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突破透平叶片加工专机,大连科德迈出万里长征第一步
关键字: 透平叶片大连科德【文/“科工力量”作者 高航】
近日,由大连科德数控有限公司自主研发生产的KTurboM3000五轴联动卧式透平叶片加工专机圆满结束了在某军工单位的“试用期”,开始正式投入使用,进入“上岗作业”阶段。这标志着我国自主研发生产的首款透平叶片加工专机已经真正进入军工生产领域。
众所周知,以航空发动机、燃气轮机和蒸汽轮机为代表的透平式动力机械(Turbine Engines)被称为工业的心脏,制造业皇冠上的明珠,其加工制造难度非常大。而透平叶片(Turbine Blade)则由于形状复杂,尺寸多样,材料难切削,对表面质量要求极高,故而对加工制造工艺的要求则更加苛刻。于是大约从二战以后开始,一类专门从事透平叶片加工的特种设备开始出现,这就是透平叶片加工专机。
为了满足透平叶片加工的苛刻要求,透平叶片加工专机一般都要求同时具备大功率、大扭矩、高转速、高给进速度和高稳定、高精度的特性,而大功率、大扭矩、高转速和高给进速度的强力切削往往和高稳定、高精度的要求是背道而驰的,因此透平叶片加工专机对核心关键零器件的性能提出了极高的要求,并且必须采取一些特殊设计。
如此类设备一般都采用斜床身设计,目的是为了降低Y轴运动组件的重心,提高整机加工过程中的稳定性;又如为了满足大尺寸叶片的加工需求,此类设备都有两个可同步旋转的工件主轴,工件的根部和尖端分别通过两套夹具装夹在两根工件主轴上,以提供强力切削所需的大扭矩,提高加工效率。此外,为了能够高效加工形状复杂的叶片,此类设备的数控系统都嵌入了带有专用多轴联动和刀路规划算法的优化模块,这些算法也是相关厂家的核心机密。
由于透平叶片加工专机研发和生产的技术门槛极高,因此长期以来,该设备的研发和生产都被垄断在屈指可数的几个欧洲高端机床企业手里,如意大利的帕尔帕斯(Parpas),瑞士的斯达拉格(Starrag)和GF加工方案旗下的里希蒂(Liechti)等。
其中斯达拉格是这个领域绝对的霸主,其地位绝不亚于荷兰ASML在高端光刻机领域的地位,包括美国F-119、F-135、F-414和LeapX,英国EJ-200和湍达系列等先进航空发动机的核心和关键零部件的生产制造全部采用斯达拉格的透平叶片和整体叶盘(Blisk)加工专机;我国的两机专项也得到了斯达拉格方面的大力支持,其为我国专门定制的柔性制造系统(FMS)已经开始服务于我国先进航空发动机和先进燃气轮机的制造。
斯达拉格为我国定制的航发叶片柔性生产线
然而我国毕竟是一个航空航天大国,虽然永久中立国的设备不存在禁运问题,但是面对被昂贵的进口设备挤占的大量经费空间,拿出自己的同类设备已经成为了一个不可回避的要求。来自大连科德的KTurboM3000就迈出了打破欧洲垄断的第一步。
KTurboM3000加工演示
与某些披着国产外衣,实则核心和关键零器件和数控系统主要依赖进口的自主品牌设备不同,KTurboM3000的数控系统、伺服电机、力矩电机、电主轴电机、工作主轴和摆头等核心和关键软硬件模块均为科德自主研发,自主配套率达到了很高的水平。
在研发过程中,科德攻克了服务于大负载强力切削的动态高刚度设计、高性能伺服电机及其驱动技术、可抑制加工振动的双滚珠丝杠驱动方式、大扭矩高刚度高精度B轴驱动技术和专用数控系统等核心和关键技术,实现了我国在此领域零的突破。
该设备推出之后,首先在无锡透平等企业投入生产,而后进入某军工企业试用。试用的结果表明,该设备的性能完全满足军品加工需要,已被正式纳入该企业的产品生产线。KTurboM3000的主要性能参数如下:
可以看到,KTurboM3000可加工最大直径为700mm,最大长度为3000mm的工件;其刀具主轴(电主轴)最大功率达62kW,最大扭矩达204Nm,最高转速达10000r/min;最大平移给进速度为30m/min,两个旋转自由度上的最大摆动速度分别为200r/min和50r/min;X/Y/Z轴平移定位精度可达0.012/0.01/0.01mm,重复定位精度为0.009/0.008/0.008mm;而两个旋转自由度上的角度定位精度可达10″,重复定位精度可达8″。
对于一台动力如此充沛,给进如此迅速的设备来说,能达到这样的精度已经实属先进。而KTurboM3000实际使用的情况也不负众望,根据试用该设备的某军工单位的负责人介绍,在用它代替同一个工序的进口设备之后,产品的加工效率提高了一倍甚至更多。
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- 责任编辑:孙武
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