渦輪葉片的整體加工要求在大功率粗加工和高精度精加工之間取得平衡。這正是現(xiàn)代化五軸車銑加工中心的任務(wù),將穩(wěn)定的機械制造能力與一流的驅(qū)動及控制技術(shù)結(jié)合在一起。
經(jīng)驗就是堅實的基拙,對此Hamuel機械制造有限責(zé)任公司(位于德國上弗蘭肯地區(qū)的城市Meeder)具有絕對的發(fā)言權(quán):約85年的機床制造經(jīng)驗、35年的數(shù)控加工經(jīng)驗、25年的五軸模擬加工經(jīng)驗以及10年的五軸車銑加工中心的制造經(jīng)驗。公司總經(jīng)理Markus Stanik博士表示,經(jīng)驗不是衡量機床質(zhì)量的唯一標(biāo)準(zhǔn),但是:“經(jīng)驗有助于我們與合適的合作伙伴一起設(shè)計和制造出能使我們的客戶在市場上取得成功的機床。”Hamuel公司及其眾多客戶的業(yè)務(wù)也確實取得了增長^
目前Hamuel公司擁有三大支柱業(yè)務(wù):
機床部件的生產(chǎn)(例如機床軸單元、床身和主體)
數(shù)控龍門銑床的研發(fā)和制造
五軸車銑加工中心的生產(chǎn)
最后一項就是著名的HSTM系列產(chǎn)品,自1999年面市以來為公司的銷售額和業(yè)績作出了舉足輕重的貢獻。特別是該系列機床在動態(tài)響應(yīng)、生產(chǎn)能力和精度方面的優(yōu)良性能總是能幫助我們獲得在飛機制造業(yè)和發(fā)電行業(yè)中領(lǐng)先的渦輪制造商的訂
單。
渦輪葉片加工不允許有絲毫誤差采用Sinumerik 840D si控制系統(tǒng)的HSTM主要用于生產(chǎn)渦輪葉片和葉盤(渦輪葉輪盤),此類部件用在固定式汽輪機和燃氣輪機上以及飛機發(fā)動機和大型渦輪壓縮機的移動式渦輪上,一般由高硬度材料制成,如鈦或高強度合金鋼即使些許的誤差也可能導(dǎo)致發(fā)電渦輪或飛機渦輪的效率顯著降低,因而外形誤差在渦輪葉片和葉盤產(chǎn)品上視同禁忌。相應(yīng)地,對機床也提出了更高且更多樣的要求。Hamuel公司的銷售經(jīng)理Jochen Schaede(工程碩士)說道:“對于長度約在】000 mm以上的大型滿輪葉片,我們的客戶大多采用鍛造毛坯制造;而對于較短的工件則采用全銑削的方式(切削量約占顯而易見,這就要求我們的機床既能進行高效的粗加工,又能進行高精度的精加工。”粗加工時生產(chǎn)率是關(guān)鍵,而之后對立體曲面進行精加工時,則以精度為核心,而且“我們的高效加工中心在保證優(yōu)良的表面質(zhì)量的同時能夠達到微米級的精度,’,Schaede補充道。
精巧的機床制造與驅(qū)動及控制技術(shù)之間相輔相成的配合對生產(chǎn)能力起著決定性的作用,其根本在于采用一體化基體的穩(wěn)固的機床結(jié)構(gòu)(要么是使用特殊混凝土進行澆鑄的焊接結(jié)構(gòu),要么是最新的一體成形式聚合混凝土結(jié)構(gòu)):精密的質(zhì)量分布此時可達到取佳的動態(tài)剛度Hamuel公司研發(fā)人員的經(jīng)驗與西門子公司機電專家的技術(shù)相結(jié)合使這些性能的實現(xiàn)成為了可能,正如Jochen Schaede所說:“借助多種模擬工具,西門子工程師能為我們提供非常精確的數(shù)據(jù),告訴我們應(yīng)在哪里增減質(zhì)量。同時非常有利的是,我們能夠從西門子訂購包括主軸、軸驅(qū)動以及數(shù)控系統(tǒng)在內(nèi)的所有動態(tài)組件這樣,只需少數(shù)幾個迭代循環(huán),就能使機床獲得完美的動態(tài)剛度。”
此外重要的是:所有組件的排列方式都有助于對水平夾緊的渦輪葉片和葉盤進行最佳加工D同時將軸傾斜45。,也便于在對機床內(nèi)部進行連續(xù)吹掃時排出碎屑另外將軸斜置也更方便接觸機床內(nèi)部的組件。
如此構(gòu)造并配備了西門子精密型直接驅(qū)動的HSTM機床,其所有線性軸的運行速度都能超過40m/min且定位精度最尚可達5 (xm南速運轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)軸的定位精度甚至可達到3 pm 因而用戶可在Ra=0.8 的加工區(qū)域內(nèi)獲得極佳的生產(chǎn)率、精度和表面質(zhì)量,冗全能滿足葉片加工的各項要求翁數(shù)控系統(tǒng)負責(zé)入口邊及出口邊的最佳曲面過渡加工質(zhì)量。
