3D掃描可大幅（fú）提高葉盤銑削過程（chéng）的精度和效率
2021-6-16 來（lái）源：雷尼（ní）紹 作者：-
Technopark Aviation Technology公司位於俄羅斯烏法，是（shì）一家教育、科研（yán）和工程服務提供商。它與俄羅斯規（guī）模最大的燃氣渦輪發動機提供商合（hé）作密切，後者設計和製造高（gāo）性能燃氣渦（wō）輪發動機，服務於固定翼和旋轉翼（yì）飛機行業以（yǐ）及（jí）天（tiān）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（guò）程的精度（dù）和效率。燃氣渦輪發動機的葉盤（pán）具有複雜的高曲（qǔ）率表麵，因此製造過程非常具有挑戰性。
為了攻克這項難題，Technopark采（cǎi）用了搭載SPRINT™技（jì）術的雷尼紹OSP60機內3D掃描測頭（tóu）和Productivity+™掃（sǎo）描軟件包。
背景
在由壓縮機、燃燒器和渦輪組（zǔ）成的精密機械組件中，葉盤在減少阻力、優化發動機（jī）內的氣流及其產生的推力方麵發（fā）揮著重要作用。
葉（yè）盤在20世紀八十年代中期推出，是（shì）一個由轉子輪盤和多個彎曲葉片組成的單一組件。由於葉盤不需要將每個葉片連接到裸露的輪盤上（shàng），因此有效改進了渦（wō）輪設計，大大減（jiǎn）少了零件數量，並提高了可靠性和發動機效率。
葉盤（pán）由非常堅硬的高價值金屬（通常是鈦或鎳基合金）製成。迄今為（wéi）止，銑削是葉盤製造過程中最重要的加工工藝，而且由於葉盤具有高曲率表（biǎo）麵（miàn），因此需（xū）要使用多軸數控機床和先進的軟件進行加工。
葉盤銑削通（tōng）常先通過粗銑和半精銑加工製（zhì）成（chéng）近終成形工件，然後再（zài）通過精銑（xǐ）製成最終的高精度（dù）葉片和轉子表麵。
挑戰
葉盤具有高度複雜性（xìng）和嚴苛的製造精度要求，這意味著其各式葉盤（pán）的精銑過（guò）程是一個（gè）勞動密集型且成本日益增加的工（gōng）藝。
盡管使用觸（chù）發式測頭（tóu）可進行機內葉（yè）盤測量，但在銑削（xuē）後需要將每（měi）個工（gōng）件從數控（kòng）機床上取下進行離線測量和檢測，然後再重新裝回機床上進行後續加工（gōng）。這個過程需（xū）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（xǐ）削過（guò）程約占葉盤生產總人力（lì）成本的30％至60％。此外，葉片尺寸偏差（在前（qián）緣和後緣加工之後）的統計分析結果證明（míng）存在誤差。
結果顯示，葉片橫截麵的偏差（chà）為：殘留餘量波動±0.064 mm，實際輪廓偏差0.082 mm。縱截麵的偏差與橫（héng）截麵相似：殘留餘（yú）量波動±0.082 mm，實（shí）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（jié）為：加工過程中機床的五軸運動誤差；葉片在切削過程中由於其剛性低而發生（shēng）彈性變（biàn）形；以及（jí）刀（dāo）具在金屬（shǔ）切削（xuē）過程中發生彈性（xìng）變（biàn）形。”
“這個過程需要大量的人工幹預，但（dàn）是由於人為誤差不可避免，會導致廢品（pǐn）率（lǜ）增加。我們迫（pò）切（qiē）需要開發一種全新的解決方案，以提高葉盤銑削速度和精度。”
開發用（yòng）於葉盤銑削的CNC加工過程包括以（yǐ）下要求：
• 使用參數化控製程序進行半精銑加工
• 機內工件（jiàn）檢測
• 根據檢測結果（guǒ）修正參數化控（kòng）製程序
• 使用修正後的參數化控製程序對工件進行精銑（xǐ）
解決（jué）方案
Technopark被指定負責開發和部署所需（xū）的（de）製程控製技術。Technopark的副博士、創新部負責人Semen Starovoytov說：“我們已經與雷尼紹合作多年，我們在各式機床上配備雷尼紹觸發式測頭來達到完美（měi）的測量精度。”
“對於此（cǐ）項目來說，很顯然需要（yào）基於掃描測頭開發軟件，因此我們（men）決（jué）定向雷尼（ní）紹尋求合作。雷尼紹用於機床的SPRINT 3D掃描測量技術滿足了我們的所有技術要求。”
結（jié）果
引入Productivity+軟件和（hé）OSP60測頭之後，葉盤製造過（guò）程的加工精度、速度和人力（lì）成本發生了顯著改變。
通過在機床上對葉盤進行高速3D掃描和測量，大幅節省了生產時（shí）間，從而顯著提高了數（shù）控機床的生產效率。
在葉盤銑削精度方麵（miàn），加工後的葉盤橫截（jié）麵和縱截麵偏差均有顯著改進：從原來的0.082 mm和0.111 mm提高到現（xiàn）在的1 µm和28 µm。
在機床人員配備方麵，Starovoytov說：“製程控製模式的執行（háng）能夠基於OSP60測頭提供的3D葉片掃描數據，自動調整CNC控製程序（xù）。這意味（wèi）著工程師不再需要始（shǐ）終監控機床運轉。”
他總結說：“將SPRINT 3D掃描技術與（yǔ）Productivity+ CNC軟件結合（hé）在一起，即使（shǐ）葉盤形狀發生極細微的偏差也（yě）能夠實時識別出（chū）來，而使（shǐ）用觸發式係統卻無（wú）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（jīng）度提高了（le）三倍以上（shàng），而且相關的人力成本降低了一半。”
SPRINT™技術
OSP60機內3D掃描測頭搭載雷尼紹獨特的SPRINT技術。
測尖（測球）可（kě）沿葉盤表麵進行精確測量移動，測頭能夠精確記錄高分辨率測針偏折數據，獲取超靈敏測尖（jiān）在X、Y和Z軸上的亞微米級運動數據。
OSP60測頭采用高速、抗噪的光學傳（chuán）輸連接，每秒可將1000個XYZ測尖中心數據點傳輸到（dào）OMM-S接收器。然後，使用高級算法處理測頭偏折數據與機床位置編碼器數據，以生成精確的葉盤表麵數據，最後再（zài）利用這些數據精確計算特征位置、大小和形（xíng）狀。
Productivity+™技術
使用Productivity+ CNC plug-in軟（ruǎn）件（jiàn）可（kě）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觸（chù）發式係統快5倍。在機床上掃描（miáo）葉盤，則無需在加工過（guò）程中取下工件。
該軟件可在屏幕上實（shí）時（shí）顯示高精度測（cè）量結果，並利用這些（xiē）數（shù）據自動調整機床設置，以便進行後續的精銑過程。還可將（jiāng）測量報告導出到文件中進行分析或用於執（zhí）行（háng）質保。
使用現有的機外圖（tú）形編程工具（jù）可基於實體模型幾何特征快速、輕鬆地生成葉盤檢測程序，同時可通過Productivity+交互式前端平台（tái）簡單易懂的圖形屏幕來編輯和模擬測頭檢測程序，用戶無需直接應對複雜的NC代碼（mǎ）。
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