F-35用于碳纤维/BMI蒙皮的钻头特写。
早在2006-2008年，在我担任《CW-Composite World》编辑领导的早期，我们很难说服复合材料制造商和原始设备制造商让我们参观他们的工作。这种抵制大多围绕着对知识产权保护的担忧—担心我们会报告我们所看到的一切。我们最终克服了他们的担心，行业开始明白，我们的编辑人员可以被信任来保护被视为竞争优势的信息和技术。
因此，我怀着极大的兴奋在2009年进行了我的第一次工厂之旅。《CW-Composite World》受邀参观了位于德克萨斯州沃斯堡的大型F-35总装线。当时，F-35战斗机正处于低速生产和飞行测试的早期阶段。
因为沃斯堡的设施包含FAL，所以我所追求的故事与其说是复合材料的制造，不如说是将碳纤维/BMI蒙皮连接到战斗机框架上所需的机加工、修整和钻孔。这个故事是关于用一个钻孔工具钻穿复合材料蒙皮并进入钛框架的挑战。它还涉及到修剪不合格蒙皮以满足厚度和尺寸公差的挑战。
将翼/身融合蒙皮层压板连接到F-35闪电II战斗机的机身上需要精确钻出数百个紧固件孔。
这个故事，“剥F-35战斗机的皮”，今天仍然引起共鸣，并有一些很好的基本信息和指导，关于如何为尺寸要求很高的国防应用选择和优化钻孔和修整操作。我还应该注意到，这个故事在很大程度上是时代的产物，并没有解决F-35随后面临的—现在仍然面临的—一些生产和技术挑战。
几年后，高级技术编辑金吉·加德纳（Ginger Gardiner）在2012年的文章《优化、定制复合材料钻孔》中重新审视了复合材料钻孔的主题，该文章总结并扩展了我的F-35故事中介绍的许多想法和概念。同样，这是关于复合材料钻基础知识和支持它的技术的好的基本信息。
这些故事提醒我们复合材料制造的两个重要元素，值得提醒。首先，复合材料不像金属那样切割、修剪、布线或钻孔，因此需要专门为这项工作设计的专用工具。其次，无论你使用什么复合材料，无论你如何加工，通过某种数控加工进行的后处理都是每一种复合材料制造操作的基本组成部分。再说一遍，普通工具不行。
将翼/身融合蒙皮层压板连接到F-35闪电II战斗机的机身上需要精确钻出数百个紧固件孔。
60年来，“物超所值”一直是复合材料产品制造商和供应商的营销口号，他们认为，尽管复合材料的初始成本历史上很高，但就整个生命周期成本而言，复合材料是优越的产品。随着复合材料制造商越来越多地面临在复合材料部件上钻孔的需求，特别是在紧固件密集的航空航天环境中，鞋子就另当别论了。
机械加工的时间和费用已成为满足交货时间表和零件成本预期的焦点。作为回应，钻具制造商建议复合材料行业自食其力：在该计划的使用寿命内定制并实现节约。尽管这需要大量的初始时间和金钱来研究整个加工过程并优化每个加工功能，但钻具制造商声称取得了有价值的成果，从提高公差和减少操作步骤到大幅增加工作流程，以及每年节省六位数的成本。
问题：历史滞后
尽管切削工具技术的发展与复合材料技术的发展同步，但机床营销人员告诉CW，80%的复合材料零件加工仍然使用标准的现成工具进行，这些工具没有针对材料、零件或加工设置进行优化。
Cajero有限公司（英国肯特郡谢佩岛）首席运营官亚历克斯·哈丁(Alex Harding)表示：“公司正在购买高级自动化技术，以应对不断增长的需求，但通常不会重新考虑他们的切割工具。”。“这意味着他们可能会错过重大改进，损失巨额资金，并消耗足够的能源为喷气式飞机提供动力。”
F-35项目需要自动化钻孔技术和适用于堆叠但不同材料的“一次组装”的大型夹具。
机床专家AMAMCO tool（Duncan，S.C.）的工厂经理兼工具大师彼得·迪亚曼提斯(Peter Diamantis)对此表示赞同：“在自动化加工中心，使用错误的工具几乎是家常便饭。你会惊讶于有多少人在使用旧技术。”在许多情况下，他们的工具选择曾经是最先进的技术。他指出：“它们都是由一家定制工具制造商在某个时候开发的，并成为标准。”但他表示，它们的设计是基于几年前的研究。迪亚曼提斯解释说：“这些研究现在已经过时了。”。“这些人非常聪明，但他们经常使用旧数据来选择工具。”他补充道，同样重要的是，这些研究并没有解决当今的现实问题。“他们使用的材料已经过时。即使在过去几年里，复合材料也发生了重大变化。”
事实上，复合材料已经变得越来越难以加工。
埃莉诺·默森(Eleanor Merson)负责英国谢菲尔德Sandvik Coromant（荷兰阿姆斯特丹）研发中心的复合材料加工研究，她发现，在过去几年中，标准气粒复合材料上使用的典型无涂层工具的工具寿命缩短了近50%。为什么？默森解释道：“我们现在正在对此进行研究，试图了解切削工具材料和复合材料之间的相互作用。总的来说，我们看到了一个普遍的趋势，即新型复合材料更难。”他指出，“我们开始看到树脂有更大的作用，这实际上是可以理解的，因为正是树脂将纤维固定在一起。”树脂配方的进化发展现在产生了更硬、更硬的基质。“树脂如何分解决定了切割时的质量。”因此，树脂的进化改进似乎缩短了工具的寿命。
总是一个棘手的问题
无论改变与否，复合材料总是很难加工。哈丁解释说，与金属加工行业不同的是，复合材料制造商处理的是非均质材料。在金属加工行业，可以购买由均质材料制成的符合已知标准的坯料。每个成型机都会定制树脂、纤维/纤维形式和层压帘布层序列的精选组合，这些组合针对每个结构和应用进行了优化。树脂体系、纤维含量、层压板顺序、固化方法、固化温度和层压板完整性都会影响零件的可加工性。迪亚曼提斯说，更复杂的是，“没有两个商店的一切都完全一样。每个商店都有不同的设置，这可能会对性能产生不利影响。”
如今，一个更为严重的因素是钻孔堆叠材料的劳动和省时趋势，即在定位夹具或夹具中预组装复合材料和金属部件，然后一次穿过所有层钻出紧固件孔。这项技术通常被称为“一体组装”，因为部件是从外部组装、钻孔、检查和清洁的，但不会再次拆开——这是一种防止孔位置不准确的保护措施，可以节省无数小时。但这对那些设计钻具的人来说是一个巨大的挑战。默森说：“很常见的情况是，按照碳纤维增强聚合物（CFRP）、铝、CFRP和钛的顺序加工一堆材料。”。“针对两种或三种不同材料优化钻头是极其困难的。”
