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航發(fā)葉片柔性制造：“磨”力無邊，配合無間

2024-08-24 14:03:26來源：United Grinding 優(yōu)耐特磨削機(jī)械 閱讀量：58 評(píng)論

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導(dǎo)讀：隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，聯(lián)合磨削集團(tuán)將在技術(shù)創(chuàng)新、自動(dòng)化生產(chǎn)和新材料應(yīng)用等方面持續(xù)發(fā)力，為客戶提供更加高效、優(yōu)質(zhì)的磨削解決方案，推動(dòng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片磨削工藝不斷向前發(fā)展。

　　大家都知道航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的核心，其中各類葉片則是“核心中的核心”。
 
　　航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片部件，對(duì)加工精度和精度一致性要求極高，而磨床設(shè)備作為機(jī)械部件精密加工的重要手段，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量至關(guān)重要。
 
　　那么，航發(fā)葉片的磨削有哪些難點(diǎn)呢？
 
　　對(duì)磨削機(jī)床提出了哪些挑戰(zhàn)呢？
 
　　聚焦：航發(fā)葉片加工難點(diǎn)與挑戰(zhàn)
 
　　航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加之精度和質(zhì)量要求極高，給磨削加工帶來了不小的挑戰(zhàn)。
 
　　? 磨削難點(diǎn)?
 
　　? 航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片外形復(fù)雜，普通或通用磨床難以滿足；
 
　　? 精度和形位公差要求極高；
 
　　? 裝配精度要求極高，為避免在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)和共振，磨削設(shè)備必須具備極高的加工一致性；
 

 

　　以渦輪葉片為例，如圖所示。通過渦輪葉片葉根部分的樅樹形榫卯結(jié)構(gòu)裝配到發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇盤上。連接處有細(xì)小縫隙，但是由于渦輪葉片磨削精度和形位公差極高，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)仍能保證穩(wěn)定性，同一級(jí)葉片的葉尖高度幾乎一致。
 
　　? 同一臺(tái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)需要裝備的部件多樣，要求磨削設(shè)備具有極高的生產(chǎn)柔性；
 
　　? 葉片價(jià)格昂貴，要求磨削設(shè)備具有非常高的生產(chǎn)穩(wěn)定性和產(chǎn)品合格率。
 
　　? 工藝要求?
 
　　? 需配備專業(yè)的磨削應(yīng)用軟件系統(tǒng)，且操作簡便，以降低成本和提高效率；
 
　　? 磨削設(shè)備能夠自由連接自動(dòng)化單元和其他設(shè)備，實(shí)現(xiàn)無人生產(chǎn)；
 
　　? 磨削設(shè)備要具備一定的智能生產(chǎn)能力，符合工業(yè)4.0要求；
 
　　? 具備更新磨削工藝的能力，以適應(yīng)未來發(fā)展和特殊材料、特殊工件加工需求。
 
　　接下來我們一起看看，
 
　　航發(fā)葉片究竟是怎么磨削的？
 
　　解析：航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片常用磨削方式
 
　　01
 
　　三軸平面緩進(jìn)給磨床配合不同夾緊工裝
 

 

　　如圖所示：德國保寧瓊格PROFIMAT XT 408型平面成型磨床，工作臺(tái)尺寸400x800mm，主軸功率62千瓦。
 
　　02
 
　　五軸磨削中心一次夾緊工件所有表面
 

 

　　這種方式可以大大提高磨削精度一致性，同時(shí)也大大提高生產(chǎn)效率。如圖所示：瑞士美蓋勒MFP 50五軸磨削中心，主軸功率50千瓦，最高轉(zhuǎn)速10000RPM。配備FIBRO雙數(shù)控軸工作臺(tái)，型號(hào)為NC 1.02 and NC 0.02。采用砂輪尺寸，最大直徑300mm，最大寬度60mm。
 
　　03
 
　　六軸磨削中心加工復(fù)雜工件
 

 

　　如圖所示：美蓋勒MFP 50(包括MFP 51、MFP 30等)，可以配備三數(shù)控軸工作臺(tái)
  
　　這三種常用磨削方式各有利弊，為更好滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片高精度加工需求，聯(lián)合磨削集團(tuán)不斷優(yōu)化磨削工藝方案。
 
　　精磨實(shí)踐：經(jīng)過優(yōu)化的磨削工藝方案
 
　　1
 
　　瑞士美蓋勒獨(dú)有的
 
　　垂直方向全封閉靜壓導(dǎo)軌系統(tǒng)
 
　　瑞士美蓋勒機(jī)床公司獨(dú)立開發(fā)出可用于磨床垂直方向的全封閉靜壓導(dǎo)軌系統(tǒng)，所有導(dǎo)軌平面經(jīng)手工刮研，保證了極佳的精度等級(jí)。
 

垂直方向全封閉靜壓導(dǎo)軌系統(tǒng)示意圖
 
　　該系統(tǒng)通過薄薄的剛性油膜，使運(yùn)動(dòng)部件永遠(yuǎn)懸浮在封閉導(dǎo)軌上。磨頭單元與機(jī)床床身無直接接觸，這樣可提高磨床精度和精度穩(wěn)定性，提供最佳減震效果，延長砂輪使用壽命，獲得更好磨削表面質(zhì)量和保證生產(chǎn)合格率，美蓋勒所有設(shè)備至少配備一個(gè)此系統(tǒng)。
 
