Полностью автоматизированная комплексная обработка деталей турбин и специальных валов – компания NILES-SIMMONS внедрила новый процесс «ВЫРАВНИВАНИЕ ОСИ ВРАЩЕНИЯ» для автоматического определения оптимальной оси вращения вала в процессе обработки
Д‑р.-Инж. Мориц Халле, Дипд. – Инж. Томас Вешлер, NILES-SIMMONS Industrieanlagen GmbH
Область применения
Применяется в высокотехнологичных, инновационных и довольно требовательных отраслях, таких как аэрокосмическая, оборонная промышленность и энергетический сектор. Так как требования к производству сложных компонентов и обработке высокопрочных материалов постоянно растут, уменьшение ошибок в производственных процессах для очень сложных и дорогостоящих изделий становится все более важным аспектом с точки зрения себестоимости и достижения необходимой точности деталей.
Для выполнения данных требований, компания NILES-SIMMONS разработала новый, полностью автоматизированный и запатентованный процесс обработки и измерения «ВЫРАВНИВАНИЕ ОСИ ВРАЩЕНИЯ» специально для обработки валов турбин. Этот процесс позволяет выполнять комплексную обработку сложных заготовок в форме вала с глубоким отверстием, включая все измерения, без ручного участия оператора.
Изображение 1 – Комплексная обработка вала турбины без участия оператора
Целью процесса обработки является минимизация отклонений внешнего контура детали от внутреннего для достижения равномерной толщины стенки вала вдоль оси вращения. Этот процесс применим ко всем электропроводящим материалам, таким как стали, суперсплавы и сплавы на основе никеля, таким как Inconel 718. Помимо обработки валов турбин, он также применим к другим деталям с глубоким отверстием до двух метров в длину.
Конфигурация станка
Данный процесс выполняется на обрабатывающем центре NILES-SIMMONS N30MC с межцентровым расстоянием 4500 мм и диаметром вращения 780 мм; станок был специально скомплектован для этой операции. Конфигурация станка включает в себя главный шпиндель, токарно-фрезерную голову, опускаемую заднюю бабку, две направляющих с одним люнетом и демпфирующим устройством, а также суппорт для борштанги.
Изображение 2 – Процесс «ВЫРАВНИВАНИЕ ОСИ ВРАЩЕНИЯ» на обрабатывающем центре NILES-SIMMONS N30MC
Кроме того, имеются независимые инструментальные магазины как для суппорта борштанги, так и для токарно-фрезерного суппорта. Магазин, расположенный со стороны главного шпинделя, вмещает в себя 144 инструмента. Для суппорта борштанги доступно до 16 позиций в дополнительном магазине со стороны задней бабки. Можно использовать расточные оправки длиной до 2х метров, приводные расточные оправки, с управляемой режущей кромкой, измерительные насадки или картридж с функцией привода и зажимного патрона.
Данная конфигурация, с использованием опускающейся задней бабки, позволяет обрабатывать все типы валов турбин различной длины, доступные в настоящее время на рынке, на одном станке. Даже особенно длинные детали можно легко обрабатывать, благодаря этой опции, без необходимости использования станка с большей рабочей зоной.
Кроме того, на станке можно выполнять все необходимые виды операций, такие как точение, фрезерование, сверление, зубофрезерование, нарезание резьбы осевым инструментом, резьбофрезерование, точение резьбы, развертывание, чистовое растачивание, обработка сложных внутренних контуров, зуботочение, 5‑ти осевое фрезерование и сверление глубоких отверстий до 2000 мм. Станок оснащен измерительным щупом и оптическим измерением инструментов, а также автоматическим измерением заготовки. При этом точность токарной и фрезерной обработки составляет менее 5 мкм. Благодаря интеграции всех необходимых технологий в одном станке, автоматизированной оснастке и использованию сложных измерительных технологий, полный цикл обработки осуществляется без участия оператора.