尽管有更好的选择，但机床制造商表示，大多数复合材料的钻孔仍然是用“标准”工具完成的，这些工具曾经是最先进的，但现在——因为它们没有针对材料、零件和加工设置进行优化——是不合格的。结果是钻头性能迅速恶化，孔质量也随之恶化。以下是一个恶化的例子：碎裂。
解决方案：了解最新情况并进行沟通
当CW联系这些和机床行业领先企业的其他代表时，他们提出了两个大标题下的一些解决问题的策略：
优化和定制。
复合材料专业人士对前者并不陌生。优化是当今复合材料界的一个流行词。最大的收获来自于观察整个过程。钻具制造商认为，机械加工也是如此。在零件开发过程中，必须在一开始就考虑材料、夹具、碎屑清除、通道和工人工效学，而不是在做出重大决策后的后期阶段。
迪亚曼提斯说：“这一切都是为了了解整个加工过程。”他指出，这也需要一个合作的客户。“工程师们愿意进行测试以改进流程吗？有时他们依赖几年前完成的研究，而不想重新审视它。其他人则愿意不惜一切代价来节省成本。”哈丁强调，那些愿意的人会获得巨大的回报。“我们通过挑战传统智慧的协作生产力合作计划，帮助公司取得了巨大收益。”
然而，如果合作伙伴要取得成功，机床制造商必须详细了解零件和工艺。在这里，没有任何数据是微不足道的。Sandvik Coromant的默森表示：“客户在向我们解释他们在加工什么时并不总是足够详细。”。“我们需要尽可能多的细节。我们必须了解材料、固化、纤维含量、结构和制造步骤。”
图为钻头劣化的另一个影响：分层。
这些知识允许工具定制，这是制造业纪律的必要解药，而制造业纪律本身就是关于定制解决方案的。简而言之，信息是将现成的工具留在机框上。迪亚曼提斯说：“许多商店都想使用现成的切割工具，这没关系，但加工过程需要更长的时间，使用更多的工具。”明智的复合材料制造商会为特定应用设计零件。因此，钻具应针对零件和应用进行设计。
经验无可替代
为此，复合材料制造商需要能够进行此类评估的工具制造商的协助。默森观察到，金属切削工具制造商现在看到了向复合材料领域多元化的机会。“但他们传统上为延长切削金属的工具寿命所做的事情——例如，降低进给率和切削速度——对切削复合材料的工具却产生了相反的影响。”对于这一应用和许多其他应用，山特维克可乐满与其最近收购的合作伙伴Precorp（美国犹他州西班牙福克市）密切合作，Precorp是一家长期从事复合材料钻具的专家，提供最先进的联动钻头和铣刀。
信息？适用于金属的东西不适用于复合材料。迪亚曼提斯说：“金属钻头和复合材料钻头完全不同。”。
碳纤维的研磨性使其不同于切削工具遇到的任何其他材料，因此工具寿命的重要性至关重要，并受到许多为复合材料行业提供钻具的人的高度重视。
这是一个用未损坏的钻具钻孔的特写镜头。
利用新的几何形状
20年前，刀具优化基本上包括开发能够更有效地加工每种纤维的几何形状。如今，刀具供应商提供针对芳纶、玻璃和碳纤维优化的特定几何形状的刀具已成为标准。但今天，优化远远超出了对光纤的关注。迪亚曼提斯说：“为了设计合适的刀具几何形状，我们必须了解整个过程。设置是什么样的？你能使用冷却剂吗？钻头类型、钻头电机、电源是什么？钻孔是机器人还是手动？你是一次还是两次钻孔？”
哈丁总结了Cajero的一些研发发现：“渐进的——逐渐发展的——并降低中心压力的几何形状与复合材料配合得很好，因为它们减少了切割推力，这有助于避免分层和穿透时的损坏。这些几何形状还必须保持正剪切角——这使切割力保持在较低水平，从而以最小的压力去除材料r将碎屑排出孔。”哈丁列出了不同类型复合材料的许多工具几何形状：
多面钻头点具有双角度点，也就是说，引导角不同于第二角度，它们逐渐进入然后离开材料，最大限度地减少了中心的压力，并降低了脱层和在出口孔中爆裂的风险。将这些与大开口凹槽相结合，有助于在钻孔堆叠的层压板时清除碎屑。
双刃钻头具有二次刃口—在一次刃口后面研磨—在加工过程中铰孔，从而消除了额外铰孔操作的需要。
Trepanning钻头在外边缘切割，从而消除中心的压力，对于低厚度或低树脂含量的复合材料零件表现良好，而直槽、多孔钻头有助于补偿支撑或固定不良的零件。
迪亚曼提斯补充道：“我们还简单地探索了可用性的改进—对切割数据、刀具几何形状和刀具材料的微小调整—这些都导致了一夜之间的生产力激增。”他强调，“刀具设计的微小变化会产生很大的影响。”
这种定制工具的选择结合了涂层和几何形状，有助于克服随着材料越来越硬和结构越来越定制而增加的复合材料加工难度。
开发新材料
尽管它们很好，但硬质合金钻头不再适用于时间和成本敏感的机械加工操作。默森说：“这是一款旧的备用手机，因为它有更好的边缘清晰度。”。“然而，这并不是工具寿命的最佳选择。”
为此，有钻石。天然金刚石是已知的最硬的物质，但聚晶金刚石（PCD）是一种合成材料，在过去几年中越来越受欢迎，因为它提供的工具寿命是未涂层碳化物的10到20倍。
切削刀具中使用的PCD有两种基本类型。PCD尖端或插入件可钎焊（最高1200°F/649°C）到硬质合金坯料或工具主体上切割的凹槽中。或者，可以将金刚石粉末和粘结剂倒入硬质合金工具槽中并烧结到位。两者都能提供硬质切削刃，但价格昂贵，是普通硬质合金刀具的6到10倍。哈丁评论道：“就刀具形状和几何形状而言，PCD的柔性不如碳化物，但你可以重新打磨和更换PCD，有效地延长了刀具寿命。”。“然而，PCD本身就很脆，需要小心处理。如果掉落，刀具的PCD刀刃可能会碎裂，从而导致快速退化。”
PCD确实具有一定的灵活性，至少以尖端和插入物的形式存在。有不同的等级可以针对特定应用进行优化，并且可以调整刀片的角度以提高切削力和碎屑去除率。然而，默森指出，由于PCD比碳化物更难研磨，通过研磨PCD生产工具的公司通常无法实现相同的公差。
将刀具与材料和应用相匹配，可以将刀具寿命提高10到20倍，并将切削时间缩短90%。
