3D掃描可大幅提高葉盤銑削過程的精度和效率
2021-6-16 來源：雷尼（ní）紹 作者：-
Technopark Aviation Technology公司位於俄羅斯烏法（fǎ），是一家教育、科研和工程服務提供商。它與俄（é）羅斯規模最大的燃氣（qì）渦（wō）輪發動機提供商合作（zuò）密切（qiē），後者設計和製造高性能燃氣渦輪發動機，服務於固定翼和旋轉翼飛機行業以及天然氣和石油生產領域。
Technopark的（de）一位客戶希望提高葉盤銑削過程的精度（dù）和效率。燃（rán）氣渦輪（lún）發動機的葉盤具有複雜的高曲率表麵，因此製造過程（chéng）非常具有挑戰性。
為了攻克這項難題（tí），Technopark采用了搭載（zǎi）SPRINT™技術的雷尼紹OSP60機（jī）內3D掃描測頭和Productivity+™掃描軟件包。
背景
在由壓縮機、燃燒器（qì）和渦輪組成的精密機械組件（jiàn）中，葉盤在減少阻力、優化發動機內的氣流及其產生的（de）推（tuī）力方麵發揮著（zhe）重要作用。
葉盤在20世紀（jì）八十（shí）年代中期推出，是一個由（yóu）轉子輪盤和多個（gè）彎曲葉（yè）片組成的單一組件。由於（yú）葉盤不需要將每個葉片連接（jiē）到裸露的輪盤上，因此有效改進了渦輪（lún）設計，大大減少了零件數量，並提高了可靠性和發動機效率（lǜ）。
葉盤由非常堅硬的高價值（zhí）金屬（通常是鈦或鎳基合金）製成。迄今為止，銑削是葉盤製造過程中最重要的加（jiā）工工（gōng）藝，而且由於葉盤具有高曲率表麵，因此需要使用多軸數控機床和先進的軟件（jiàn）進（jìn）行加工。
葉盤銑削通常先通過（guò）粗銑和半精銑加工製成近終成形工件，然後（hòu）再通過（guò）精（jīng）銑製成最（zuì）終的高精度葉片和轉子表麵。
挑戰
葉盤具有高度複雜性和嚴苛的製造精度要求，這意味著其各（gè）式葉盤的精（jīng）銑（xǐ）過程是一個勞（láo）動密集型且（qiě）成本日益增加的工藝。
盡管使用觸（chù）發式測頭可進行（háng）機內（nèi）葉盤測量，但在（zài）銑削後需要將每個工件從數控機床上取下（xià）進行離（lí）線測量和檢測，然後（hòu）再重新裝回機床上進行後（hòu）續加工。這個過程需要重複多次，而且容易受到人為誤差的影響。
據該公（gōng）司推斷，機外檢測和銑削過程約（yuē）占葉盤（pán）生產總人力成本的30％至（zhì）60％。此外，葉片尺寸偏差（在（zài）前緣和後緣（yuán）加工之後）的（de）統計分析結果證明存在誤差。
結果顯示，葉片橫截麵的偏差為：殘留餘量波動±0.064 mm，實際輪廓偏（piān）差0.082 mm。縱截麵的偏差（chà）與橫截麵相似：殘留餘量波動（dòng）±0.082 mm，實際輪廓偏差0.111 mm。
導致邊緣加工過程中產（chǎn）生偏差的主要原（yuán）因可歸結為：加工（gōng）過（guò）程中機床的五軸運動誤差；葉片在切削（xuē）過程中由於其剛性低而發生彈性變形；以及刀具在金屬切削過程中發生彈性變形。”
“這個過程需要（yào）大量的人工（gōng）幹預，但是（shì）由於人為誤差不可避免，會導致廢品率增加。我們迫切需（xū）要開發一種（zhǒng）全新的解決方案，以提高葉盤銑削速度和精度。”
開發用於葉盤銑削的CNC加工過程（chéng）包括以下要求：
• 使用參數化控製程序進行半精銑加工
• 機內工件檢測
• 根據（jù）檢測結果（guǒ）修正參數化控製程序
• 使用修正後的參數化控製程序對工件進行精銑
解決方案
