科美腾对于加工精度至关重要的反馈

　　立式车磨复合机床采用光学和磁编码器，以帮助风力发电机轴承的高精度生产

　　关于作者

　　派尔.杨思古(Per Junskog) , 科美腾精密磨削有限公司(KMT Precision Grinding)轴承市场产品经理;利雪平. 瑞典 (Lidköping, Sweden)

　　轴承滚道磨削过程中所要求的精度是最重要的参数，以获得最小的摩擦，并由此带来更长的零件寿命和降低能耗。科美腾(KMT Precision Grinding)公司制造轴承的客户曾经告诉我们，如果世界上所有轴承的摩擦可以减少10%，能源消费将减少相当于一个巴西大小的国家一年的消耗量。

　　汽车和火车的车轮，发电站的涡轮机，您的冰箱压缩机，这些所有包含的零件都需要以最小的摩擦进行回转，年复一年，而且往往在严重的外部负荷下。一个简单的原则是：摩擦越小，越省能源。在每次的旋转中轴承起到相当大的作用，以减少摩擦和保证稳定的旋转。生产过程中各工序的要求都是很高的，尤其是在轴承的最终形状和磨削、超精加工的表面粗糙度。

　　科美腾(KMT)，高精度磨床的制造商，深知这些加工问题的重要性。公司由UVA International AB 和 KMT Lidköping合并而成，分别成立于1928 和 1875年。销售和售后分公司分布于美国、中国和德国。新机床、改造和维修工作位于瑞典的制造工厂，同时翻新机床的工作也在印度的古尔冈完成。

　　适应客户

　　科美腾(KMT)机床在过去的一个世纪中应用于轴承工业的零件磨削，并在这期间不断地发展先进的技术以适应不同客户的应用。现今，风电这个成长的行业成为科美腾(KMT)重点关注的领域

　　"我们追随我们客户在新市场的发展"，托马斯.卡尔森，科美腾(KMT)首席执行官(CEO)说到。"当我们的客户在风力发电站的领域进行扩张的时候，新类型的轴承是需要的。我们在那里伴随着他们，并研发出新的机床以满足他们的需要."

　　在一个风力发电站涡轮机组中轴承位于不同的部位，例如：在转动叶片装置上，涡轮轴和变速箱。理想的是轴承能够正常工作，托马斯说到，涡轮机更平滑的回转并且机械零件更低的能力损耗。

　　回转的转动叶片通过直径差不多4 米的轴承连接到涡轮轴。这个尺寸的轴承套圈由利雪平(Lidköping)VTG4000 立式磨床磨削，使得材料在可选择的磨削和车削组合加工下得到正确的轮廓外形。

　　关键工艺

　　卡尔森强调这个工艺有多关键，说道" 磨削工艺决定了滚道(放置滚动体的位置)的精度能够达到多少。这个精度决定了摩擦和由此而来的发电的准确性。但是优质磨削的轴承带来的高精度输出不仅仅使降低能耗成为可能，同时也提高了它们的可靠性。"

　　在强风载荷应力下，如果转动叶片被放置到错误的轴上，这将导致严重的后果，卡尔森解释到。巨大的力量可以松开叶片，并且，最糟糕的情形是，这个风力发电站会倒塌。

　　承受风的力量

　　风力涡轮机转动叶片通过装配直径最大到4 米的轴承连接到涡轮轴。这个尺寸的轴承套圈由利雪平(Lidköping)VTG4000 立式磨床磨削

　　" 调节叶片桨距是风力涡轮机运转最关键的功能之一，通过使用我们的VTG4000，调整机构中的巨型轴承此时能够以通常只有小零件才能达到的精度级别进行高精度地制造" ，Eive Johansson说到，KMT Lidköping 的首席设计师。" 机床结合了先进的运动系统，配置光学和磁性直线及角度编码器在关键的轴以实现在4 m的零件直径上形状偏差小于1 µm。这就是硬车和磨削，并且是十分必要的." 轮廓偏差是指所需要的轮廓的变化。例如：球轴承沟道，它的变化是从一个完美的圆弧。但实际上它可以是任何形式的偏差，包括直线的，圆弧的，椭圆的等等。在轴承机械业务中Lidköping 的声誉始终是高速和高金属去处率。这些能力的实现是通过Lidköping 机床的刚性设计，并确认一台机床结构中的每个要素固有的刚度，当结合这些因素时，便促进了整体的生产力。

　　定位和品质

　　定位精度是非常重要的，与加工后的轴承品质直接相关，Johansson 陈述到。在VTG4000之前，公司的最大机床能够涵盖零件直径最大到600 mm (24 in.)，但是VTG4000加工的直径超过4000 mm (157 in.)，是最大风力涡轮机轴承的尺寸，同时提供良好的精度。

　　线性轴上的直线电机使得VTG4000 快速、稳固的静压导轨增加精度。伴随静压导轨，压力油注入到上下滑台之间浮起上滑台，形成一个几乎无摩擦和高响应的滑台系统。" 标准尺寸的机床，在轴上使用滚珠丝杠，维持大约3-µm 的形状偏差" Johannson 解释到。" 这个机床保持形状偏差小于1 µm， 并且进给分辨率0.1 µm."