她解释说：“电子束加工可以用来提高公差，但会增加更多的成本。”。“这对于实现更低的总体项目成本来说可能是非常值得的，因为切削工具通常只占总加工成本的3%到5%，其余部分由耗材、切削时间、更换切削工具的时间等组成。”
最近，化学气相沉积（CVD）已经开始在某些应用中取代PCD。这项技术通常被称为金刚石涂层或金刚石涂层碳化物（DCC），它从经过预处理的碳化物坯料开始，使金刚石能够直接在其表面“生长”，厚度为0.2至0.3密耳（6至8µm）。哈丁评论道：“因此，您仍然可以保持切削刃，硬质合金基底允许特定材料的刃口和几何形状。CVD提供了硬质合金的灵活性和PCD的工具寿命，并且更适合车间使用。”
Sandvik Coromant已经发现PCD更适合钻孔，CVD最适合修整。但默森警告说，“这只是关于工具寿命，不包括成本。但人们的意见会因背景而异。如果他们来自钻井，他们喜欢PCD，而如果他们来自修整，他们更喜欢CVD。”
哈丁总结道：“使用PCD或CVD钻头，再加上某些几何形状，几乎总是可以延长刀具寿命，有时还会显著降低刀具更换频率。”。“即使更换切割工具只需五分钟，中断操作也要花钱。PCD和CVD工具最初的成本更高，但操作中断的时间更少。”他还指出，PCD工具可以重新表面处理和打磨，以延长其使用寿命。“因此，您可以降低整个程序的成本并提高其生产效率。”
洛克希德·马丁公司的一名技术人员通过手动紧固测试由AMAMCO定制的复合钻具加工的孔。
然而，迪亚曼提斯认为金刚石涂层是最好的选择，因为它的优势在于成本更低。PCD工具的成本是竞争性CVD工具的三到五倍。他补充道：“在复合材料中，所有工具都需要涂层。”。“现在有很多涂层正在开发中，以提高工具的使用寿命。即使是对于堆叠材料，也有一些涂层可以帮助工具使用更长的时间，并在工具撞击金属时吸收冲击而不会碎裂。”
例如，CVD Diamond Corp.（加拿大安大略省伦敦市）专注于使用该公司纯金刚石薄膜的切削工具，该公司指出，最近的碳纤维复合材料铣削应用需要端铣刀。使用竞争对手的工具，客户在工具出现故障之前只能铣削10个零件。改用CVD金刚石工具可将故障前的零件吞吐量提高到30到40之间，并将所用的每种工具的切割工具成本降低500美元。CVD Diamond表示，在航空航天领域，它已经致力于战斗机的应用，开发了一种球头立铣刀，可以在碳纤维复合材料结构上钻27万个孔。一种工具钻28000个孔，击败了竞争对手使用另一种金刚石涂层工具钻10000个孔的最佳情况。
LMT onsrud LP（伊利诺伊州沃基根）特别指出，就工具磨损和工件损坏而言，使用金属切削工具切削或钻削复合材料可能成本高昂。LMT Onsrud提供各种各样的碳化物、PCD涂层和纳米晶体金刚石涂层工具，具有相同的工具几何形状，旨在最大限度地减少热量，防止树脂燃烧，并提供清洁的纤维切割。这种要求是复合材料独有的，因此成本可能很高：一个专用工具几乎要800美元。然而，涂层可以使刀具寿命延长10到20倍，新的几何形状可以将加工时间缩短90%。因此，所需要的是仔细评估，以将工具与应用程序相匹配，从而最大限度地提高吞吐量、工具寿命和价值。
堆叠的一次性解决方案
尽管工具制造商对哪种涂层和几何形状最好存在分歧，但没有证据表明它们对单组分组件的高效钻孔至关重要。“碳纤维增强塑料需要很高的切割速度和进给率，”哈丁解释道。“钛的情况正好相反，它对温度非常敏感，而且在加工过程中产生的热量会使其硬化。”
这种钻头尖端很小，直径逐渐增大，并涂有CVD金刚石涂层，是专门为钻削CFRP而设计的。它是制造者。AMAMCO表示，CVD涂层已经开始取代PCD，因为
前者获得了与后者相同的使用寿命，但以更低的成本提供了碳化物的几何灵活性。
因此，每种解决方案的差异再大不过了。迪亚曼提斯说：“碳纤维增强塑料需要一个长点和快速度，而钛需要一个短而短的点和慢速度，否则会烧坏钻头。”
在航空航天领域，即使是全CFRP零件也可能不是全CFRP。哈丁指出，“通常，碳纤维增强塑料在表面或表面附近有额外的铜网层用于雷击保护，这对机床来说可能是一个挑战。铜很软，而碳纤维增强材料需要更高的加工速度，并且会磨损切削工具。这会弄脏铜，从而使切削工具失效，并大大削弱有效加工碳纤维增强金属的能力。”（在这里，旧的备用碳化物就可以了。“我们仍然建议在某些区域使用，”默森说。“例如，有雷击保护，需要非常锋利的边缘，或者整个零件磨损和脱落。”）
因此，毫不奇怪，对于堆叠但不同材料的钻孔，一个常见的解决方案是为每个孔使用多个钻具。Merson说：“如今，三阶段钻井工艺仍然普遍使用，需要进行预钻、钻孔和扩孔操作，以达到所需的表面和尺寸质量。”。
这让迪亚曼提斯很恼火，他认为复合材料制造商应该与能够设计“一次性”钻孔解决方案的机床供应商打交道。“我们为波音公司提供了很多不同的操作，所有这些操作都为一个孔提供一个钻具。我们只是看不到为每个孔使用两个和三个单独的钻具和/或操作的效率。”他继续说道，“我们和客户的期望都是一种能够解决所有材料的工具。”他承认，这听起来可能不可能，“但我们只是例行公事。”
AMAMCO提供一次性钻孔解决方案，但更喜欢CVD而不是PCD。迪亚曼提斯认为，“我看到很多商店拒绝更换他们的PCD工具，尽管它们需要两次操作。也就是说，直到他们尝试我们的CVD一次性工具，并亲眼看到它比他们以前使用的两种PCD工具更耐用。”
但默森认为，山特维克可乐满已经开发出了避免这种情况的解决方案。“我们最新的一款使用了动力进给机和螺旋槽钻头，该钻头基于纹理PCD点，具有针对钛/CFRP/铝堆叠材料优化的特定几何形状。”
关键是要逐层控制叠层加工。哈丁解释道：“你可以通过调整每种材料的切割参数来实现这一点。”。迪亚曼提斯说，一种策略是一种名为微检查的钻井技术。“在钻复合材料/钛堆叠时，你要避免的是钛的长切屑在它们离开时在复合材料的内孔留下疤痕。”钻头电机的设计目的是在撞击钛时减速，然后施加力，然后每秒缩回多次。这锤击钛片，在切割时将其打碎。较小的碎片被带出钻头凹槽中的孔，因此不会对复合材料造成疤痕。