　　2
 
　　配備頂置式修整系統(tǒng)，
 
　　可以在磨削過程中進(jìn)行連續(xù)修整
 
　　航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片裝配精度要求極高，要求同一批次葉片磨削精度一致性極高。瑞士美蓋勒和德國保寧瓊格率先將頂置式修整系統(tǒng)應(yīng)用于航發(fā)葉片磨削加工，在磨削過程中連續(xù)修整。砂輪頂部配備頂置式修整單元，保證砂輪型面精度最佳狀態(tài)和同批次工件精度的一致性。
 

美蓋勒MFP 50磨削中心頂置式修整器
 
　　采用連續(xù)修整磨削可縮短約30%加工時(shí)間。當(dāng)工件一致性要求不高時(shí)，可提升頂置式修整器位置，使砂輪和頂置式修整器分開，以降低砂輪損耗。
 

 

連續(xù)修整方式和普通臺(tái)式修整方式
 
　　五軸磨削中心配備該系統(tǒng)可一次夾緊所有表面，大大提高精度一致性和生產(chǎn)效率。
 
　　瑞士美蓋勒MFP 50五軸磨削中心配備頂置式修整系統(tǒng)
 

 

 

 

　　瑞士美蓋勒MFP 100和MFP 51型磨削中心甚至可同時(shí)更換砂輪和頂置式修整滾輪，最大限度保證磨削精度。
 
　　頂置式修整系統(tǒng)同樣適用于復(fù)雜的磨削表面，例如弧形表面、弧形槽等。
 
　　3
 
　　為了提高磨削中心的加工柔性，
 
　　配備自動(dòng)砂輪更換裝置
 
　　精密加工航發(fā)葉片不同表面時(shí)，需要采用不同的砂輪，甚至選配其它工具，例如銑刀、鉆頭、測量頭等。為提高磨削中心加工柔性和生產(chǎn)效率，瑞士美蓋勒為設(shè)備配備自動(dòng)砂輪更換裝置。
 
　　MFP 50及MFP 30都有24位盤式自動(dòng)砂輪更換裝置，可裝載砂輪、CBN砂輪、銑刀等刀具，適用于多品種工件柔性加工。
 
　　適用于大型航發(fā)葉片的美蓋勒MFP 100磨削中心可以配備60位鏈?zhǔn)缴拜喐鼡Q裝置，能同時(shí)更換頂置式修整滾輪和砂輪。
 
　　MFP 51磨削中心配有大型桁架式砂輪更換裝置，可裝載各種砂輪、刀具、滾輪和測量工具等。操作人員可在68位砂輪更換裝置中自由配置各種工具，產(chǎn)品換型程序控制簡單易行，大大降低生產(chǎn)換型時(shí)間和成本。
 

 

 

美蓋勒MFP 51磨削中心配備68位桁架式砂輪更換裝置，
 帶有刀具識(shí)別系統(tǒng)
 
　　68位砂輪更換裝置可以最大程度提高生產(chǎn)柔性，非常適用于多品種小批次航發(fā)葉片生產(chǎn)研發(fā)。換型時(shí)輸入程序命令即可。MFP 51還首次采用工具識(shí)別系統(tǒng)，內(nèi)置于HSK刀柄的RFID模塊可儲(chǔ)存刀具信息，符合ISO 15693標(biāo)準(zhǔn)。
 
　　4
 
　　經(jīng)過優(yōu)化的冷卻液系統(tǒng)，
 
　　保證極佳的磨削質(zhì)量
 
　　眾所周知，冷卻效果對(duì)保證磨削質(zhì)量和表面質(zhì)量起著非常關(guān)鍵的作用。聯(lián)合磨削集團(tuán)旗下的瑞士美蓋勒和德國保寧瓊格磨床設(shè)備均配備經(jīng)過優(yōu)化的冷卻液系統(tǒng)，保證極佳的冷卻效果。
 
　　以美蓋勒MFP 51磨削中心為例，砂輪右側(cè)有雙數(shù)控軸，可隨動(dòng)的冷卻液噴嘴，可根據(jù)砂輪直徑變化在兩個(gè)方向移動(dòng)，以保持最佳相對(duì)位置；砂輪左側(cè)有冷卻噴嘴(藍(lán)色箭頭)和清潔噴嘴(紫色箭頭)，清潔噴嘴能及時(shí)將可能附著在砂輪表面的碎屑清除，大大降低劃傷工件表面的風(fēng)險(xiǎn)。
 

經(jīng)過優(yōu)化的噴嘴系統(tǒng)
 
　　在主軸旁邊，有額外噴嘴保證磨削效果和表面質(zhì)量，還可選擇貫穿主軸的冷卻液系統(tǒng)，以用于銑削和鉆削加工。且能配備冷卻噴嘴更換系統(tǒng)，進(jìn)一步提高冷卻效果和磨削質(zhì)量。
 

