以前,涡轮叶片要依次在7台机床上才能磨削加工好,而如今却可以只在一台磨削加工单元上,通过一次装夹就能加工好。这样一来,调整时间和生产运行时间可以降低一半以上,磨削成本可以降低1/3。
国际竞争能力
在慕尼黑,我们开发、生产和维护传动机构和传动机构的元部件。这些传动机构和部件是用于飞机和固定式燃气轮机上的。从1991年以来,我们便利用高度自动化的、计算机控制的磨削单元进行涡轮运行叶片(工作叶片)的磨削加工(图1)。
尽管在应用和管理这种复杂的机床方面存在某些问题,但依然可以实现重要的技术和经济目标。因此,它为在国际范围内提高竞争能力起到根本性的作用。
1987年,我们的生产领导决定,从Blohm有限公司购买3台高度自动化的磨床,用于加工涡轮动叶片和定叶片(导向叶片)。决定进行如此巨大投资的理由如下:
人们预测在这方面的需求会不断增长,此外来自国际性竞争的压力也不断增加；力求实现质量改进(降低废品和修补加工)；国际竞争对手采用了类似的机床(如美国的Pratt & Whitney公司以及英国的Rolls Royce有限公司等)；制造行业中普遍采用高度自动化制造设备(CIM)的趋势。
图1 计算机控制的磨削单元
最早的两台磨削单元于1991年和1992年开始用于涡轮动叶片加工。由于技术问题和用户暂时减少,第三台磨削单元直到1997年才投入使用。其加工类似于单元1和2,(与计划相反)在技术上不能实现导向叶片磨削后,同样是加工动叶片。
a.铸件块涡轮叶片 b.工件夹具 c.内部搬运设备 d.外部搬运设备 e.移动台 f.调整块 g.上料位置
图2 多位测量设备
图3 装夹浇铸的叶片
磨削单元的结构
“磨削单元”的概念以及它与传统磨床之间的界线,通过查看基本的设备元部件可以一目了然:它使用两个双主轴磨床GC2000,每个磨削头可以最多配装三个砂轮(Elbe有限公司、Tyrolit有限公司制造),每台机床可以数字控制16个坐标轴(其中4个是刀架坐标和磨削头坐标,4个是使砂轮成形的砂轮修整设备的坐标,4个是两个分度头的回转坐标,另外4个是跟踪冷却液喷嘴的直线坐标)。在磨削单元中还集成装入了多位测量设备,最多可有60个测量值以及测量过程。它们带有测量结果的反馈和CNC坐标轴的自动修正(图2),另外还配装用于识别工件的光学读数系统。磨削单元中还配有一个清洗和干燥站,用于在测量循环之前对工件进行清洁处理。由一个龙门式机器人(带有4个控制轴)将工件在各个站之间传送。由一个单元计算机控制各个元部件之间的流程。
所有的测量值和过程数据均被发送到一个上级单元主控计算机上。在此进行进一步的数据处理和归档。整个加工过程,可以在操纵台上观察和监控。
采用的技术
在开始磨削加工之前,要将每个涡轮叶片铸成一个长方、六面体形状的块件(见图3),这种铸件没有什么独特之处,只是要求满足磨削单元的加工需要,以便工业机器人能够搬运这种几何形状非常复杂的工件,且能承受在磨削加工过程中产生的巨大作用力。此外,由于只用4种不同尺寸的铸件,因此可以大大降低所需夹紧装置类型。紧接着铸件块被配上一个条码,从而在磨削单元中可以识别构件。在此期间,激光标签将被一种简单的、可在现场压紧的粘贴剂粘接上。
使用带有连续修整的深度磨削技术。砂轮是用金刚石滚轮(Winter&Sohn)连续修整的；坐标轴可根据磨损量进行调整。对于常用的镍基材料的涡轮叶片,利用这种方法,可以取得很高的切削率(图4)。
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