3D掃描可大幅提高（gāo）葉盤銑削過程的精度和（hé）效率
2021-6-16 來源：雷尼（ní）紹 作者：-
Technopark Aviation Technology公（gōng）司位於俄羅斯烏法，是（shì）一（yī）家教育、科研和（hé）工程服務提供商。它與俄羅斯規模最大（dà）的燃氣渦（wō）輪發動機提（tí）供商合作密切，後者設計和製造高性能燃氣渦輪發動機，服務於固定翼和旋轉翼飛機行業以及天然氣和石油生產領域。
Technopark的一位客戶希望提高葉盤銑削過程（chéng）的（de）精度和效（xiào）率。燃氣渦輪發動機的葉盤具有複雜的（de）高曲率表麵，因此製（zhì）造過程非常具有挑戰性。
為了（le）攻克這項難題，Technopark采用了搭載SPRINT™技術的雷（léi）尼紹OSP60機內3D掃描測頭和Productivity+™掃描軟件包（bāo）。
背景
在由壓縮機、燃（rán）燒（shāo）器和渦輪組成的精密機械組件中，葉盤在減少阻力、優化發動機內的氣流（liú）及其產生的推力方麵發揮著重要作用。
葉盤在20世（shì）紀八十年代中期推出，是一個由轉子輪盤和多個彎曲（qǔ）葉片組成的單一（yī）組件。由於葉盤不需（xū）要將每個葉片連接到裸露的輪盤上，因此有效改進了渦輪設計，大大減少了零件數量，並提高了可靠性和發動機效率。
葉盤由非（fēi）常堅硬（yìng）的高價值金屬（通常是鈦或鎳基合金）製成。迄今為止，銑（xǐ）削是葉盤（pán）製造過程中最重要的加工工藝，而（ér）且由於葉盤具有高曲率表麵，因此需要使用多軸數控機床和先進的軟件進行加工。
葉盤銑削通常先（xiān）通（tōng）過粗銑和半精（jīng）銑加工製成（chéng）近終成形工件，然後（hòu）再通過（guò）精銑製成最終的高精度葉片和轉子表麵。
挑戰
葉盤具有高度複雜性和嚴苛的製造精度要求，這意味著其各式葉盤的精銑過程是（shì）一個勞動（dòng）密（mì）集型且成本日益增加的工藝。
盡管使用觸發式測頭可進行機內葉盤測量，但在銑削後需要將（jiāng）每個工件從數控機床上（shàng）取下進（jìn）行離線測（cè）量和檢測，然後（hòu）再重新裝回機（jī）床上進行後續加工。這個過程需要重複多次，而且容易（yì）受到人為誤差的影響。
據該公司推斷，機外檢測和銑削過程（chéng）約占葉盤生產（chǎn）總人力成本的（de）30％至60％。此（cǐ）外，葉片尺（chǐ）寸偏差（在前緣和後緣加工之後）的統計分（fèn）析結果證明存在誤差。
結果顯示，葉片橫截麵的偏差為：殘（cán）留餘量波（bō）動±0.064 mm，實際輪廓偏差0.082 mm。縱（zòng）截（jié）麵的偏差與橫截麵（miàn）相似（sì）：殘留餘量波動±0.082 mm，實際輪廓偏差0.111 mm。
導致邊緣加工過程中產生偏差（chà）的主要原因可歸結為：加工過程中機床的五軸（zhóu）運動誤差；葉（yè）片在切削過程中由於其剛性低而（ér）發生彈性變形；以及刀具在金屬切削過（guò）程中發生彈（dàn）性變形。”
“這個過程需（xū）要大量的人工幹預，但是由於人為誤差不可避免，會導（dǎo）致廢品率增加。我們迫（pò）切需要開（kāi）發（fā）一種全新的（de）解決（jué）方案，以（yǐ）提高葉盤（pán）銑削速度（dù）和精度。”
開發用於葉盤銑削的CNC加工過程包括以下要求（qiú）：
• 使用（yòng）參數化控製程序進行半精銑（xǐ）加工
• 機內工件檢測
• 根據檢測結果修正參數化控製程序
• 使用修正（zhèng）後的參數化控製程序對工件進行精銑（xǐ）
解決方案
Technopark被指定負責開發和部署所需（xū）的製（zhì）程控製（zhì）技術。Technopark的副博士、創新部負責人Semen Starovoytov說：“我們已經與雷尼紹合作多年，我們在各式機床上（shàng）配備雷（léi）尼紹（shào）觸發式測頭來達到完美的測量（liàng）精度。”