优化今天和明天
与机床制造商合作可大幅降低成本、废品率和工艺流程时间。Cajero的哈丁说：“最新的切割工具提供了卓越的生产力，缩短了加工时间，降低了整体生产成本。”。“这种工具寿命的提高和其他生产力的提高……使制造商能够在不必购买额外机器或建造更大工厂的情况下做更多的事情。”
此外，今天的工具制造商服务可以扩展到工具和流程的测试和验证。例如，Cajero通过预先验证切割工具和操作，帮助公司消除新项目的不确定性。哈丁说：“客户发送待加工材料的样品以及他们的规格。”。“然后，我们对材料进行加工，并发回一份关于推荐工具和选项的报告，以及一盘测试加工操作的录像带，价值超过千字。”
Cajero还在自己的专用数控加工中心提供预验证试验。哈丁解释道：“当大规模切割工具试验可能会使原始设备制造商花费超过10万美元时，至关重要的是要确保他们的关键收入流得到维持，不要将产能转移到干扰生产流的测试活动上。”
默森指出，“定制”趋势可能会导致刀具制造方式的根本性变化。例如，机床制造商正在试验3D打印，这是一种流行的增材制造形式她说，所有的刀具制造商都对此感兴趣，但她指出，“他们正在以不同的方式处理这一问题。”
未来？哈丁将汽车视为自动复合材料加工的下一个前沿领域，也是一个具有挑战性的领域。“汽车行业对复合材料和更低成本的自动化要求更高，同时保持可重复性。这里的机器人更为常见，但所用的树脂与航空航天大不相同。我们一直是几款豪华和超级跑车品牌的单一来源供应商，但这些都是小批量制造商。通用汽车、福特和大众想要的大不一样。我们必须优化尺寸加工工具设计，以实现更大的体积和更自动化的操作。”
与此同时，钻具制造商的目标是通过应用他们不断增长的知识，继续降低加工成本，从而提高客户的底线。
在F-35闪电II上紧固所有复合材料蒙皮需要经过成本效益优化的机械加工和钻孔技术。
与PCD工具的275孔寿命相比，这种AMAMCO金刚石涂层钻孔工具提供了1200孔的使用寿命。
这架F-35在沃斯堡工厂内的洛克希德·马丁航空公司装配线上等待着碳纤维增强蒙皮，该蒙皮将包裹成品飞机的机身和机翼。
一个自动钻孔系统钻制了1500个孔中的一个，这些孔将容纳F-35前机身前部的紧固件。
常规起飞和降落的F-35 CTOL
DST加工中心去工艺补偿（sacrificial）材料，以帮助F-35蒙皮达到公差目标。
钻头特写
AMAMCO的新型金刚石涂层刨槽工具。
F-35的机翼蒙皮在离开DST加工中心后放置在其工具上。蒙皮上的一些孔是由加工中心使用AMAMCO的专用钻孔工具钻孔。
奥尔巴尼公司自动铺放F-35机翼蒙皮。
当奥巴马政府今年早些时候宣布将从2010年美国国防部预算中削减F-22战斗机项目时，洛克希德·马丁航空公司位于德克萨斯州沃斯堡的工厂员工的情绪是又苦又甜。这个洞穴状的工厂长1英里/1.6公里，宽0.25英里/0.4公里，不仅是F-22的组装点，也是即将推出的F-35闪电II的组装点。
从预算角度来看，国防部对F-35或联合攻击战斗机（JSF-Joint Strike Fighter ）的偏好是可以理解的。与F-22的1.43亿美元相比，其8300万美元的飞行成本（取决于变种）相对便宜。洛克希德·马丁公司计划在2036年前交付3000多架F-35，而与成本分摊伙伴国的共同开发确保了很长的订单。
与空对空F-22不同，F-35是一种多用途飞行器，专为美国飞行员未来更可能面临的空对空和空对地作战而设计。多用途设计使F-35具有很强的适应性。它有三种变体：用于常规起飞和降落（CTOL- conventional takeoff and landing）的F-35A、用于短距起飞和垂直降落（STOVL-short takeoff and vertical landing ）的F-35B和用于舰载降落（CV-carrier-based landing）的F-35C。多用途能力使其能够取代美国的F-16、A-10、AV-8B和F-18，以及英国的Sea Harrier和GR.7。在美国，它将补充现有的F-22和F-18E/F机队。从制造的角度来看，这些变体在超过20%的机身结构上具有共同的设计，从而降低了项目成本。
十多年发展
洛克希德·马丁公司是F-35的主要承包商，于2001年10月中标。诺斯罗普·格鲁曼公司和BAE系统公司是该项目的主要合作伙伴。这三家公司已经完成了为期12年的系统开发和演示（SDD- System Development and Demonstration ）阶段的一半以上，其中包括19架飞机的生产和测试。复合材料一直是制造业的主要组成部分。诺斯罗普·格鲁曼公司在其位于加利福尼亚州帕姆代尔的工厂制造中心机身；BAE Systems在其位于英国萨姆斯伯里的工厂生产后机身和尾翼，ATK（犹他州麦格纳）生产机翼蒙皮；洛克希德·马丁公司在沃斯堡制造前机身并总装成品飞机。第一架F-35是一种CTOL变体，于2006年12月15日首次飞行。所有SDD飞机都在生产中或在飞行线上进行测试；首批14架生产型F-35已经开始总装。
HPC最近被邀请参观沃斯堡的大型工厂，亲眼目睹这种下一代战斗机的复合材料是如何成型的。
预算紧张的大工程
制造一种在一定程度上以预算友好的方式销售的战斗机的挑战之一是，必须特别注意对飞机的每个部件进行成本优化。对于F-35的碳纤维复合材料来说，这可能是最正确的，它约占战斗机结构重量的35%和大部分可见表面。由于机身部分、机翼和尾翼来自不同的供应商，洛克希德公司面临的最大挑战是管理飞机的复合材料蒙皮厚度。
洛克希德·马丁航空公司JSF生产运营技术副总裁Don Kinard表示，该公司花费了大量时间评估飞机框架和蒙皮的各种材料类型—复合材料、铝、钛和钢，以确定最具成本效益的成本效益比。
