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【雷尼（ní）紹】3D掃描可大幅提高葉盤銑削過程的精度（dù）和效率

2021-6-16 來源：雷尼紹作者：-

Technopark Aviation Technology公司位於俄羅斯（sī）烏法，是一家教育、科研和工程服務提供商。它與俄羅斯規模最大的燃氣渦輪發動（dòng）機提供商合作密切，後者設計和製造高性能燃氣渦輪發動機，服務（wù）於固定翼和旋轉翼飛機行業以及天然氣和石油生產（chǎn）領域。

Technopark的一位客戶（hù）希望提高葉盤銑削（xuē）過程的（de）精度和效率。燃氣渦（wō）輪發動機的葉盤具有複雜的高（gāo）曲率表麵，因（yīn）此製造過程非常具有挑戰性。

為（wéi）了攻克這項難題，Technopark采用了搭載SPRINT™技術的雷尼紹OSP60機內3D掃描測頭和Productivity+™掃描軟件包。

背景

在由壓縮機、燃燒器和渦輪組成的精密機械組件中，葉盤在減少（shǎo）阻力（lì）、優化發（fā）動機內的（de）氣流及其產生的推力方麵發揮（huī）著（zhe）重要作用。

葉盤在20世紀八十年代（dài）中期推出，是一個由轉子輪盤和（hé）多（duō）個彎曲葉片組成的單一組件。由於（yú）葉盤不需要將每個葉片（piàn）連接（jiē）到裸露的輪盤（pán）上，因此有效改進了渦輪設計，大大減少（shǎo）了零件數（shù）量，並提高了可靠性和發動機效率。

葉盤由非常堅硬的（de）高（gāo）價值金屬（通常是鈦或鎳基合金）製成。迄今為止，銑（xǐ）削是葉盤製造過程中（zhōng）最重（chóng）要的加工（gōng）工藝，而且由於葉盤具有高曲率表麵，因此需要使用多軸數（shù）控（kòng）機床和先進的軟件（jiàn）進（jìn）行加工。

葉盤銑削通常先通（tōng）過粗（cū）銑和半精銑加工製成近終成形工件，然後再通過精銑（xǐ）製成最終的高精度葉片和（hé）轉子表麵（miàn）。

挑戰

葉盤具有高度複雜性和嚴苛的製造精度要求，這意（yì）味著其各式葉盤的精銑過程是一個勞動密集型且成本日益增加的（de）工藝。

盡管（guǎn）使用觸發式測頭可進行機內葉盤測量，但在銑（xǐ）削後需要將每個工件從數控機床上取下進（jìn）行離線測量和檢（jiǎn）測，然後再重新裝回機床上進行後續（xù）加工。這（zhè）個過程需要重複多次，而且容易受到人為誤差的影響。

據該（gāi）公司推斷，機外檢測和銑削過程約（yuē）占葉盤生產總（zǒng）人力成本的30％至（zhì）60％。此外，葉（yè）片尺寸偏（piān）差（在前（qián）緣和後緣（yuán）加工之後）的統計分（fèn）析結果證明存在誤差。

結果（guǒ）顯示，葉片橫（héng）截麵的（de）偏差為：殘留餘（yú）量波動±0.064 mm，實（shí）際輪廓偏（piān）差0.082 mm。縱截麵的偏差與橫截（jié）麵相似：殘留餘量波動±0.082 mm，實際輪廓偏差0.111 mm。

導（dǎo）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運動誤差；葉片在切削過程中由於其剛性低而發生（shēng）彈性變形；以及刀具在金屬切削過（guò）程中發生彈性變形。”

“這個過程需要大量（liàng）的人工幹預，但是由於人為（wéi）誤差不可避免，會導致廢（fèi）品率增加。我們迫切需要開（kāi）發一種全新的解（jiě）決方案，以（yǐ）提高葉盤銑削（xuē）速度和精度。”