　　线性滑台是Lidköping 机床的核心，液体静压滑台，气密封和直线电机的结合产生了高刚性、高精度，免维护的系统。

　　高品质提升涡轮机转动叶片控制

　　变桨轴承允许风力涡轮机叶片依据风速优化自身的角度或在大风中产生失速条件，因此这类轴承的可靠性直接决定了效率和安全操作

　　多用途VTG4000 被设计用来在单次设置后加工这类大型轴承，执行两个独立工作头的车削和磨削。两个工作头可根据需要重新布置，通常情况下磨削/车削 或磨削/磨削。机床4.5 m的 X-轴支撑着在零件相对侧的两个工作头，允许磨削和车削工具接近零件的。当一些零件重量超过35 吨，VTG4000 非常耐变形和热变化，这是借助于严密控制液压油和冷却液温度实现的。

　　强力磨削/高分辨率

　　磨削系统/左动柱使用直线电机驱动液体静压滑台，垂直行程：860 mm， 横向行程：2460 mm，最大加速度：1 m/s 2，最大速度：1 m/s。分辨率：0. 01 mm，配置直线电机、高分辨率编码器、闭环伺服系统

　　"我们从1970 年代开始使用液体静压滑台取代滚动导轨，再将它们与直线电机进行结合给我们带来了更快，更高精度、更大的加、减速度," 工厂经理Jörgen Möller 说到。" 当你看见你能用你的手指使25,000 kg 的旋转轴运动时，你会意识到液体静压系统有多么出色." 四个主要滑台的运动精度建立在Siemens 直线电机配置全闭环反馈的高分辨率编码器。液体静压滑台接近零摩擦、没有任何爬行以实现超高精度

　　Johansson 第一次看到编码器最终安装到VTG4000 上是在2007年的EMO展览会，Lidköping对传感器经过严格的测试。"我们比较了不同的光栅尺组装到我们的参考滑台上，并选择了表现最出色的那个," Johansson 说到。" 重要的是线性编码器的连续长度至少4.5 m，且要很强的抗污染能力，雷尼绍(Renishaw)的SiGNUM 系列是这些要求的最佳选择。我们已经将他们安装到所有的四个直线滑台，并且没有出现任何问题。我们的回转工作台具有同样的设计原理，配置液压径向和轴向轴承、空气密封和力矩马达。回转工作台的力矩马达拥有一个高分辨率编码器用于伺服闭环控制。我们做了同样的分析并选择了SiGNUM 角度编码器."

　　编码器同样有助于设定磨削主轴角度，一个很重要的机床功能，无论如何，再次利用静压/直线电机滑台的超高精度，任何超出的角度将会在砂轮修整期间进行微调。

　　雷尼绍(Renishaw)的磁性角度编码器安装在磨头的B-轴上。这些编码器暴露于机床环境的苛刻条件下，他们的非接触式、非光学设计及IP68密封，确保它们免受冷却液和切屑的影响。数字或模拟输出LM10允许达到100 m的行程及达到25 m/s的高速运动 (4 m/s 在 1 µm 分辨率).

　　编码器配置一个集成设置的LED，这样加速了安装和更换的需要以用于复杂的设置环境或示波器。"雷尼绍(Renishaw)编码器一个最大的特点就是他们很容易设置," Johansson 补充到. " 伴随着附上的光栅尺的和读数头就近布置，指示灯使得两部分连接情况能轻易地被观察到。其他的品牌也已被使用，然而，我们喜欢雷尼绍(Renishaw)产品由于它的设置容易、高分辨率及复杂环境下的高耐久性."

　　为了精确地将零件设置到机床的工作坐标系，VTG4000 使用雷尼绍(Renishaw)RMP60无线信号传输的接触探针。毛坯零件安装到机床上之后，RMP60从刀库内装上，用来在数秒内定位主要特征的准确位置。该数据被用来更新循环中的坐标系统，以用于快速精确加工。雷尼绍(Renishaw)接触探针用于加工前和加工后的零件测量。加工前测量精确显示工件的位置和状态，以及它的加工余量，不圆度等，并且之后的线下测量评估硬车和/或磨削后的结果。

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