“對於此項目來說，很顯然需要基於掃描（miáo）測頭開發軟件，因此我們決定向雷尼紹尋求合作。雷尼紹用於機床的SPRINT 3D掃描測（cè）量技（jì）術滿足了我們的所有技（jì）術要求。”
結果（guǒ）
引入Productivity+軟件（jiàn）和OSP60測頭之後（hòu），葉（yè）盤製造過程的加（jiā）工精度、速度和人力成本發生了顯著改變。
通（tōng）過在機床上對葉盤進行高速3D掃描和測量，大幅節省了生產時間，從而顯著提高了數（shù）控機床的生產效率。
在葉盤銑削精度方麵，加工後的葉盤橫截麵和縱截麵偏差均有顯著改進：從原來的0.082 mm和0.111 mm提高到現在的（de）1 µm和28 µm。
在機（jī）床人員配備方麵，Starovoytov說：“製程控製模式的執行能夠基於OSP60測（cè）頭（tóu）提供的3D葉片掃描數據，自動調整（zhěng）CNC控製程序。這（zhè）意味著工程師不再需（xū）要始終（zhōng）監控機床運轉。”
他總（zǒng）結說：“將SPRINT 3D掃（sǎo）描技術與Productivity+ CNC軟（ruǎn）件結合在一起，即使葉盤形狀發生（shēng）極細微的偏差也能夠實時識別出來，而使用觸發式係統卻無法檢測到這些偏差。”
“這項投資（zī）帶來的回（huí）報遠遠超出了我們的預期。葉盤（pán）的精銑精度提高了三倍以上，而且相關的人力成（chéng）本（běn）降低了一（yī）半。”
SPRINT™技術（shù）
OSP60機內3D掃描測（cè）頭搭載雷尼紹（shào）獨特的SPRINT技術。
測尖（測球）可沿葉盤表麵進（jìn）行精確測（cè）量移動，測頭能夠精（jīng）確記錄高分辨率測針偏折數據，獲（huò）取超靈（líng）敏測尖在X、Y和（hé）Z軸上的亞微米級運動數據。
OSP60測頭（tóu）采用（yòng）高速（sù）、抗噪的光學傳（chuán）輸連接，每秒可將1000個XYZ測尖中心數據點傳輸到OMM-S接收器。然後，使用高級算法處理測頭偏折數據與機床（chuáng）位置編（biān）碼器數（shù）據，以生成精確的葉盤表麵數據，最後再利用這些（xiē）數據精確計算特征位置（zhì）、大小和形狀。
Productivity+™技術
使用Productivity+ CNC plug-in軟（ruǎn）件可實現高達15,000 mm/min的掃描速（sù）度（dù），機內測量速度有時甚至可以比傳統觸發式係統快5倍。在機床上掃描葉盤，則（zé）無需（xū）在加工過程中取下工件。
該軟件可在屏幕上實時顯示高精度測量結果（guǒ），並利用這（zhè）些數據自動調整機（jī）床設置，以便進行後續的精銑過程。還可將測量（liàng）報告導出（chū）到文件中（zhōng）進行分析或用（yòng）於執行質保。
使用現有的機外圖形編程工具可基於實體模型幾（jǐ）何特征快速、輕（qīng）鬆地生成葉盤（pán）檢測程序，同時可通過Productivity+交（jiāo）互式（shì）前端平台簡單易懂的圖（tú）形屏幕來編輯和模擬測頭檢測程序，用戶無需直接應對複雜的NC代碼。
詳情請訪問www.renishaw.com.cn/ umpo
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如果您有機床行業、企業相關新（xīn）聞稿件（jiàn）發表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網（wǎng）編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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