大型零件的高精度加工 - 文章

大型零件的高精度加工

作者：Peter Springfeld 来源：德国Werkstatt + Betrieb 杂志

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在加工船用发动机时，大型零件制造专家GMW公司非常信任来自Chemnitz Union 公司的机床。 GMW公司非常关注加工精度、可用性以及服务质量。

来自Burg地区的特种服务提供商GMW公司总经理Erich Brinkmann先生以及该公司的创始人Sohn Norbert先生强调说：“我们主要关注的是零部件的加工质量和精确的控制。这也是发包方非常关注的一点。”GMW公司的主要业务领域放在航空航天工业、风力发电机、发电站、刀具、夹具、机床以及特种设备制造业的大型零件加工方面。

走向“联合”之路

Erich Brinkmann先生说：“我们的第一个客户来自汽车工业，随后我们与汽轮机行业建立起良好的合作关系。目前我们已经深入到大型设备加工领域。”该公司最著名的项目是承接了阿丽亚娜-5型运载火箭的零部件加工任务。此外，该公司还能够加工槽罐相关的零部件。他们甚至为空中客车A380机型加工高度机翼。Brinkmann先生说：“我们的日常业务主要集中于重型设备制造领域当中零部件的精密加工。通常情况下，我们以大型零件或者焊接结构的方式获得这些零件。”

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Union公司的数控卧式镗床PCR 150、纵向进给的抓取站、转向/转换平台。

在进行船用柴油发动机加工时Brinkmann先生接触了来自Chemnitz Union公司的机床。在船用柴油发动机领域，GMW公司承接了曲轴箱的整套加工业务。其中包含了直列和V型发动机，功率范围从7000千瓦到50000千瓦。GMW公司对外购的大型零件完全采用机械加工，配合密封性检查，在交货时提交检查报告。

Brinkmann先生说：“不久前我们需要向Union公司订购一台大功率机床，供货期很短。Union公司给予了极大地帮助，机床很快就生产出来，装配完成后立即调试，并迅速投入批量生产。”

GMW公司拥有一套4班制生产组织，一年360天按22小时工作制进行生产。对于机床制造商来说，可靠性、机床开动率以及服务质量至关重要。Brinkmann先生说：“Union公司在这些方面的表现可圈可点。有一次我们误将主轴摆放在台面上，造成主轴完全报废。24小时之内Union公司就重新提供了一根全新的主轴供我们调换使用，使得我们的机床在极短的时间内重新投入使用。这一点给我们留下了非常深刻的印象。”这样的操作进一步拓展了Union公司的服务思路，也使该公司的模块化系统变得更加物有所值。Union公司正不断地开发模块化系统。GMW公司每一次下订单都会从良好的服务中受益匪浅。因此在2008年年底，GMW公司为其新落成的船用发动机大型零件加工车间添置了2台Union公司的卧式镗床PCR 160plus。

Union公司的销售总经理Thomas Ulrich说：“我们之所以能够如此迅捷地帮助GMW公司，主要是由于我们的机床采用了模块化结构。也就是说，我们可以从尚在装配中的半成品机床上临时借用某一模块。我们具有很高的灵活性，可以迅速做出决策，看不到一点官僚主义色彩。”

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图2：一台船用V型柴油发动机缸体的毛坯件

在生产船用柴油发动机的曲轴箱时，除曲轴轴承表面和2根凸轮轴外，所有待加工的表面、孔径以及螺纹（图3）均由Union公司的机床完成加工。也就是说，一台发动机缸体加工任务中的80%都可以由Union公司的机床完成。GMW公司2005年12月份还购进了Union公司的数控卧式镗床PCR 150（题图）。除了发动机缸体之外，GMW公司拥有的Union公司机床还用于加工诸如轮毂和机架等风力发电机零件。

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图3：Union公司的数控卧式镗床PCR 150可以解决曲轴箱上80%的平面加工量

卧式镗床可以确保曲轴箱的精度

加工曲轴箱的第一步是在测量机上划线。划线完毕且装夹成功的铸件就可以开始第一次粗加工。为了降低粗加工时产生的应力，中途需要松开工件，等待一段时间后再重新装夹。接下来的粗加工步骤中需要对所属的孔径进行加工。第三个步骤中需将工件加工至0.5毫米余量，并完成其他表面的加工。随后开始螺纹加工。在抛光步骤之前还需要再次松开工件。当工件装配到位、装夹完成时才可以开始精加工。大多数情况下需要将挡块撑开，以避免侧向滑动。