“我们能制造一架全复合材料的战斗机吗？”基纳德问道。“当然，但我们不会因为可以就采取行动。一切都是成本效益分析。哪里是最有效地使用复合材料的最佳场所？”他指出，对F-16、F-22和F-35的复合材料结构进行了评估，但没有提供证明成本合理所需的重量节约。他说：“我们需要为复合材料结构节省更多的重量，以使其有意义。”。他还指出，在复合材料的子结构中，“材料Z向特性是个问题。树脂的强度必须得到显著提高。还有很多需要克服的。”
因此，F-35上的复合材料几乎只用于蒙皮。Kinard指出，洛克希德公司在飞行服务温度允许的情况下，使用Cytec Engineered Materials（亚利桑那州坦佩市）的碳纤维/环氧树脂，但飞机的大部分蒙皮需要更高的耐热性，其中使用了Cytec的CYCOM 5250-4双马来酰亚胺（BMI）。尽管洛克希德公司正在评估新一批用于特殊应用的热压罐外树脂，但Kinard预计基质近期不会发生变化。
它的表皮全部由碳纤维增强塑料制成。大部分机身部分的基体为CYCOM 977环氧树脂，机翼和一些较热表面的基体为CYCOM 5250双马来酰亚胺树脂。增强纤维为中等模量碳纤维，主要为Hexcel IM7，抗拉强度为550-700 ksi。双马来酰亚胺通常比铝具有更好的耐热性；根据所比较的特定合金和树脂，环氧树脂的耐热性不如铝或铝。
在F-35的SDD阶段，根据供应商、零件的复杂性和成本效益，蒙皮部分的生产有所不同。例如，ATK使用自动纤维放置（AFP）技术生产许多机翼复合材料零件。洛克希德公司内部选择使用手工铺放生产前机身蒙皮。随着F-35的投产，更多的国内和国际航空航天供应商将参与复合材料部件的生产，包括阿莱尼亚航空公司（意大利罗马）、康斯伯格国防系统公司（挪威康斯伯格）Terma A/S公司（丹麦格勒纳）、TAI公司（土耳其伊斯坦布尔）和其他公司。“我们正在利用全世界在复合材料制造方面的能力，”基纳德认为。
基纳德表示，他和洛克希德公司的F-35复合材料的大部分精力都集中在管理复合材料蒙皮的厚度上。在某些情况下，这是通过基于仔细计量的复合材料层的添加和减少来实现的，而在其他情况下，则是通过对零件进行机加工来实现的。
基纳德表示，复合材料蒙皮厚度的一致性对于注重重量、性能和成本的F-35至关重要。洛克希德公司及其合作伙伴使用两种方法来确保蒙皮达到厚度目标：机械加工或模具后添加帘布层。在沃斯堡的洛克希德·马丁公司，前机身蒙皮被手工铺在因瓦模具上，并在塔里科公司（加利福尼亚州长滩市）制造的三台大型热压罐中的一台中进行固化。随后，将固化成层压板的工艺补赏层进行机加工，以控制蒙皮的厚度。在ATK，机翼的纤维蒙皮被固化，固化后，蒙皮厚度使用洛克希德·马丁公司制造技术和生产工程人员开发的工艺进行精确测量。如果需要，在称为固化层压板补偿（CLC-cured laminate compensation）的过程中，将额外的层压板叠起来，并对整个结构进行第二次固化。“这里的圣杯（Holy Grail）是控制厚度，”他说，但他指出，成本决定了这样做的策略。
大型加工中心
位于洛克希德公司庞大的沃斯堡工厂中心，是该战略的关键组成部分：F-35的机加工和钻孔作业。在Dörries Scharmann Technologie GmbH（DST）（德国门兴格拉德巴赫DST）建造的最大的加工中心中，位于其中心的10米乘30米（33英尺乘99英尺）的加工中心对F-35的一些前机身蒙皮、机翼蒙皮和其他复合材料部件进行加工和钻孔。基纳德承认：“在这个项目中，修剪和机械加工对我们来说是一件大事。”。DST系统自动化了历史上手动执行的大多数工作。同样，制造技术集团的工程师在将这些系统上线和开发可靠的加工工艺方面发挥了重要作用。
DST系统使用带自动换刀装置的柔性高架龙门架（FOG-flexible overhead gantry）来处理修边、钻孔和压缩路线。这里所做的大部分加工都是在机身前部蒙皮上进行的。（机翼蒙皮加工已移交给ATK，ATK与华盛顿州塞德罗·伍利的Janicki Industries签订了加工合同。）
机身前部蒙皮的加工大约需要八个小时，主要是因为每个蒙皮部分都需要几个设置。该机器在结构的两侧工作，一个头加工内模线（IML，以控制厚度），另一个头钻孔并修剪零件边缘（EOP-edge of part）。机翼蒙皮由洛克希德公司加工时，通常需要较少的时间来加工，因为没有IML加工来控制厚度——机翼零件使用CLC工艺来满足厚度参数。
DST加工中心的大部分工作由AMAMCO Tool（南卡罗来纳州邓肯市；见左侧边栏）提供的金刚石涂层硬质合金工具处理。
AMAMCO专门为该应用程序设计了DST加工路线。
加工完成后，所有复合材料结构都从DST机器中推出，进入相邻房间，该房间内装有卡尔蔡司微成像股份有限公司（明尼苏达州枫树格罗夫）计量系统，“据我们所知，这是世界上最大的高公差测量系统，”基纳德说。正是在这里，对蒙皮的尺寸、边缘和孔进行了准确性检查。MMZ-B Plus龙门坐标测量机自2008年6月开始运行，其扩展测量范围为5米乘16米乘2.5米（16英尺乘52英尺乘8英尺），可容纳F-35的机翼蒙皮，以及空气动力学工具、风洞模型、1:1模块和其他机身元件。
洛克希德·马丁公司还使用其内部开发的无损激光超声检测系统（激光UT）检查其复合材料结构的空隙和其他内部缺陷。该系统的400MHz激光指向复合结构；从激光返回到传感器的信号揭示了皮肤中的空隙、裂纹、分层和其他缺陷。Kinard说，它的运行速度为6英尺2/分钟（0.56平方米/分钟），比传统的喷射器检查系统快10倍，是F-35制造过程中不可或缺的一部分。洛克希德·马丁公司为该系统申请了专利，但将该技术授权给了PaR Systems股份有限公司（明尼苏达州Shoreview）。
钻孔，钻孔，钻孔
一旦复合材料蒙皮成型、修剪和检查，它们就可以连接到组成的机身结构上了。这是通过在预定位置钻穿蒙皮并进入框架的紧固件来实现的。对重量敏感的F-35的钻孔管理和优化已成为一项重大工作，SDD流程的一部分涉及对钻头、钻具几何形状、工具效率、工具寿命、钻孔时间、每个钻孔的成本和其他变量的评估。