 

 

 

       5
 
　　專業(yè)的葉片磨削循環(huán)軟件
 
　　以及用戶友好型操作界面
 
　　瑞士美蓋勒和德國保寧瓊格依據(jù)多年航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片磨削經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)開發(fā)專門用于透平葉片的磨削程序。操作界面簡潔易懂，無需專業(yè)NC知識(shí)即可在軟件指引下創(chuàng)建或修改程序，且可在生產(chǎn)中隨時(shí)調(diào)整參數(shù)及創(chuàng)建新程序。
 

 

　　基于磨削程序的NC程序可以直接在磨床上進(jìn)行預(yù)磨削循環(huán)修改，也可通過VERICUT軟件模擬NC程序。
 

 

 

       6
 
　　聯(lián)合磨削集團(tuán)獨(dú)有的
 
　　C.O.R.E.操作面板及工業(yè)4.0要求
 
　　聯(lián)合磨削集團(tuán)磨床產(chǎn)品配備最新的C.O.R.E.操作面板，其設(shè)計(jì)符合人體工程學(xué)，操作簡便。帶有預(yù)設(shè)功能，簡化編程過程。可輕松連接技術(shù)專家遠(yuǎn)程咨詢或進(jìn)行電話會(huì)議，更加符合工業(yè)4.0要求。
 

 

　　新型航發(fā)葉片磨床可監(jiān)控必要進(jìn)程，如跟蹤磨削主軸負(fù)載、追溯獨(dú)立磨削過程、設(shè)定限制數(shù)值，以優(yōu)化過程提高效率、降低廢品率、減少生產(chǎn)管理成本等。還能測量并監(jiān)控冷卻液重要參數(shù)，設(shè)定極限報(bào)警值，以及監(jiān)控記錄機(jī)床各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載情況。
 

 

跟蹤磨削主軸的負(fù)載值，追溯每一個(gè)獨(dú)立的磨削過程
 

測量并且監(jiān)控冷卻液的重要參數(shù)壓力、流量、溫度等
 

 

監(jiān)控并記錄機(jī)床各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)載情況
 
　　聯(lián)合磨削數(shù)字化解決方案，提供生產(chǎn)監(jiān)控、遠(yuǎn)程服務(wù)等便利內(nèi)容。
 

 

        7
 
　　為了降低生產(chǎn)成本，
 
　　實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)單元
 
　　隨著生產(chǎn)效率要求提高和人工成本上升，客戶要求航發(fā)葉片磨床設(shè)備也要集成到自動(dòng)化生產(chǎn)單元。瑞士美蓋勒和德國保寧瓊格開發(fā)出各自的自動(dòng)化單元方案。
 
　　美蓋勒已多次與不同自動(dòng)化供應(yīng)商合作，為客戶提供高效合理的自動(dòng)化生產(chǎn)單元，將磨削中心、測量、清洗單元、儲(chǔ)存單元和自動(dòng)化單元結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“無人化”生產(chǎn)，以降低人員成本。下面是具體案例：
 

 

 

 

 
　　而德國保寧瓊格也可以通過在航發(fā)葉片磨床右側(cè)的自動(dòng)化單元和左后側(cè)的砂輪庫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。
 

 

德國保寧瓊格磨床可以配備砂輪庫和自動(dòng)化單元
 
　　隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片磨削工藝的不斷發(fā)展，聯(lián)合磨削集團(tuán)旗下德國保寧瓊格和瑞士美蓋勒在各自領(lǐng)域不斷開發(fā)新方案。
 
　　德國保寧瓊格最新獨(dú)立開發(fā)的高速往復(fù)磨削工藝，就是由簡單往復(fù)磨削發(fā)展而來，克服了緩進(jìn)給磨削在特殊材料如鈦合金磨削時(shí)的局限性，降低燒傷風(fēng)險(xiǎn)且不降低生產(chǎn)效率，還有減少熱應(yīng)力和降低砂輪消耗的優(yōu)點(diǎn)。PROFIMAT XT磨床和PROKOS磨床可實(shí)現(xiàn)該工藝，非常適合鈦合金航空葉片的磨削加工。
 
　　高速往復(fù)磨削的原理就是降低單次磨削除去量、大幅提高往復(fù)移動(dòng)速度。同時(shí)快速帶走熱量降低燒傷風(fēng)險(xiǎn)并提升效率。
 

緩進(jìn)給磨削工藝和高速往復(fù)磨削工藝比較
 
　　美蓋勒致力于陶瓷基復(fù)合材料葉片加工工藝的開發(fā)生產(chǎn)，是當(dāng)前世界唯一將陶瓷葉片磨削應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)的磨床制造商。
 

 

　　隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，聯(lián)合磨削集團(tuán)將在技術(shù)創(chuàng)新、自動(dòng)化生產(chǎn)和新材料應(yīng)用等方面持續(xù)發(fā)力，為客戶提供更加高效、優(yōu)質(zhì)的磨削解決方案，推動(dòng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片磨削工藝不斷向前發(fā)展。
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