Technopark被指定負責開發（fā）和部署（shǔ）所需的（de）製程控製技術。Technopark的副博士、創新部負責人Semen Starovoytov說：“我（wǒ）們（men）已經與雷尼紹合作多年（nián），我們在各式機床上配備雷尼紹（shào）觸發式測頭來達到完美的測量精度。”
“對於此項目來（lái）說，很顯然需要基於掃描測頭開（kāi）發軟件，因此我們決定（dìng）向雷尼紹尋求合作。雷尼紹用於（yú）機床的SPRINT 3D掃描測量技（jì）術滿足了（le）我們的所有技術要求。”
結果
引入Productivity+軟件和OSP60測頭之後（hòu），葉盤製造過程的加工精度、速（sù）度和人力成本（běn）發生（shēng）了顯（xiǎn）著改變。
通過在機床上對葉盤進行高速3D掃（sǎo）描和測量，大幅（fú）節省了生產時間，從而顯著（zhe）提高了數控機床的生產效率（lǜ）。
在（zài）葉盤銑削（xuē）精度方麵（miàn），加工後的葉盤橫截麵和縱截麵（miàn）偏差均有顯著改進：從原來的0.082 mm和0.111 mm提高到現在（zài）的1 µm和28 µm。
在機床人（rén）員配備方麵（miàn），Starovoytov說：“製程控製模（mó）式的執行能夠基於OSP60測頭提供的3D葉片掃描數據，自動調整CNC控製（zhì）程序（xù）。這意味著工程師不再需要始終監控機床運轉。”
他（tā）總結說：“將SPRINT 3D掃描技術與Productivity+ CNC軟件結合在一起，即使葉盤形狀發生極細微（wēi）的偏差也能夠實時識別出來，而使用觸發式係統卻無法檢測到這些偏差。”
“這項（xiàng）投資帶來的回報遠遠超出了我們的預期。葉盤的精銑精度提高了三倍以（yǐ）上，而且相關的人力（lì）成本（běn）降低了一半。”
SPRINT™技術
OSP60機（jī）內3D掃描測頭搭載雷尼紹獨特的SPRINT技術。
測尖（測球）可沿葉盤表（biǎo）麵進行（háng）精確測量移動，測頭能（néng）夠精確記錄高分辨率測針（zhēn）偏折數據，獲（huò）取超（chāo）靈敏測尖在X、Y和Z軸上的亞微米級（jí）運動數據。
OSP60測頭采用高速、抗噪的光學傳輸（shū）連接，每秒可將（jiāng）1000個XYZ測尖中（zhōng）心數據點傳輸到（dào）OMM-S接收器。然後，使用高級算法處理測頭偏（piān）折數據與機（jī）床位置編碼器數據，以生成精確的葉盤表麵數據，最後再利用這些數據精確計算特征位置、大小和形狀。
Productivity+™技（jì）術
使用Productivity+ CNC plug-in軟件可實現高達15,000 mm/min的掃描速度，機內測量速度有時甚至可以比傳統（tǒng）觸發式係（xì）統快5倍。在機床上掃描（miáo）葉盤，則無需在加工過程中取下工件。
該軟件可在屏幕上實時顯示高精度測量結果，並利用這些數據自動調整機床設置，以便進行後（hòu）續的精銑過程。還可將測量報告導出到文件中進行分析或用於執行質（zhì）保。
使用現有的機（jī）外圖形編程工具可基（jī）於實體模型幾何特征快速、輕鬆地生成葉盤檢測程序，同時（shí）可通過Productivity+交互（hù）式前（qián）端平台簡單（dān）易懂的圖形屏幕來編輯和模擬測頭檢（jiǎn）測程序，用（yòng）戶無需直接應對複雜的NC代碼。
詳情請訪問www.renishaw.com.cn/ umpo
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎（yíng）聯係本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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