F-35在钻孔方面已经有了一个良好的开端：洛克希德·马丁航空公司的制造工程高级职员、沃斯堡工厂的常驻钻井孔大师之一Glenn Born表示，F-35的整个飞行器的切割工具图纸不到50张。相比之下，F-16有9000。这种减少主要归因于F-22和F-35计划中集成的标准化工作，以解决常见的孔尺寸、紧固件减少和处理复合材料/金属结构的常见装配方法。这也有助于复合材料钻孔技术的快速发展。
F-35上有三种类型的钻孔正在评估中：手动、动力进给和自动（数控），尽管洛克希德公司的大多数钻孔都是自动化的。在大多数情况下，F-35的钻孔方法是“堆叠”的，这意味着将复合材料蒙皮放置在下部结构上，并使用一个一次性钻孔、扩孔和锪窝的单一钻具同时在蒙皮和下部结构上钻孔。F-35上最令人印象深刻的钻孔操作之一涉及前机身，机身两侧各有750个孔，由自动龙门式机头钻入。（见图，右起第三张）。
Born说，底层结构为蒙皮提供了支撑，因此有助于防止分层。这种方法的缺点是产生一个孔所需的时间——大约30秒，这取决于蒙皮的厚度。Born承认：“如果我们分别对蒙皮和下部结构进行钻孔，这可能会加快装配过程，但公差需要堆叠钻孔。当零件在其他地方制造，然后在洛克希德·马丁公司进行匹配时，这尤其具有挑战性——在最大材料条件下，螺栓到孔的间隙会减少，干扰的机会太多了。”
机翼蒙皮由辛辛那提Milicron自动化龙门系统进行堆叠钻孔。随后，F-35团队使用Virtek Vision International Inc.（加拿大安大略省滑铁卢）激光投影系统，在紧固件安装期间将紧固件零件号投影到翼蒙皮表面上，以消除参考复杂图纸的需要。在无法进行自动钻孔的情况下，手动钻孔需要在皮肤上安装一个模板，显示钻孔位置。Kinard报告称，投影系统的使用在减少劳动力和任务跨度方面具有巨大潜力。
跟踪刀具更换阈值
考虑到使用叠层钻孔的决定，洛克希德公司专注于开发测量钻孔质量和工具寿命的参数，主要是评估工具磨损和随后降低的钻孔速度的成本与新的更快工具的成本。沃斯堡工厂使用的大多数钻机电机采用空气和液压。然而，刀具的锋利程度决定了钻孔速度。随着切削工具变钝，这个过程需要更长的时间。Born说：“我们的供电系统最终会测量钻孔的时间长度。当达到阈值时，指示灯会通知操作员更换工具。”。他说，最终，洛克希德公司正在寻找良好的直径公差和特殊的工艺控制，使不合格的孔几乎不存在。F-35孔质量的Cpk（工艺能力的统计测量）目标为1.3；Born表示，目前Cpk大约为1.0，并且正在改善。“我们的第一篇文章的质量比一些成熟的程序要好，”他认为。
正在评估所有这些修整和机加工系统以及钻孔工艺的效率、成本、速度和其他变量，以确定整个F-35复合材料生产过程的最佳实践。洛克希德·马丁公司在沃斯堡工厂建立了一个钻孔/机械加工卓越中心，以继续开发切削工具和技术。如果F-35的寿命是真的，那么洛克希德·马丁公司及其所有供应商似乎也有几十年的复合材料优化和管理工作要做。
验证工具几何结构和材料
当洛克希德·马丁公司第一次开始在其DST加工中心（德国门兴格拉德巴赫的Dörries Scharmann Technologie GmbH）评估F-35生产的刨床和钻具时，它使用了一种带有红烧金刚石镶块的聚晶金刚石（PCD-polycrystalline diamond）刨床机。它的特点是直槽，在复合材料结构上产生了太多的分层，迫使返工并增加了加工成本。此外，这些工具缺乏这种苛刻应用所需的耐用性——一个0.375英寸/9.5毫米厚的机翼蒙皮部分通常需要24个工具才能布线（当时F-35有一个大的、连续的顶部蒙皮来覆盖两翼；目前的设计有三个顶部蒙皮）。
洛克希德公司向美国国家国防制造与加工中心（NCDMM，Latrobe，Pa）寻求帮助，这是一个由合作公司组成的研发联盟，与国防承包商合作优化制造方法。洛克希德公司最终采用了NCDMM成员AMAMCO Tool（南卡罗来纳州邓肯市）提供的金刚石涂层压缩刨床，并在DST加工中心测试了该工具。
AMAMCO的业务开发经理Andrew Gilpin表示，金刚石涂层复合材料工具的测试结果很有希望：加工整个机翼蒙皮所需的工具数量从24个减少到2个，单个工具在复合材料中的加工路径从9线性英尺增加到57线性英尺（2.7到17.4米），它使用两个相对的凹槽（见上图）将复合材料层夹在一起，而不是将它们全部拉向一个方向：“就像剪刀，而不是铲子，”他说。“它提供了一种很好的、干净的剪切效果。”
AMAMCO开发了几何形状并制造了工具。金刚石涂层厚度为12µ，由diamond Tool coating LLC（纽约州北托纳旺达）提供。洛克希德·马丁公司对AMAMCO工具非常满意，因此批准了其生产，并使其具有F-35上使用免检入库的状态。
洛克希德公司目前正在F-35的其他钻孔应用中使用其他AMAMCO金刚石涂层工具。Gilpin说，在一个应用中，AMAMCO金刚石涂层工具的使用寿命为1200个孔（底部照片），而竞争对手PCD工具的275个孔寿命是AMAMCO钻石涂层工具的三分之一。尽管洛克希德公司报告称，金刚石涂层刀具的转速约为8500转/分，而PCD刀具的转速为5000转/分。但Gilpin表示，总体而言，金刚石涂层工具的转速比PCD刀具慢，但进给速度更快。洛克希德公司正在评估一系列AMAMCO工具，直径从0.125英寸到0.4英寸（3.2毫米到10.1毫米）不等。
洛克希德·马丁公司为F-35精确加工复合材料蒙皮部分，这也是该飞机为美国纳税人省钱的部分原因。这种机加工使飞机引人注目，导致其他国家承担了部分成本。以下是联合攻击战斗机的高价值、高度工程化加工工艺。
紧密贴合的蒙皮部分提供了F-35的非常低的可观察性(VLO-very low observability)。
为修切复合材料蒙皮而开发的挤压铣刀-compression router通过在机加工过程中将材料层推到一起来抑制分层。