Изображение 3 – Внутренняя обработка с помощью борштанги с управляемой режущей кромкой
Для достижения повышенной температурной стабильности и обеспечения требуемой заказчиком точности, несмотря на колебания температуры, мы используем специальную бетонную станину с жидкостным охлаждением. Для снижения вибрации станок оснащен оптимизированной геометрией суппортов, гидравлическим зажатием заготовок (задняя бабка и люнет), роликовые направляющие с размерами 45/55 мм.
Чтобы обеспечить понятное и простое управление станком, мы используем панель оператора Siemens OP19 с дополнительным сенсорным экраном для контроля процесса.
Запатентованный процесс измерения
Ключевым элементом этого инновационного процесса является измерение оси вращения вала. Этот процесс был разработан и запатентован компанией NILES-SIMMONS и основан на применении принципа измерения вихревых токов, который определяет расстояние между датчиком вихревых токов и деталью.
Изображение 4 – Вихретоковый датчик для определения оси вращения детали
Данный метод относится к принципам бесконтактного индуктивного измерения, которые также позволяют проводить измерения через непроводящие материалы, не оказывая никакого влияния на результат. Таким образом, метод идеально подходит для использования в суровых промышленных условиях. Пыль, грязь и масло не влияют на измерения. Колебания температуры корректируются эффективной температурной компенсацией.
Благодаря полностью автоматизированной регистрации показаний измерения, процесс может выполняться без участия оператора – от первого зажатия детали до зажатия в новом центре.
Здесь используется специальный вихретоковый датчик, включающий блок оценки от µEpsilon, который калибруется с учетом свойств конкретной детали. Этот датчик покрывает диапазон измерения до 9 мм с разрешением менее одного микрометра.
Применяемый датчик устанавливается на конце углеродного наконечника длиной 2000 мм, который интегрирован в сменную модульную измерительную кассету. Таким образом, датчик позиционируется и перемещается по осям станка блока борштанги внутри заготовки, предварительно просверленной. После того, как датчик установлен, расстояния между датчиком и деталью можно точно измерить под любым углом, вращая заготовку.
Изображение 5 – Измерительная оправка из углерода в процессе «ВЫРАВНИВАНИЯ ОСИ ВРАЩЕНИЯ»
Центральная точка требуемого диаметра рассчитывается на основе измеренных данных. С помощью этого метода можно определить любое количество точек вдоль продольной оси заготовки, по длине отверстия. Ось вращения рассчитывается по центральным точкам. Эта ось является базой для обработки новых посадочных мест под зажатие детали.
Таким образом, данный процесс, сводит к минимуму отклонение внешней контурной линии от внутренней, тем самым обеспечивая равномерную толщину стенки вала вдоль его оси.
Преимущества и ценность процесса
Основным преимуществом «ВЫРАВНИВАНИЯ ОСИ ВРАЩЕНИЯ» является полностью автоматизированный процесс измерения, выравнивание и обработка глубоких отверстий, без вмешательства оператора.
Все этапы, необходимые для процесса, выполняются полностью в автоматическом запрограммированном режиме. Исключаются ошибочные ручные операции и ручные измерения, которые были необходимы в стандартных технологиях. Что позволяет свести к минимуму бракованные детали и значительно улучшить качество. Неподходящие черновые заготовки выявляются и отклоняются сразу в начале процесса.
Интеграция всех технологий и измерительных процессов на одном станке позволяет сократить время цикла, а также процессы логистики и погрузочно-разгрузочных работ.
Данный метод измерения невосприимчив к воздействиям окружающей среды и колебаниям температуры, и может гибко использоваться для широкого спектра материалов. Благодаря модульной конструкции станков NILES на одном станке можно обрабатывать различные типы деталей и проводить измерения в процессе обработки. Что создает максимальную гибкость для заказчика.
Этот процесс уже успешно интегрирован в производство валов турбин на мировом рынке.
СКАЧАТЬ
Whitepaper als PDF downloaden
Контакт
ОТДЕЛ ПРОДАЖ
NILES-SIMMONS Industrieanlagen GmbH
Tel.: +49 371 – 802 333
Mail: sales.nsi@nshgroup.com