開發用於葉盤銑削的CNC加工過程包括以下要求：

• 使用參（cān）數化控製程序進（jìn）行半精銑加工

• 機內工件檢測

• 根據檢測結果修（xiū）正參數化控製（zhì）程序

• 使用修正後的參數化控製程序對工件進行精銑

解決方案

Technopark被指定負責開發和部署所需的製程控製技術。Technopark的副博士、創新部負責人（rén）Semen Starovoytov說：“我們已（yǐ）經與雷尼紹合作（zuò）多年，我們在各式機（jī）床上（shàng）配備雷尼紹觸發式測頭來達到完美的測量精度。”

“對於此項目來說，很顯然需要基於掃描（miáo）測頭開（kāi）發軟件，因此（cǐ）我們決定向雷（léi）尼紹尋求合作。雷（léi）尼紹用於機床的SPRINT 3D掃描測量技術滿足了我們的所有技術要求。”

結果

引入Productivity+軟件和OSP60測頭之後（hòu），葉盤製造過程的加工精（jīng）度、速度和人力成本發生了顯著改變（biàn）。

通過在機（jī）床上對葉盤進行高（gāo）速3D掃描和測量，大幅節省了生產時間，從而（ér）顯著提高了數控機床（chuáng）的生產效率。

在葉盤銑削精度方麵，加工（gōng）後的葉盤橫截麵和縱截麵偏差均有顯著改進：從（cóng）原來的0.082 mm和0.111 mm提高到現在的（de）1 µm和28 µm。

在機床人員配備方（fāng）麵（miàn），Starovoytov說：“製程（chéng）控（kòng）製模式的執行能夠基於OSP60測頭提供的（de）3D葉（yè）片掃描數據，自動調整（zhěng）CNC控製程序。這意味著工程（chéng）師（shī）不再需要始（shǐ）終監控機床運轉。”

他總結說：“將SPRINT 3D掃描技（jì）術與Productivity+ CNC軟件結合在一起，即使葉盤形狀發生（shēng）極細微的偏差也能夠（gòu）實時識別出來，而使用觸發（fā）式係統卻無法檢測到這些偏差。”

“這項投資帶來的回報遠遠超出了我們的預期。葉盤的精銑精度提高了三倍（bèi）以上，而（ér）且相關的人力成本降低了一半。”

SPRINT™技術

OSP60機內3D掃描測頭搭載雷尼紹（shào）獨特的SPRINT技術。

測尖（測球）可沿（yán）葉盤表麵進行精確測量移動，測頭能夠精確記錄高分（fèn）辨率測針偏折數據，獲取超靈敏測尖在X、Y和Z軸上（shàng）的亞微米級運動數據。

OSP60測頭采用高速、抗噪的光學傳輸連接，每秒可將1000個XYZ測尖（jiān）中心（xīn）數據點傳輸到OMM-S接收（shōu）器。然後（hòu），使用高級算法（fǎ）處理測（cè）頭偏（piān）折（shé）數據與（yǔ）機床位置編碼器數據，以生成精確的葉盤表麵數據，最後再利用這些數據精確計算特征位置、大小和形狀。

Productivity+™技術

使用Productivity+ CNC plug-in軟件可實現高達15,000 mm/min的掃描速度，機內測量速度有時（shí）甚至可以比（bǐ）傳統觸發式係統快5倍。在（zài）機床上（shàng）掃描葉盤（pán），則無需在加工過程中取下工（gōng）件。

該軟件可在屏幕（mù）上實（shí）時顯示高精（jīng）度測量結果，並利用這些（xiē）數（shù）據自動調整機床設置，以便進行（háng）後續的精銑過程。還可將測量（liàng）報告導出到文件中進行分析或用於執行質保。

使用現（xiàn）有（yǒu）的（de）機外圖形編程工具可基於實體模型幾何特征快速、輕（qīng）鬆地生成葉盤檢測程序，同時可通過Productivity+交互式（shì）前端平台簡（jiǎn）單易懂的圖形屏幕來編輯和模擬測頭檢測程序，用戶無需直接應對複（fù）雜的NC代碼。

詳情請訪問www.renishaw.com.cn/ umpo

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