滿輪葉片加工中面臨的取大挑戰(zhàn)是要求可刻的曲面過渡加工(入口邊和出口邊)如要實現(xiàn)高質(zhì)量的加工,由曲線控制點定義的銑削軌跡必須保持均勻的加工速度。因此,入口邊和出口邊要求具備極高的角加速度相應(yīng)地,也要求提供較多數(shù)量的用于定義軌跡的曲線控制點。
而數(shù)控系統(tǒng)的挑戰(zhàn)在于,可靠地執(zhí)行所生成的加工工步。此時系統(tǒng)的快速程序段循環(huán)時間以及預(yù)讀(Look ahead)功能就派上了用場。“還沒有哪一個數(shù)控系統(tǒng)能像Sinumerik 840D si這樣,在所要求的如此短暫的時間內(nèi)將驅(qū)動信號這樣準(zhǔn)確地提供給全部五根加工軸” Jochen Schaede強調(diào)道,他還補充道:“另外,創(chuàng)新的運動控制功能“精優(yōu)曲面”(AdvancedSurface)也非常出色,它其中包含了優(yōu)化了的預(yù)讀功能模塊。此外,我還必須要提到的是,自由曲面的五軸高速車銑加工需要進行幾何矢量的空間連續(xù)重新定向。這就要用到Sinumerik 840D si上的“Traori原理’’。這樣我們的用戶就能獲得可再現(xiàn)的加工結(jié)果,不僅表面質(zhì)量近手完美,輪廓精度也極高,而且加工速度極為快速。
除了精度、生產(chǎn)率和可靠性這些首要屬性,Hamuel還非常看重西門子控制與驅(qū)動技術(shù)的其他一些特點-例如:DRIVE-CLiQ接口。通過這一數(shù)字量連接可自動識別配備的所有相應(yīng)的驅(qū)動組件。只需一根電纜就能實現(xiàn)該連接。電機的等效電路圖數(shù)椐以及內(nèi)置編碼器系統(tǒng)的參數(shù)都已提前存儲,因而在調(diào)試時無需再手動輸入,這使得調(diào)試過程能夠更加可靠和怏速、。
同樣困擾銷售經(jīng)理的還有專有技術(shù)的保護。憑借創(chuàng)新型軟件,他的客戶可以通過個人密碼對所有程序及其專有應(yīng)用加以保護,防止未經(jīng)授權(quán)的擅自使用。對于Hamuel常常遍布全球范圍的機床用戶而言,西門予所提供的遠程服務(wù)也被證明是一項十分重要的優(yōu)勢。無需現(xiàn)場服務(wù)就能解決軟件問題并且快速可靠地進行升級。生產(chǎn)企業(yè)從而可以節(jié)約時間和金錢,并且總是使用到最新版本的軟件。
采用切端面齒的功能強大的電主軸對于車銑加工中心的生產(chǎn)能力,Weiss主軸技術(shù)有限公司(西門子旗下子公司)的54 kW電主軸也起著舉足輕重的作用在配備HSK A63刀夾的情況下,該電主軸在粗加工時可以達到足夠高的轉(zhuǎn)矩,同時在精加工時可以提供高達16 000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速。這樣就能保證始終提供最佳的切削速度。此外從實際使用的角度,Hamuel負責(zé)人還著重強調(diào)了 一個技術(shù)細節(jié)(集成在內(nèi)的切端面齒)c借助它可以夾緊主軸,并在車削加工時卸去軸承。
機床大小完全取決于所要生產(chǎn)的工件的長度,一般可從 500 mm (HSTM 300)直到 1750 mm (HSTM1500)。有特殊需求時,Hamuel也可以生產(chǎn)更大的機床。目前有一個項目就是加工長度為2 500 mm的葉片。總經(jīng)理Markus Stanik公開表示:“憑借模塊化的機床制造,我們能夠滿足用戶的特殊需求并在此基礎(chǔ)上生產(chǎn)車銑加工中心。”
“此外令人欣喜的是,新的產(chǎn)品研發(fā)已經(jīng)進入了市場引入階段。比如未來我們可以選擇使用一種特殊氣體在HSTM機床上進行刀具冷卻另外我們還能提供礦物鑄件機床床身。首臺此類型的機床已經(jīng)在EM0展會上展出。這種礦物材料具有出色的減震性,順便還能減少我們對鋼材供應(yīng)商的依賴”Markus Stanik南興地表示。對于機床用戶而"i",更直觀的表現(xiàn)在更高的表面加工質(zhì)量以及顯著延長的刀具使用壽命。
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