洛克希德·马丁公司的里克·丹尼讨论了挤压铣刀工具。
蒙皮零件分两个阶段进行机加工。内模线（此处）加工完成后，零件将翻转到镜像夹具上，用于修切和外模线操作。
为了进行检查，托盘从FOG- flexible overhead gantry机器移到此处所示的大型CMM。
PINC-pressure induced normal-vectored countersink工具是应用于该过程的更重要的成本节约创新之一开发出一种精确、自动的埋头窝放置方法，消除了过去进行埋头窝控制的大量手动操作。
洛克希德·马丁公司的杰米·史密斯是参与开发PINC工具的工程师之一。
FOG机器使用在平衡机中测量的液压刀架（下一张照片）。
精密公差FOG机器对F-35复合材料蒙皮截面进行精密铣削和钻孔。
美国武装部队的不同部门历来坚持使用不同的飞机。空军、海军陆战队、海军—他们有不同的任务，面临不同的需求。一架一刀切的战斗机显然生产和维护成本较低，但人们一直认为，为了给每个服务部门提供最适合其角色的设备，成本效率相当低是有道理的。其结果是军用飞机成倍增加，不同型号的飞机可以重复使用。
乔尔·马龙（Joel Malone）说，在国际力量加强合作的时代，乘法运算变得更加复杂。马龙是国防航空公司洛克希德·马丁公司F-35项目的高级经理。他说，在20世纪90年代的波斯尼亚冲突中，他看到了这种多样性的影响。一个联盟机场展示了来自美国和其他国家的不同飞机的全景。各种飞机需要不同的供应链和不同的维护程序，以便在战场上为它们提供支持。
现在，与飞机开发和设计相关的技术进步使设计一个能够适应多种需求的单一飞机平台成为可能。同一架飞机，在不同的型号配置中，可以为海军陆战队提供短距离起飞和垂直降落的能力，海军航母降落所需的弹性，或者空军所珍视的速度和机动性。
洛克希德·马丁公司生产的F-35闪电II（也称为联合攻击战斗机）是一种多用途飞机。
事实上，这种飞机的可能变体也使其有可能为美国的各种军事盟友量身定制。
然而，马龙说，仅凭经济因素不足以让美国及其盟国支持一个共同的飞机项目。由于设计受制于另一项服务的需求，所以不要将飞机和其他服务放在同一架飞机上，这一警告太过强烈。必须要有一根胡萝卜--一种使这架飞机与众不同的诱惑。在F-35上，胡萝卜是“VLO-very low observability”，或者说“非常低的可观察性”。通过雷达和其他传感手段，这架飞机很难被探测到。
但胡萝卜实际上比这更好。F-35具有“可支持的-supportable”VLO。也就是说，这架飞机上的VLO的维护成本非常低。
过去的隐形飞机不能做出这样的声明。由于雷达可以检测到尖锐的边缘，即使是过去VLO飞机外部部件之间的微小失配也可以使用环氧树脂进行平滑处理。环氧树脂会在现场干燥、硬化和分离，这意味着必须经常检查和更换。
相比之下，F-35的相邻部件匹配得如此流畅和精确，以至于不需要环氧树脂。以前的隐形飞机的问题已经消失了。
这一好处，加上多用途的经济性，有助于赢得许多军事部门的联合支持。它们不仅包括美国的军事部门，还包括其他八个伙伴国家的军事部门。每个分支机构的影响力与其贡献成正比，因此非美国国家已承诺为飞机的开发投入40多亿美元。这是美国纳税人不必花的钱。
而回报几乎直接归功于数控加工。同样，根据马龙先生的说法，可支持的VLO是外国支持的一个重要原因。允许支持VLO的是部件之间的紧密匹配。
为什么允许势均力敌的比赛？我在最近参观洛克希德·马丁公司位于德克萨斯州沃斯堡的制造园区时看到了答案。
答案当然是数控加工。复合材料蒙皮经过研磨和钻孔，公差非常接近，飞机的组装表面避免了雷达所能看到的失配。
简言之，这家公司的数控加工集团所获得的精度帮助实现了一种如此有效、能力如此强大的飞机，以至于其他国家都想帮助我们支付费用。
竞争的FOG
一台精密的五轴铣床提供了这种复合材料蒙皮的精确铣削和钻孔。国防供应商喜欢缩写词；洛克希德·马丁公司称这种机器为“FOG-flexible overhead gantry”，意思是柔性高架龙门架。
事实上，FOG上使用的一个更有趣的项目是一个缩写为PINC-pressure induced normal-vectored countersink的设备。也许不可避免地，PINC被染成了粉红色。（有关此设备的详细信息，请参阅下文。）
FOG由机床制造商DS Technology提供，该公司的美国总部位于俄亥俄州辛辛那提。这台五轴铣床的X轴托盘长度为15米。提供位置精度的玻璃秤和用于体积补偿的专有DS技术系统有助于在整个机器的大工作范围内保持严格的精度。F-35全球生产技术运营副总裁唐·基纳德(Don Kinard)博士表示，他认为这台机器是“就其尺寸而言，世界上最准确的机床”。
这里加工由碳纤维增强塑料（CFRP）制成的复杂轮廓零件，在加工过程中固定零件的同样复杂的铝制真空夹具也是如此。大约有56个复合材料零件号在机器中进行铣削、修剪和钻孔，但随着零件号的整合以实现全面生产，这一数字可能会下降。对于典型的CFRP零件编号，该过程包括在零件固定在一个真空夹具上时加工复合材料零件的IML（内模线或内表面），然后在零件翻转到相邻的镜像真空夹具上后加工OML（外模线）的剩余特征。
在我自己的访问中，洛克希德·马丁公司不愿透露的最重要的细节是F-35机加工过程能够保持的精确公差。相反，我了解了这个过程的要素。
因此，以下是实现这些未指定公差的一些原因：
01
挤压铣刀-compression router
分层是复合材料零件加工精度的最严重障碍。修切边缘时尤其如此。材料是分层的，机械加工的力会导致层分离。
里克·丹尼（Rick Denny）是联合攻击战斗机加工系统的技术负责人。他说，以前用于修切复合材料的切割工具——一种具有PCD边缘的工具——只能使用21英尺。仅仅在这个距离之后，工具磨损引起的力的变化将导致分层开始。
