图1  车间最大型设备——5轴仿形铣床

一家为风能行业服务的制造厂，展示了加工大型工件要面对的一些特别挑战。

位于密歇根州Eaton Rapids的Dowding Machining公司是一家专门从事大型部件加工的委托加工厂。说起大型部件，这家加工厂最大型的机床是一台MAG Cincinnati U5型仿形铣床（图1），不但其X轴行程达到100ft，Y轴行程也达到12ft。一些委托加工任务确实会用到这个Y轴行程的很大部分。

这家加工厂于2008年由Dowding Industries公司创建，该公司是一家专注更为大型尺寸部件的合同制造商，开办Dowding Machining公司，并为此业务建设了一座新建筑，为了服务不断成长的风能行业机加工的需求。

但在这座加工厂开办后不久业绩开始下滑，风能行业的委托任务并未达到公司原先的目的。这家加工厂寻求承接其他业务来达到自己的加工能力，其中就包括了为MAG公司制造机床部件。现在风能行业委托任务有了大幅度提高。据最近访问这家加工厂的情况，发现风力发电机变速箱中的部分铸件在生产车间排队等候加工，有将用于建造风电机组的30ft长的工字钢工件（图2）。

图2  齿轮箱段节通常首先在镗床上进行粗加工，齿轮箱部件典型情况下分成3个铸件段

工厂经理Gary Meyers在受聘帮助建立这座生产设施之前在一家刀具和模具制造厂工作。这家加工厂配备的员工数量较少，或者只是表面看来较少而已。Meyers先生就是在这里工作的5位员工之一，但是由于加工厂只有4台大型机床，这种人员配备比例可能也是适当的，这种占地大的车间会让人的数量看起来很少。走过这座生产车间之后，就能发现这座加工厂与其他加工较为典型尺寸部件的加工厂的明显区别。据Meyers所述，以下各项就是一些让大型部件机加工业务与众不同的措施和想法。

浸泡在冷却液内

在大型部件之下，各种会影响机加工精确度的因素都得到了放大，放大至一种必须比传统尺寸部件更认真对待。温度有可能是这些因素当中最明显的一个。

Dowding加工厂的凉爽感觉来自于其温度保持在68˚F（20℃）恒温。在几英尺的范围内，温度每变化1℃的膨胀效应就有可能足以超过甚至相对适中的公差带。基于这个原因，部件经常不得不坐放在车间——实质上是浸泡在冷却液（或在冬季浸泡在加热液）之内。让巨型部件稳定在68˚F于可能意味着需要等待数天部件才能准备好进行机加工。

释放应力

材料应力是另一项经常在传统工件尺寸下被忽略的要素，而这一要素在部件达到水平后重要了起来。Meyers先生说，引导材料应力释放确实是实现大型铸件有效加工过程中更为重要的挑战之一。MAG在教会这家加工厂如何有效处理这项挑战方面发挥了重要的作用。在加工厂的MAG Giddings & Lewis镗床上粗加工去除的材料数量必须达到一个平衡度，去除量必然少至为一个水平，使得足量的原料能够保留下来进行精加工，同时又必须具有足够的深度，能够释放出与应力相关的变形，否则就会影响到精加工的精确度。

图3  尽管行程无法与大型仿形铣床相匹敌，但这台机加工中心更接近一台大型机床

5轴钻孔

一台大型5轴机床主轴的旋转轴行程范围可能不止对于铣削工具有重要意义，而且对于这台机床执行快速有效钻孔的能力发挥了重要作用。例如工字钢部件就要求沿其长度方向在其各个表面上全部钻孔。Dowding的U5机床加工这些部件的速度快于其他长行程机床，这是因为它的主轴能够绕轴旋转-90˚～+100˚。这意味着主轴可以伸至所有孔的位置，也就是那些工字钢凸缘上的孔、中段上的孔以及对面凸缘上的孔，这些都只用一次工件安装就可实现。

这座厂房内的一台Amera Seiki机加工中心的行程仅为6×5ft。这台机床对于原来使用它的较旧Dowding生产设施来说是大型设备，但是在这个加工厂内，这台机床便不再显得大型。Meyers先生说，尽管如此，这台机床仍属于这个车间。一个原因是这台机床倾向于加工按一两件的批次来到的部件，而其他生产设备在例行情况下要加工大得多的零件批次。另一项原因是这个车间的大型高架起重机使得这台机床的使用方便了很多。Meyers先生说，这台机床带来了很高的价值，因为它能够以高经济效益加工那些对于更大型和更昂贵的设备加工起来太小的部件。尽管行程无法与大型仿形铣床相匹敌，但这台机加工中心更接近一台大型机床（图3）。

图4  钻孔后的工字钢也用在风电机当中

精确度等于速度

风电机铸铁有一些要求严密的公差，包括前面和后面之间0.002inch的平行度公差，以及最大钻孔铣削直径0.001inch的公差带。为了在如此巨大的部件上达成这样的公差要求，最好的方法也是真正唯一可行的方法就是采取半加工工序，然后测量，随后执行一次或多次精加工工序。换句话说，在大规模尺寸特征上达到严密公差的方法是谨慎加工。钻孔后的工字钢也用在风电机当中（图4）。

图5  这家加工厂的大型起重机能够让机床的利用效率远高于之前小型部件环境之下

因此，Dowding依靠其U5机床的精密度，不仅用来确定车间能够保持多大的公差，还用于确定保持这种公差的生产效率有多高。这家加工厂倾向于甚至更进一步地优化这座机床的精密度，用于一套新近开发的体积误差补偿过程来取代这台机床的过程，这个过程是由一个军用生产设施和包括MAG公司在内的工业技术公司集团于最近设计出来的，这家加工厂的大型起重机能够让机床的利用效率远高于之前小型部件环境之下（图5）。如果这台机床的精确度可以通过这个过程提升到更为严密的地步，那么也许在某些情况下可以采取较少的工序。通过这种方式，机床的精确度就可以直接转换成更快的大型部件机加工能力。