具有实时反应功能的数控系统为难于加工的零件带来了新的突破。
目前，“适应性加工”这一术语应用的十分普遍。一般来说，“适应性加工”是指一种专门的加工技术，它可以根据条件的变化，自动地适应生产数据所需的加工。当每一批需要加工的零件，在几何形状都略有不同的情况下，一般会采用适应性加工技术。这些零件往往需要经过倒角加工或抛光操作，这类加工主要依赖于手工技术和灵巧的作业手法。
有一些系统具有非常好的适应性功能，实际上特别适合于上述零件的加工。也就是说，它们能够将一个工件调节较准到一个已知的数据位置上。真正的适应性加工技术可以根据特定的形状变化，解决不同工件的加工问题。这种技术采用一个扫描系统、专用软件，还包括一台服务器，与数控机床的控制系统集成在一起，执行工艺控制，自动地修改经过编程的刀具路径，以适应零件与零件之间不同的变化。
燃气轮机中使用的叶轮和叶片，其生产和返修工艺非常适合采用适应性加工技术。这是因为此类零件的形状比较复杂，因此加工时面临着一系列的挑战，往往需要采用5轴加工才能解决根本问题。也就是说，有些零件的返修作业，如螺旋桨的外形轮廓，在手工焊接返修以后，还需要重新加工。正是这个原因，燃气轮机工业成为英国TTL公司的主要研究对象。近20年来，该公司一直在设计和生产专用适应性加工系统，TTL公司是StarragHeckert公司的一个分公司。
图1 在返修涡轮机叶片时，采用适应性加工技术可以自动地修改经过编程的刀具路径，
使其能够适应零件与零件之间的几何形状变化
适应性加工实例
为了实现适应性加工技术的超凡功能，TTL公司采用5轴雕刻操作技术，演示了对生鸡蛋蛋壳表面的雕刻过程。如同叶片、叶轮和内燃机零件一样，它们都是构成现代燃气轮机的基础元件。
第一步，对蛋壳表面进行数字化处理。然后，将捕捉到的数据传输到计算机之中，通过计算机处理这些数据，按照鸡蛋的尺寸和外形制成一个模型，并生成特别适合于这个鸡蛋雕刻的加工刀具路径。加工用的5轴机床由以上产生的NC数控代码控制，不管鸡蛋表面如何变化，按照预先设定的约0.05mm的雕刻深度雕刻加工鸡蛋外壳。
在雕刻不同鸡蛋外壳过程中所面临的挑战，从技术上来说，与加工新的铸件或锻件，以及返修汽轮机零件时加工表面涂层或焊接裕量的情况差不多。如果能将工装夹具的设计，所采用的机床型号和机床的调试适当地结合在一起，就会获得良好的结果。例如，对于所返修的汽轮机元件而言，返修焊接材料与母材之间的加工精度可以高达+0.00mm/+0.02mm。
适应性加工技术也非常适合于叶轮的返修。叶轮的一体化设计代替了传统的叶片与转子组合的形式。近年来，叶轮的一体化设计被广泛应用于转子的设计，因为整体设计的叶轮比单一设计的叶片具有更大的优越性。叶轮的生产主要采用5轴加工，以达到所要求的加工周期、加工精度和表面质量。叶轮的加工生产比单一叶片的加工更为复杂，加工费用更高。因此，开发具有良好成本效益的返修加工方法将能引起人们极大的兴趣。然而，由于它们的几何形状复杂，因此，叶轮的返修工艺与生产加工新叶轮同样困难。
当叶轮受到外力损伤（如被飞鸟撞击）或因日常磨损而不能使用时，返修是非常必要的。叶轮的返修往往从螺旋桨顶端和前缘开始，或者通过电子束焊接，全面更换单一的叶片。不管是采用哪种返修方法，在叶片表面上增加的材料都必须按照叶片原先的轮廓重新加工。采用适应性加工，如弦面修复、叶片前缘外形加工、螺旋桨表面加工，以及材料的复原加工都可以自动执行。
此外，在不影响零件厚度和几何形状的情况下，要达到一定的混合加工精度是完全有可能的。这一点对于应力要求非常严格的涡轮机应用领域来说是非常重要的，因为叶片的厚度必须保持恒定不变。虽然采用手工作业可以生产出一个外形美观的零件，但元件的几何精度可能无法满足规格要求。
图2 在采用适应性加工技术返修叶片和叶轮时，首先需要的对零件进行扫描，
激光数字化处理技术为传统的接触式探针扫描法提供了一个新的替代方法，对扫描大型零件的表面非常有效
从扫描开始
在加工前，采用接触式探针扫描或激光扫描，可以让适应性加工解决元件的塑性形变和磨损问题。与接触式探针扫描法相比，激光扫描法的数据捕捉速度更快，可以大大降低扫描作业时间。当需要迅速而有效地扫描重建大型零件的表面时，如燃气轮机元件的返修，采用激光扫描法更为合适。TTL公司的LDS-100型扫描系统采用激光数字化处理头，安装于机床的主轴上，同时还安装了一个高速计算机接口卡。由这个装置采集的数据经捕捉后直接输入到服务器中的一个高速模拟-数字转换器上。数据点可以单独捕捉，也可以以100 000点/s的流动速度连续采集，如转换成数字化速度，相当于6m/min。
激光支持来自客户软件的常规数据转换、过滤和滤波。激光扫描可以处理±0.005mm的结果。
图3 在这个复原图例中，该接口界面可以让压缩机叶片外形上的压力面（凹面）和吸气面（凸面）进行非对称式外形修正
机床的必要条件
对于适应性加工应用领域而言，机床的CNC数控系统必须能够提供一种开放式的结构，允许控制系统与服务器之间的双向通信联系。这种通信不只是具有上传和下载功能。例如，适应性系统应该能够通过机床来确定繁杂的刀具状态，以及阅读机床的误差信息，并迅速做出反应。
在采用抛光和磨削介质进行适应性抛光加工时，双向通信联络也是非常必要的。要始终保持对实际砂轮尺寸的跟踪是十分重要的，因为砂轮的磨损和修整会导致砂轮尺寸的变化。这一点可以通过工艺过程中的激光测量达到，而激光测量由服务计算机与CNC数控系统之间接口的低水平通信联系控制。
由于现在的计算机功能越来越高，计算的速度越来越快，从而可以非常迅速地处理大量的数据。因此，适应性加工所需要的复杂计算实际上可以实时完成。此外，最新的CNC数控系统可以提供必要的高速处理速度，即使在较高的进给速度下，也可以处理复杂的5轴加工数据。
适应性软件视窗
适应性加工软件可以提供一系列的数字化和加工策略，以适应各种加工应用领域和各种机床配置。通过对机床上新元件的调试设定及输入所有相关的数字化和加工参数，帮助图表和编程向导可以指导用户使用操作。(end)
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