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渦輪槳葉的（de）高性能銑削加工

2014-1-4 來源（yuán）：Werkstatt + Betrieb 作者：Hans Joachim Dey

　　對渦輪槳葉進行比較經濟地加工需要特（tè）殊型號的機床，有必要將高性能的銑削加工、高精（jīng）度的3維切（qiē）削加工以及空間自由曲麵加工靈活地結合在一起。能夠保證每一片槳葉精確（què）的外形輪廓。

　　長（zhǎng）度達500毫米的渦輪槳葉一般通過對棒料進行銑削加工得到。首先要對高強度鋼材進行切削加工，以保證槳葉從根部到頭部的外形輪廓都便於後續精加工的進行（háng）。

　　針（zhēn）對上述高（gāo）性能的銑削加（jiā）工需（xū）要將來自Coburg附近Meeder的Hamuel公司的HSTM型5軸車銑加工中心與電主軸結合使用，這種工藝可以充分利用現有切削材料的生產能力。切削加（jiā）工（gōng）的（de）平順進行（háng）需要穩定（dìng）的機床結構，尤其是通（tōng）過靈活的質量分（fèn）布（bù）來確保出色的動態剛（gāng）度（dù）。

針對高性能的銑削加工需要將HSTM係列5軸車銑加工中心與電主軸結合使用，以（yǐ）配合現有的切削材（cái）料。

　　強（qiáng）有力的電主軸

標（biāo）準功率為54千瓦的電主軸可以配合HSK A63型刀架以及標準容量為24把的刀庫工作。另外還可選（xuǎn）裝36到（dào）60把容量的刀庫。根據客（kè）戶需求可以采用全自動的刀具（jù）管理模式（shì）。此外，每把刀具上都裝有電子芯（xīn）片，其中存儲有明確的刀具識別信息以及各自的輪廓數據。借助電（diàn）子讀寫頭可以自動讀取每把刀具的參數並傳輸至機床。借助使用壽命管理工（gōng）具可以確保每（měi）一把（bǎ）刀具都嚴格按照其設計壽命來工作，從而（ér）確（què）保很高（gāo）的加工效（xiào）果。

　　對於槳（jiǎng）葉自由曲麵的精加工需要遵照最優（yōu）的切削條件，以獲得（dé）所需的輪廓並為後續的拋光（guāng）工序預留穩定一致的加工餘量。電主軸轉（zhuǎn）速最（zuì）高可達16000轉/分鍾，使得刀具（jù）可以在（zài）較小直徑區域內遵照最優的切削條件進行工作。

　　接下來，導軌的進給軌跡需嚴格遵照計算結果，以保證按照計算的作用係數來獲得所需的渦輪（lún）槳葉（yè）輪（lún）廓曲線。輪廓曲線中的難點在於進入及（jí）脫離區域，因此需要很高的角加速度來（lái）保證較為理想的銑削加工。可以在刀具旋轉軸上采用高性能的扭矩（jǔ）電機，並與流體（tǐ）淨力的樞軸承之（zhī）間保持很好的動態關係（xì）。另在加工長（zhǎng）度更長的槳葉時可在另一端的尾架上配備主動的旋轉軸，以克服銑削加工時造成的變（biàn）形。

自動化的刀具係統需要集成使用Fanuc公司的M-710i係列的6軸曲臂機器人

　　3根線性軸（X、Y、Z）和2根旋轉軸（A、B）之間的協同效應對於加工具有很高配合精度要求的自由曲麵十（shí）分重要。因此需要高動態性能的驅動係統以及能在毫秒範圍內進行工作的高性能控製係統，能夠向驅（qū）動係統提供（gòng）實施精確的信息。Hamuel公司對（duì）西門子公司的840D係統以及Fanuc公司的31i-A5係統（tǒng）均具備非常豐富的經（jīng）驗。

　　無人化生產

自（zì）動化的刀具係統需要（yào）集成使用Fanuc公司的M-710i係列的6軸（zhóu）曲臂機器人（圖2），Hamuel公司已成功實現其與HSTM 300係列的協同工作（zuò）。當工件較重時可以采用24把容量的（de）鏈（liàn）式刀庫。上述2種方案中，操作人員均需在（zài）準（zhǔn）備工位將毛坯件安放在工件支架（jià）上，然後再自動進給至加工工位。工（gōng）件支架通過HSK 100B型接口與係統自動接合（hé），可（kě）實現工件的快速夾緊。

複雜自由曲麵的編程采用（yòng）了已得到（dào）驗證的CAM軟件（jiàn）BladeMill，由Clever Engineering公司提供。這套係統基於（yú）5軸HSC機床開發，可（kě）以為槳葉的粗加工（gōng）和（hé）精加工以及槳葉頭部、根部的過渡區（qū）域加工生成優化的數控刀具路徑。BladeMill係統通過BaseMill模塊（後處理（lǐ）器、接口）與（yǔ）3維CAD軟件Catia V5、UG NX和ProE集成。

使用激光技術進行刀具測量可以（yǐ）避免由於刀（dāo）具磨損所導致的加工缺（quē）陷

　　有趣的（de）可選項

為配合批量生產，HSTM加工（gōng）中（zhōng）心還可配（pèi）備（bèi）額外的組件，以提高的加（jiā）工精度和安全性。例如，可采用激光技術（shù）進行刀具測量（圖3），向控製係統（tǒng）提供刀具長（zhǎng）度、直徑以及磨損情況的實時數據，避免加工錯誤。自適應控製及監控係統Optimill反過來可對切削過程（chéng）進行（háng）實時監控並保護刀具。舉例來說，通常情況下槳葉的毛坯鑄件正反兩麵上帶有不均質的加工餘量，係統可根據不同的切削加工情況相應降低或提高（gāo）刀具的進給量，並及時判斷出刀（dāo）具的折斷（duàn）。

　　全球很多（duō）渦輪OEM製造商及（jí）其下級供應商都在使用HSTM係列機床。該係列機床結構堅固，加（jiā）工質量很高，工藝性（xìng）能較高，用（yòng）戶能夠獲得較高的投資回報率（ROI）。無論從質量、生產效率還是財（cái）務角度來看，德國機床產品都（dōu）屬一流。

　　製造商（shāng）簡（jiǎn）介：

　　Hamuel公司擁有80多年（nián）機床製造的傳統，近25年來一（yī）直致力於5軸同步加工領域。Hamuel公司在車銑機床方麵經驗豐富。HSTM係（xì）列產品的X軸範圍可達730-1930毫米，幾乎可以用於加工各種形式和長度的渦輪槳葉（yè）。

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