大家都知道航空發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的葉片部件，對(duì)加工精度和精度一致性要求很高，而磨床設(shè)備作為機(jī)械部件精密加工的重要手段，對(duì)航空發(fā)動(dòng)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(diǎn)呢？
對(duì)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(diǎn)與挑戰(zhàn)
航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加之精度和質(zhì)量要求很高，給磨削加工帶來了不小的挑戰(zhàn)。
磨削難點(diǎn)
航空發(fā)動(dòng)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很高；
裝配精度要求很高，為避免在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)和共振，磨削設(shè)備必須具備很高的加工一致性；
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(dòng)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很高，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)仍能保證穩(wěn)定性，同一級(jí)葉片的葉尖高度幾乎一致。
同一臺(tái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)需要裝備的部件多樣，要求磨削設(shè)備具有很高的生產(chǎn)柔性；
葉片價(jià)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(jiǎn)便，以降低成本和提高效率；
磨削設(shè)備能夠自由連接自動(dòng)化單元和其他設(shè)備，實(shí)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(dòng)機(jī)葉片常用磨削方式
01 三軸平面緩進(jìn)給磨床配合不同夾緊工裝
如圖所示:德國(guó)保寧瓊格PROFIMAT XT 408型平面成型磨床，工作臺(tái)尺寸400x800mm，主軸功率62千瓦。
02 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(shí)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(tái)，型號(hào)為NC 1.02 and NC 0.02。采用砂輪尺寸，最大直徑300mm，最大寬度60mm。
03 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(tái)
這三種常用磨削方式各有利弊，為更好滿足航空發(fā)動(dòng)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(shí)踐:經(jīng)過優(yōu)化的磨削工藝方案
1 瑞士美蓋勒的
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(dú)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，保證了精度等級(jí)。
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(dòng)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(zhǎng)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(gè)此系統(tǒng)。
2 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(dòng)機(jī)葉片裝配精度要求很高，要求同一批次葉片磨削精度一致性很高。瑞士美蓋勒和德國(guó)保寧瓊格將頂置式修整系統(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(shí)間。當(dāng)工件一致性要求不高時(shí)，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(tái)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(shí)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。
3 為了提高磨削中心的加工柔性，
配備自動(dòng)砂輪更換裝置
精密加工航發(fā)葉片不同表面時(shí)，需要采用不同的砂輪，甚至選配其它工具，例如銑刀、鉆頭、測(cè)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(dòng)砂輪更換裝置。
MFP 50及MFP 30都有24位盤式自動(dòng)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(shí)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(cè)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(jiǎn)單易行，大大降低生產(chǎn)換型時(shí)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(shí)別系統(tǒng)
68位砂輪更換裝置可以很大程度提高生產(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(shí)輸入程序命令即可。MFP 51還采用工具識(shí)別系統(tǒng)，內(nèi)置于HSK刀柄的RFID模塊可儲(chǔ)存刀具信息，符合ISO 15693標(biāo)準(zhǔn)。
4 經(jīng)過優(yōu)化的冷卻液系統(tǒng)，
保證很好的磨削質(zhì)量
冷卻效果對(duì)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(guó)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(dòng)的冷卻液噴嘴，可根據(jù)砂輪直徑變化在兩個(gè)方向移動(dòng)，以保持最佳相對(duì)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(shí)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(xiǎn)。
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。
5 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(guó)保寧瓊格依據(jù)多年航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片磨削經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)開發(fā)專門用于透平葉片的磨削程序。操作界面簡(jiǎn)潔易懂，無需專業(yè)NC知識(shí)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(shí)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。
6 聯(lián)合磨削集團(tuán)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(jì)符合人體工程學(xué)，操作簡(jiǎn)便。帶有預(yù)設(shè)功能，簡(jiǎn)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(huì)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(dú)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(cè)量并監(jiān)控冷卻液重要參數(shù)，設(shè)定極限報(bào)警值，以及監(jiān)控記錄機(jī)床各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載情況。
跟蹤磨削主軸的負(fù)載值，追溯每一個(gè)獨(dú)立的磨削過程
測(cè)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(gè)驅(qū)動(dòng)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。
7 為了降低生產(chǎn)成本，
實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)化生產(chǎn)單元。瑞士美蓋勒和德國(guó)保寧瓊格開發(fā)出各自的自動(dòng)化單元方案。
美蓋勒已多次與不同自動(dòng)化供應(yīng)商合作，為客戶提供高效合理的自動(dòng)化生產(chǎn)單元，將磨削中心、測(cè)量、清洗單元、儲(chǔ)存單元和自動(dòng)化單元結(jié)合，實(shí)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(guó)保寧瓊格也可以通過在航發(fā)葉片磨床右側(cè)的自動(dòng)化單元和左后側(cè)的砂輪庫(kù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。
德國(guó)保寧瓊格磨床可以配備砂輪庫(kù)和自動(dòng)化單元
隨著航空發(fā)動(dòng)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(guó)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(guó)保寧瓊格最新獨(dú)立開發(fā)的高速往復(fù)磨削工藝，就是由簡(jiǎn)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(shí)的局限性，降低燒傷風(fēng)險(xiǎn)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(diǎn)。PROFIMAT XT磨床和PROKOS磨床可實(shí)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(dòng)速度。同時(shí)快速帶走熱量降低燒傷風(fēng)險(xiǎn)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)前世界將陶瓷葉片磨削應(yīng)用到實(shí)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(dòng)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(dòng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片磨削工藝不斷向前發(fā)展。
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