3D掃描可大幅提（tí）高葉盤銑削過程的精度和效率（lǜ）
2021-6-16 來源：雷尼紹 作者：-
Technopark Aviation Technology公司位（wèi）於俄羅斯烏法，是一家教育、科研和工程服務（wù）提供商。它與俄羅斯（sī）規模最大的燃氣渦輪發動機提供商合作密切，後者設計和製造高性能燃氣渦輪發動機，服務於固（gù）定翼和旋轉翼飛機行（háng）業以及天然氣和石（shí）油生產領（lǐng）域。
Technopark的（de）一位客戶希望提高葉盤銑削過程的精度和效率（lǜ）。燃氣渦輪發動機的（de）葉（yè）盤具（jù）有複雜的高曲率表麵，因此製造過程非常（cháng）具有挑戰性。
為了攻克這項（xiàng）難題，Technopark采用了搭載（zǎi）SPRINT™技術的雷尼紹OSP60機內3D掃描測頭和Productivity+™掃描（miáo）軟件包。
背景
在（zài）由（yóu）壓縮機、燃燒器和渦輪組成的精密機械組件中，葉盤在（zài）減少阻（zǔ）力、優化發動機內（nèi）的氣流及其產生的推力方麵發（fā）揮（huī）著重要作用。
葉盤在20世（shì）紀八十年代中期（qī）推出，是一個由轉子輪盤和多個彎曲葉片組成（chéng）的單（dān）一組件（jiàn）。由於葉盤不需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（shè）計，大大（dà）減少了（le）零件數量，並（bìng）提高了（le）可靠性和發（fā）動機效率。
葉盤由非常堅硬的高價值金（jīn）屬（通常是鈦或鎳基合金）製（zhì）成。迄今為止，銑（xǐ）削是葉盤製造過程中最（zuì）重要的加工（gōng）工（gōng）藝，而且由於葉盤（pán）具有高曲率表麵，因此（cǐ）需要使用多軸數控機床和先進的軟件（jiàn）進行加工。
葉盤銑削通常（cháng）先通過粗銑和半精銑（xǐ）加工製成近終成形工件，然後再通過精銑製成最終的高（gāo）精度（dù）葉片和轉子（zǐ）表麵（miàn）。
挑戰
葉盤具有高度複雜性和嚴苛的製造精度要求（qiú），這意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（zēng）加的工藝。
盡（jìn）管使用觸發式測頭可進行機內（nèi）葉盤測量，但在銑（xǐ）削（xuē）後需要將每個工件從數控機床上（shàng）取下進行離線測量和檢測，然後再重（chóng）新裝回機床上進行後續加工。這個過程需（xū）要重複多次，而且（qiě）容易受到（dào）人（rén）為誤差的影響。
據該公司推斷，機外檢測和（hé）銑削過程約占葉盤生產總人力成本的30％至60％。此外，葉片尺寸偏差（在前緣和後緣加（jiā）工（gōng）之後）的統（tǒng）計分析結果證明存在誤差。
結果顯示，葉片橫截（jié）麵的偏差為：殘留餘量波動±0.064 mm，實際輪（lún）廓偏差0.082 mm。縱截麵的偏差與（yǔ）橫截麵相似：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（chéng）中產生偏差的主要原因可（kě）歸結（jié）為：加工過程中機床的五（wǔ）軸運動誤差（chà）；葉片在切削過程中由於其剛性低而發生彈性變形；以及刀具在金屬切削（xuē）過程中發（fā）生彈性變形。”
“這個（gè）過程需要大量的人工幹預，但（dàn）是由於人為誤差不可避免，會導致廢品率（lǜ）增加。我們迫切需（xū）要開發一種全新的解（jiě）決方案，以提高葉盤銑削速度和精度。”
開發用於葉盤銑削的CNC加工過程包括以下要求：
• 使用參數化（huà）控製程序進行（háng）半（bàn）精銑加工
• 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（suǒ）需的製程控（kòng）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，我們在各式機床上配備雷尼紹觸發式（shì）測頭來達到完美的測量精度。”
“對於此項目來說，很顯然（rán）需要基於掃描測頭開發軟件，因此我們決定向雷尼紹尋求合（hé）作。雷（léi）尼（ní）紹用於機床的SPRINT 3D掃描測量技術滿足了我們的所有（yǒu）技術要求。”
結果
引入Productivity+軟件和OSP60測頭之後，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。
通過在機床上對葉盤進行高速3D掃（sǎo）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（pán）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（dào）現在的1 µm和28 µm。
在機床人員配備方麵（miàn），Starovoytov說：“製程控製模式的執行能夠基於OSP60測頭提供的3D葉片掃（sǎo）描數據，自動調整CNC控製程序。這（zhè）意味著工程師不再需要始終監控機床運轉。”
他（tā）總結說：“將SPRINT 3D掃描技術與Productivity+ CNC軟件結合在一起，即使葉盤（pán）形狀發生極細微的偏差也能夠實時識別出來，而（ér）使用觸發式係（xì）統卻無法檢測到這些偏差。”
“這項投資帶來的回報遠遠（yuǎn）超出了我們的預期。葉盤的精銑精（jīng）度提高了三倍以上，而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（dā）載雷尼紹獨（dú）特的SPRINT技術（shù）。
測尖（測球）可沿葉盤表麵進行精確測量（liàng）移動（dòng），測頭能夠精確記錄高分辨率測針偏折（shé）數據，獲取超靈敏測尖（jiān）在X、Y和Z軸上的亞微（wēi）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（piān）折數據與機床位置編碼器數（shù）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，機內測量速度有時甚至可以（yǐ）比（bǐ）傳（chuán）統觸發式係（xì）統快5倍。在（zài）機床上掃描葉盤，則（zé）無需在加工過（guò）程（chéng）中取下工（gōng）件。
該軟件可在屏幕上實時顯示高（gāo）精度測量結果，並利用這些（xiē）數據自動調整機床（chuáng）設置，以便進行後續的精銑過程（chéng）。還可將測量報告導出到文件中進行分析或用於執行質（zhì）保。
使用現有的（de）機外圖形編程工具可（kě）基於實體模型幾何特征快速、輕鬆地生成（chéng）葉盤檢測（cè）程序，同時可通過Productivity+交互式前端平台簡單（dān）易（yì）懂的圖形（xíng）屏幕來編輯和模擬測頭檢測程序，用戶無需直接應對（duì）複雜的NC代碼（mǎ）。
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