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航發(fā)葉片柔性制造：“磨”力無邊，配合無間

2024年08月23日 13:34:32來源：United Grinding 優(yōu)耐特磨削機(jī)械點擊：5005

　　【機(jī)床商務(wù)網(wǎng)欄目產(chǎn)品評測】大家都知道航空發(fā)動機(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)動機(jī)的葉片部件，對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，對航空發(fā)動機(jī)質(zhì)量至關(guān)重要。

　　那么，航發(fā)葉片的磨削有哪些難點呢？

　　對磨削機(jī)床提出了哪些挑戰(zhàn)呢？

　　聚焦：航發(fā)葉片加工難點與挑戰(zhàn)

　　航空發(fā)動機(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?

　　? 航空發(fā)動機(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)時產(chǎn)生震動和共振，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)時仍能保證穩(wěn)定性，同一級葉片的葉尖高度幾乎一致。

　　? 同一臺航空發(fā)動機(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化單元和其他設(shè)備，實現(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)動機(jī)葉片常用磨削方式

　　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，工作臺尺寸400x800mm，主軸功率62千瓦。

　　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，型號為NC 1.02 and NC 0.02。采用砂輪尺寸，最大直徑300mm，最大寬度60mm。

　　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

　　這三種常用磨削方式各有利弊，為更好滿足航空發(fā)動機(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。

　　精磨實踐：經(jīng)過優(yōu)化的磨削工藝方案

　　瑞士美蓋勒獨有的

　　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。

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)備至少配備一個此系統(tǒng)。

　　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%加工時間。當(dāng)工件一致性要求不高時，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。

　　為了提高磨削中心的加工柔性，

　　配備自動砂輪更換裝置

　　精密加工航發(fā)葉片不同表面時，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)備配備自動砂輪更換裝置。

　　MFP 50及MFP 30都有24位盤式自動砂輪更換裝置，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)。換型時輸入程序命令即可。MFP 51還首次采用工具識別系統(tǒng)，內(nèi)置于HSK刀柄的RFID模塊可儲存刀具信息，符合ISO 15693標(biāo)準(zhǔn)。

　　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，可隨動的冷卻液噴嘴，可根據(jù)砂輪直徑變化在兩個方向移動，以保持最佳相對位置；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。

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。

　　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)動機(jī)葉片磨削經(jīng)驗，設(shè)計開發(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。

　　聯(lián)合磨削集團(tuán)獨有的

　　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)定極限報警值，以及監(jiān)控記錄機(jī)床各個驅(qū)動電機(jī)負(fù)載情況。

跟蹤磨削主軸的負(fù)載值，追溯每一個獨立的磨削過程

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)床各個驅(qū)動電機(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。

　　為了降低生產(chǎn)成本，

　　實現(xiàn)自動化生產(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)出各自的自動化單元方案。

　　美蓋勒已多次與不同自動化供應(yīng)商合作，為客戶提供高效合理的自動化生產(chǎn)單元，將磨削中心、測量、清洗單元、儲存單元和自動化單元結(jié)合，實現(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)的自動化單元和左后側(cè)的砂輪庫實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

德國保寧瓊格磨床可以配備砂輪庫和自動化單元

　　隨著航空發(fā)動機(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的局限性，降低燒傷風(fēng)險且不降低生產(chǎn)效率，還有減少熱應(yīng)力和降低砂輪消耗的優(yōu)點。PROFIMAT XT磨床和PROKOS磨床可實現(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)移動速度。同時快速帶走熱量降低燒傷風(fēng)險并提升效率。

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，推動航空發(fā)動機(jī)葉片磨削工藝不斷向前發(fā)展。

（來源：United Grinding 優(yōu)耐特磨削機(jī)械）

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