，就往往需要這樣的刀柄）榆芦，該工藝在液壓刀具內(nèi)采用Tribos 延伸刀柄柄粹。“Tribos”是一套由Schunk公司提供的系統(tǒng)匆绣，它采用刀柄金屬的彈性形變作為一種替代方法驻右，以代替熱脹冷縮的刀柄夾緊方式。

7.埋頭孔的控制

埋頭孔的加工曾經(jīng)是一種比較昂貴的崎淳、具有挑戰(zhàn)性的工藝之一境猜。在F-35型戰(zhàn)機(jī)的表面零件上，即使是埋頭孔的加工也要求具有很高的精密度寨衣，因此技術(shù)人員一度采用手工埋頭孔測(cè)量?jī)x對(duì)埋頭孔進(jìn)行測(cè)量靠牙，并采用手工方式更新機(jī)床的偏差。這是一個(gè)非常耗時(shí)的工序泽中，且容易出錯(cuò)』⒘疲現(xiàn)在采用了一種由Lockheed Martin公司內(nèi)部開(kāi)發(fā)的測(cè)量裝置，從而代替了手工作業(yè)的方式熏虱。這種裝置就是PINC測(cè)量裝置榄缸，用于測(cè)量由壓力導(dǎo)致的正常向量埋頭孔壓力。

技術(shù)研究員Rick Luepke先生和應(yīng)用工程師Jamie Smith女士領(lǐng)導(dǎo)這一工具的開(kāi)發(fā)工作浓盐。該工具安裝在FOG機(jī)床的主軸上涌疲，其中包括刀具（一套組合式鉆孔/埋頭孔加工刀具），并帶有可調(diào)節(jié)精確度的鼻形元件倚胀，使其在刀具開(kāi)始加工前與零件的表面接觸九昵。通過(guò)純粹的機(jī)械手段，包括對(duì)鼻形元件完整的線性補(bǔ)償可款，該裝置讓機(jī)床的分度從零件的表面出發(fā)育韩，從而使其能夠精確和自動(dòng)地加工埋頭孔。因?yàn)樗恍枰獙?duì)機(jī)床進(jìn)行電子反饋闺鲸，因此它可以直接應(yīng)用在現(xiàn)有的機(jī)床上筋讨，不需要重新改造。

Smith女士說(shuō)摸恍，該裝置已可通過(guò)商務(wù)方式訂購(gòu)悉罕。Lockheed Martin公司已通過(guò)密歇根州的Jay Enn Corporation公司獲得了該裝置的銷售許可證。Lockheed Martin公司自己的PINC測(cè)量裝置本身就采用粉紅色油漆立镶，但在許可證協(xié)議中并沒(méi)有提到指定的顏色壁袄。

第二臺(tái)機(jī)床

Kinard博士真誠(chéng)地說(shuō)，雖然該P(yáng)INC測(cè)量裝置對(duì)F-35型戰(zhàn)機(jī)的加工成本具有明顯的影響媚媒，但該裝置顯示嗜逻，其對(duì)制造生產(chǎn)上的改進(jìn)似乎只能達(dá)到一個(gè)很窄的范圍。自動(dòng)埋頭孔的加工已轉(zhuǎn)換到更大的機(jī)床上欣范，因?yàn)樵摍C(jī)床再也不能等待孔徑的手工測(cè)量变泄，而且在埋頭孔的安排中再也不允許因誤差而造成的時(shí)間損失。由于有了這些節(jié)約恼琼，因此每一零件的生產(chǎn)成本降低怔哮，F(xiàn)ort Worth工廠只需要幾臺(tái)FOG機(jī)床就能滿足其潛在的需要。

他說(shuō)翼抡，還將有更多的FOG機(jī)床陸續(xù)進(jìn)廠安裝鸡蒲。用于安裝下一臺(tái)機(jī)床的30ft深的基礎(chǔ)坑已挖掘就緒。該公司希望响奋，只使用這兩臺(tái)機(jī)床足以滿足F-35型戰(zhàn)機(jī)全面生產(chǎn)所需的復(fù)合材料龍門式加工要求束咙。

您能夠解決這一鉆削加工所面臨的挑戰(zhàn)嗎？

怎樣才能以較少的費(fèi)用進(jìn)行精密加工呢救眯？這個(gè)問(wèn)題吸引了大部分Lockheed Martin公司工程技術(shù)人員的注意力览止。如果在F-35型戰(zhàn)機(jī)表皮零件加工生產(chǎn)中使用的同一類型精密5軸銑削加工能夠以很好的成本效益應(yīng)用于整個(gè)飛機(jī)的生產(chǎn)邢垮，那么其結(jié)果將一定能夠生產(chǎn)出具有較高性能的飛機(jī)，而且其組裝費(fèi)用將會(huì)低得多校增。該公司期待有一天機(jī)床技術(shù)能夠發(fā)展到如此長(zhǎng)遠(yuǎn)的水平黔攀。

同時(shí)，Lockheed Martin公司負(fù)責(zé)全球F-35型戰(zhàn)機(jī)生產(chǎn)的技術(shù)業(yè)務(wù)副手Don Kinard博士茁只，描述了一個(gè)不同的生產(chǎn)解決方案膛胜，如果能夠找到這樣的一個(gè)解決方案，它也可能同樣會(huì)產(chǎn)生巨大的影響哥纫。他說(shuō)霉旗，在組裝過(guò)程中，零件將要經(jīng)過(guò)大量的鉆削加工蛀骇。僅僅在一個(gè)零件上就可能涉及到如此眾多的孔徑鉆削加工問(wèn)題厌秒。有些工作是在CNC數(shù)控鉆床上加工完成的，而有些孔徑需要采用手工加工松靡。不管采用何種加工方法简僧，許多或大部分鉆削加工的孔徑都是需要檢驗(yàn)的。

如果有一種方法可以在一次性走刀過(guò)程中雕欺，立即完成鉆孔和檢驗(yàn)任務(wù)岛马，那么將會(huì)發(fā)生什么樣的情況呢？

從具體情況來(lái)看屠列，Kinard博士說(shuō)啦逆，在這一同一次走刀過(guò)程中加工的孔徑和埋頭孔深度都可能被作為其中的一部分而得到確認(rèn)嗎？

他不知道這樣的一套系統(tǒng)將如何工作笛洛。也許通過(guò)使用一種感應(yīng)式電場(chǎng)夏志？不管采用什么樣的機(jī)構(gòu)，找到迎戰(zhàn)這一挑戰(zhàn)的解決方案政庆，將會(huì)降低飛機(jī)上成千上萬(wàn)個(gè)關(guān)鍵孔徑鉆削加工件的生產(chǎn)成本兰吁。

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