Brinkmann先生说：“一般来说，我们能够以较高的精度铣削7到8个平面。精度方面我们能够达到IT5，部分甚至能够达到IT4。在14米长度范围内，我们能够确保0.02毫米平面度和平行度。”

Union公司区域销售经理Rainer Schillbach先生说：“GMW公司于2005年订购了一台Union公司的PCR 150卧式镗铣加工中心，带有西门子840D控制系统。该机床配备了自动换刀系统，一根1000毫米的可伸缩钢梁用于配合重型切削使用。主轴箱可沿着6000毫米长的X轴运动，同时承载着机床操作工的舱室、4000毫米长的Y轴（主轴可沿着Y轴上的钢梁纵向移动）、以及刀库、自动换刀机构。”

曲轴箱装夹在转动/转换平台上，工件的最大重量可达60000公斤（图4）。Schillbach先生说：“我们还能够按需提供更大的承载能力。”转动/转换平台可允许1次装夹情况下对4个平面进行加工。如需对第5个平面进行加工可以使用2个立式铣刀头。铣刀头存放在可沿机床X轴平行纵向进给的抓取站中。这样铣刀头可实现自动更换。也就是说，机床的X轴无需额外延长就可以实现铣刀头的自动更换。如果装夹好的工件与自动铣刀头发生干涉，那么工件可以沿着转动/转换平台上1500毫米长的V轴移动，离开干涉区域。

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图4：在转动/转换工作台上装夹完毕的曲轴箱

抓取站上还配备了额外的工艺装置：2个数控螺旋松开头、1个自动调整的立式铣刀头以及一个自动调整的专用铣刀头。

为了加工发动机缸体可以使用预调好的刀具与链式刀库伴随运行，可将自动换刀系统送至主轴处。标准的链式刀库可容纳80把刀具。

高精度加工的基础

Ulrich先生强调说：“为了确保加工的高精度，我们制订了有效的战略和技术前提条件。机床开发采用3维设计，根据有限元方法来进行稳定性评价。除了额外的载荷分析，我们还对振动现象进行了调查，以挖掘潜在的机床优化方向。我们不断根据与客户达成一致的功率参数生产机床。因此在谈判阶段我们就可以开始机床设计工作。”经验交流非常有效：GMW公司和Union公司服务人员之间的合作堪称典范。他们合作良好，无私贡献出他们的宝贵经验。

Ulrich先生就Union公司的“服务小组”着重指出：“我们仔细倾听生产实际的需要。我们在现场可以发现机床上所有有待于优化的潜力点，而且可以马上修改设计，付诸实施。在这种小组内的讨论可以拓展思路，为我们机床制造提供其他的帮助。”这也是可以显著影响制造精度的因素之一。

首先，粘滑效应能够为促进制造精度。Schillbach先生介绍说：“我们在所有线性主轴上均配备了现代化的轴承和导轨。还采取了一系列的措施来对主轴的下垂进行补偿，比如长度达1000毫米的伸缩式横梁上摆放着700毫米长的工作主轴，可以最大限度地保证与机床平面的平行度。这种设计特别适用于装夹立式和通用可旋转的铣刀头、2轴数控铣刀单元、数控Plan支架以及特殊刀具，以适应多面和轮廓加工。”

此外，立式铣刀头的几何精度至少每3个月要复检一次。GMW公司还利用松开、夹紧过程来对机床进行维护和测量，以保证加工的精度和安全。现代化的测量系统可以在交货前将所有重要的精度参数加以记录。

将已完成精加工的发动机缸体固定在液压底座上进行曲轴和凸轮轴的精度分析时需要进行微调，以保证所有位置上承受相同的重量。利用快速激光测量仪可以对Flucht精度进行测量和记录（图5）。Brinkmann先生说：“我们利用激光束进行测量。利用这种现代化的精密测量仪器可以保证我们产品的高质量。”

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图5: 利用快速激光测量仪对Flucht精度进行测量和记录

作者简介
硕士工程师Peter Springfeld是来自柏林的专栏作家
邮件地址：pspringfeld.red@t-online.de

用户信息
GMW精密两合有限公司
39288 Burg
电话：03921 726911
传真：03921 726930
网址：www.gmw-burg.de

制造商信息
Union机床有限公司
09116 Chemnitz
电话：0371 87410
传真：0371 8741382
网址：www.union-machines.com(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (12/12/2009)


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