渦輪槳葉的高性能銑削加工
2014-1-4 來源：Werkstatt + Betrieb 作者：Hans Joachim Dey
對渦輪槳葉進行比較經濟地加工需要特殊型號的機床，有必要將高性能的銑削加工、高精度的3維切削加工以及空間自由曲面加工靈活地結合在一起。能夠保證每一片槳葉精確的外形輪廓。
長度達500毫米的渦輪槳葉一般通過對棒料進行銑削加工得到。首先要對高強度鋼材進行切削加工，以保證槳葉從根部到頭部的外形輪廓都便于后續精加工的進行。
針對上述高性能的銑削加工需要將來自Coburg附近Meeder的Hamuel公司的HSTM型5軸車銑加工中心與電主軸結合使用，這種工藝可以充分利用現有切削材料的生產能力。切削加工的平順進行需要穩定的機床結構，尤其是通過靈活的質量分布來確保出色的動態剛度。
針對高性能的銑削加工需要將HSTM系列5軸車銑加工中心與電主軸結合使用，以配合現有的切削材料。
強有力的電主軸
標準功率為54千瓦的電主軸可以配合HSK A63型刀架以及標準容量為24把的刀庫工作。另外還可選裝36到60把容量的刀庫。根據客戶需求可以采用全自動的刀具管理模式。此外，每把刀具上都裝有電子芯片，其中存儲有明確的刀具識別信息以及各自的輪廓數據。借助電子讀寫頭可以自動讀取每把刀具的參數并傳輸至機床。借助使用壽命管理工具可以確保每一把刀具都嚴格按照其設計壽命來工作，從而確保很高的加工效果。
對于槳葉自由曲面的精加工需要遵照最優的切削條件，以獲得所需的輪廓并為后續的拋光工序預留穩定一致的加工余量。電主軸轉速最高可達16000轉/分鐘，使得刀具可以在較小直徑區域內遵照最優的切削條件進行工作。
接下來，導軌的進給軌跡需嚴格遵照計算結果，以保證按照計算的作用系數來獲得所需的渦輪槳葉輪廓曲線。輪廓曲線中的難點在于進入及脫離區域，因此需要很高的角加速度來保證較為理想的銑削加工。可以在刀具旋轉軸上采用高性能的扭矩電機，并與流體凈力的樞軸承之間保持很好的動態關系。另在加工長度更長的槳葉時可在另一端的尾架上配備主動的旋轉軸，以克服銑削加工時造成的變形。
自動化的刀具系統需要集成使用Fanuc公司的M-710i系列的6軸曲臂機器人
3根線性軸（X、Y、Z）和2根旋轉軸（A、B）之間的協同效應對于加工具有很高配合精度要求的自由曲面十分重要。因此需要高動態性能的驅動系統以及能在毫秒范圍內進行工作的高性能控制系統，能夠向驅動系統提供實施精確的信息。Hamuel公司對西門子公司的840D系統以及Fanuc公司的31i-A5系統均具備非常豐富的經驗。
無人化生產
自動化的刀具系統需要集成使用Fanuc公司的M-710i系列的6軸曲臂機器人（圖2），Hamuel公司已成功實現其與HSTM 300系列的協同工作。當工件較重時可以采用24把容量的鏈式刀庫。上述2種方案中，操作人員均需在準備工位將毛坯件安放在工件支架上，然后再自動進給至加工工位。工件支架通過HSK 100B型接口與系統自動接合，可實現工件的快速夾緊。
復雜自由曲面的編程采用了已得到驗證的CAM軟件BladeMill，由Clever Engineering公司提供。這套系統基于5軸HSC機床開發，可以為槳葉的粗加工和精加工以及槳葉頭部、根部的過渡區域加工生成優化的數控刀具路徑。BladeMill系統通過BaseMill模塊（后處理器、接口）與3維CAD軟件Catia V5、UG NX和ProE集成。
使用激光技術進行刀具測量可以避免由于刀具磨損所導致的加工缺陷
有趣的可選項
為配合批量生產，HSTM加工中心還可配備額外的組件，以提高的加工精度和安全性。例如，可采用激光技術進行刀具測量（圖3），向控制系統提供刀具長度、直徑以及磨損情況的實時數據，避免加工錯誤。自適應控制及監控系統Optimill反過來可對切削過程進行實時監控并保護刀具。舉例來說，通常情況下槳葉的毛坯鑄件正反兩面上帶有不均質的加工余量，系統可根據不同的切削加工情況相應降低或提高刀具的進給量，并及時判斷出刀具的折斷。
全球很多渦輪OEM制造商及其下級供應商都在使用HSTM系列機床。該系列機床結構堅固，加工質量很高，工藝性能較高，用戶能夠獲得較高的投資回報率（ROI）。無論從質量、生產效率還是財務角度來看，德國機床產品都屬一流。
制造商簡介：
Hamuel公司擁有80多年機床制造的傳統，近25年來一直致力于5軸同步加工領域。Hamuel公司在車銑機床方面經驗豐富 。HSTM系列產品的X軸范圍可達730-1930毫米，幾乎可以用于加工各種形式和長度的渦輪槳葉。
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