他说，解决方案是使用硬质合金工具。具体而言，该解决方案是由刀具供应商AMAMCO（美国制造和营销公司）与美国国防制造和加工中心合作开发的“压缩路由器”。该工具的特殊几何形状（见图）以一种在切割零件时将零件层压缩在一起的方式引导切割力。他说，这种工具的价格是以前工具的三分之一，但在磨损成为问题之前，它通常可以使用100英尺。
02
铣削厚度
CFRP零件是使用自动铺丝过程精确制造的，但即使这样也不能足够精确地控制厚度。厚度必须通过数控铣削进一步控制。PCD球头立铣刀在一组平行的小台阶刀具路径中加工零件（IML）的内表面。
铣削操作大约需要6个小时。基纳德博士认为这是这个过程中可能会变得更高效的许多方面之一。加工小组正在研究是否可以在五轴路径中使用平底铣刀来获得必要的精度，该工具每次通过都可以去除更宽的材料带。
03
混凝土补偿
潜在变化的一个原因是车间地板的沉降。为了保持稳定性，机器位于30英尺深的地基上。然而，即使是这种基础也会随着时间的推移而发生微妙的变化。为了确保任何沉降都不会影响机器的精度，FOG机器具有陶瓷测量球体，这些球体位于机器X-Y行程的四个角的保护壳中。机器每天对这些球体进行探测，以监测地基运动。
04
CMM检查
对于如此大的工件和夹具，机上检查似乎是最实用的验证手段。也就是说，只需将零件留在原位，然后在机器上进行测量。基纳德博士指出了这种方法的问题：与FOG机器的成本和价值相比，即使是大型CMM也会是低成本的。
因此，FOG更有效的用途是使其免于检查，即使这意味着移动零件。通过一个巨大的三托盘交付系统，每个零件都可以从蔡司（Zeiss）运送到一个房间大小的CMM。为了确保将零件固定在夹具上的真空在转移过程中不会被破坏，一系列独立的真空罐在每个托盘上移动。
05
特种作业人员
了解这种精细精密工艺的各个方面需要进行特殊培训，这导致沃斯堡工厂对机械加工技术人员进行了新的分类。在FOG上工作的某些操作员被归类为“STEM”，用于配备特殊技术的机器。
06
刀架注意事项
当然，刀架也是影响加工精度的重要因素。任何一家达到精密加工中心精度的商店都可以欣赏这一点。刀具夹具的同心度、夹紧性或稳定性不足可能会破坏其余过程。
FOG使用液压支架，每个工具和工具支架组件使用Haimer的工具平衡测量机进行平衡。对于长距离的工具夹持（考虑到轮廓更大的零件的可访问性挑战，这是一种常见的要求），该过程在液压工具中使用Tribos扩展。“Tribos”是Schunk的一种系统，它使用刀柄金属的弹性变形作为热激活收缩配合的替代方案。
07
埋头孔控制
加工埋头孔曾经是该工艺中成本较高的挑战之一。由于即使是埋头孔也需要F-35蒙皮零件的精度，技术人员过去常常使用手动埋头孔规测量孔，并手动更新机器偏移量。该过程耗时且容易出错。现在，使用洛克希德·马丁公司内部开发的设备，手工工作已经被取消。该设备是PINC，用于压力引起的法向矢量加工埋头窝。
技术研究员里克·卢普克（Rick Luepke）和应用工程师杰米·史密斯（Jamie Smith）（如图）领导了该工具的开发。该工具安装在FOG的主轴上，包含切削工具（组合钻头/埋头工具），并具有一个可精确调节的鼻状件，该鼻状件在切割之前与零件表面接触。通过包括鼻形件和整体线性补偿在内的纯机械方式，该设备可以使机器偏离零件表面，从而可以准确自动地放置埋头孔。因为它不需要对机器进行电子反馈，所以可以在现有机器上使用，而无需改造。
史密斯女士说，这种设备可以在市场上买到。洛克希德·马丁公司授权密歇根州特洛伊市的杰伊·恩恩公司出售。洛克希德·马丁公司自己的PINC版本本身是部分粉红色的（见图），但许可协议没有规定颜色。
08
第二台机器
不过，说真的：基纳德博士说，PINC对F-35机加工成本的影响已经很明显了。该设备展示了看似狭窄的制造改进可以达到的程度。自动锪窝加工已经转化为更大的机器可用性，因为机器不再等待手动孔测量，也不再因锪窝放置错误而浪费时间。由于这些节省，每个零件的生产成本更低，沃斯堡工厂可以用更少的FOG机器来满足其需求。
他说，又有一只狐狸来了。下一个30英尺深的地基的坑已经挖好了。在锪窝系统的其他省时、省电的创新的最终帮助下，该公司希望仅这两台机器就足以满足F-35全面生产的所有复合材料龙门加工需求。
你能解决这个钻孔挑战吗？
洛克希德·马丁公司装配区的这一部分（如左图所示）说明了飞机某些部件通常需要的孔的数量。
如何降低精密加工的成本？这个问题—以这样或那样的形式—占据了洛克希德·马丁公司众多工程师的大部分注意力。如果F-35蒙皮部件中使用的相同类型的精密五轴铣削能够在整个飞机上经济高效地应用，结果将是组装成本低得多的高性能飞机。该公司期待着机床技术发展到今天的那一天。
与此同时，洛克希德·马丁公司负责F-35全球生产的技术运营副总裁唐·基纳德博士描述了一种不同的制造解决方案，如果能找到的话，这种解决方案可能会产生类似的全面影响。他说，在组装过程中，零件要经过大量的钻孔。这张照片显示了仅一个组件中可能涉及的孔数。有些工作是在数控钻床上完成的，有些是用工程手动工具完成的。在任何一种情况下，都必须检查许多或大部分钻孔。
但是，如果有一种方法可以一次钻孔并检查一遍呢？
唐·基纳德博士说，具体来说，孔径和埋头窝深度是否都可以被确认为产生这些特征的同一道工序的一部分？
他不知道这样的系统是如何工作的。也许是通过使用电场进行感应？无论是什么机制，找到解决这一挑战的方法都将降低在每个都有数千个关键孔的飞机上钻孔的成本。
原文见：
1.《From the CW archives: Drilling is not for the faint of heart 》2024.2.21
2.《Optimizing, customizing composites hole drilling》2024.2.21 (初发布日期：2012.4.9 )
3.《Skinning the F-35 fighter》 2009.10.19
4.《Composites Machining for the F-35》 2010.8.3
杨超凡 2024.2.26
