五軸加工機(jī)床在三元葉輪加工中的應(yīng)用

■江蘇金通靈流體機(jī)械科技股份有限公司 （南通 226000） 韓 棟

五軸加工機(jī)床在三元葉輪加工中的應(yīng)用

■江蘇金通靈流體機(jī)械科技股份有限公司 （南通 226000） 韓 棟

摘要：本文介紹了哈默C50U和斯特拉格STC1000五軸加工機(jī)床的各自特點(diǎn)，介紹了這兩種機(jī)床在三元葉輪加工中的應(yīng)用情況，并簡(jiǎn)略介紹了一些三元葉輪加工經(jīng)驗(yàn)。

1. 前言

三元葉輪是離心空氣壓縮機(jī)、單級(jí)高速鼓風(fēng)機(jī)、蒸汽壓縮機(jī)等設(shè)備的關(guān)鍵核心部件，通過(guò)旋轉(zhuǎn)做功輸送流體（清潔空氣、水蒸氣）并將所輸送流體的靜壓能升壓到系統(tǒng)所需的壓力。設(shè)備效率的高低，很大程度上取決于三元葉輪的選型、葉片型面的設(shè)計(jì)和制造水平。而單級(jí)高速鼓風(fēng)機(jī)、蒸汽壓縮機(jī)分別作為廢氣脫硫系統(tǒng)、MVR廢水蒸發(fā)系統(tǒng)的核心設(shè)備，對(duì)成套設(shè)備的整體效能起著關(guān)鍵作用。

目前，國(guó)內(nèi)外三元葉輪葉片的型面加工均采用五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，我們公司是壓縮機(jī)類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)制造的專(zhuān)業(yè)化企業(yè)，目前已經(jīng)引進(jìn)德國(guó)哈默C40U/C50U、德國(guó)奧美特GS650、瑞士斯特拉格STC1000/STC1250等五軸加工機(jī)床。

哈默C系列五軸加工中心是立式、工作臺(tái)擺動(dòng)（搖籃式）機(jī)床，具有剛性好、穩(wěn)定性好、加工精度高的特點(diǎn)。而斯特拉格STC系列五軸加工中心是臥式、主軸頭部擺動(dòng)機(jī)床，主軸功率大，工作臺(tái)承載能力強(qiáng)。我們公司就是根據(jù)這兩類(lèi)機(jī)床的不同特點(diǎn)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備配置。

2. 哈默C50U機(jī)床簡(jiǎn)介

（1）機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)：哈默C50U機(jī)床采用海德漢iTNC 530數(shù)控系統(tǒng)，15寸TFT彩色顯示器。

（2）機(jī)床的配置：哈默C50U采用整體式鑄造床身，另外A、C軸通過(guò)專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)與床身成為一個(gè)整體。這樣的設(shè)計(jì)使得哈默的機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)很大的承重，C50U可以實(shí)現(xiàn)承重2 000kg。并且，機(jī)床的剛性、穩(wěn)定性、幾何精度都大大提高。同時(shí)，在維修方面，由于A軸安裝在床身的外部，導(dǎo)軌安裝在床身的上部，使得維修使用方便，故障率比較低。

線(xiàn)性軸X、Y、Z行程分別為1 000mm、1 100mm、750mm，相對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性快速移動(dòng)速度為60m/min、60m/min、55m/min，線(xiàn)性加速度為6m/s2，主軸轉(zhuǎn)速12 000r/min，搖籃翻轉(zhuǎn)角度從-130°～100°。

圖1　三元葉輪示意圖

圖2　哈默C50U五軸加工中心

3. 斯特拉格STC1000機(jī)床簡(jiǎn)介

（1）機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)：斯特拉格STC1000機(jī)床采用Sinumerik

840 D s l數(shù)控控制系統(tǒng)，具有集成的P L C。計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC）采用SINUMERIK MDynamics 五軸銑床技術(shù)，其包含五軸加工用樣條查補(bǔ)（A、B和C樣條）、前瞻（L o o k -ahead）功能、動(dòng)態(tài)預(yù)控制功能等功能。操作系統(tǒng)采用WIN-XP ProEmbSys，19寸平操作板OP 015A，帶15寸TFT彩色液晶顯示器（薄膜鍵盤(pán)）。

（2）機(jī)床的配置：機(jī)床配備了交換工作平臺(tái)，托盤(pán)尺寸1 000mm×1 000mm，中心承載能力達(dá)到3 000kg。工作主軸轉(zhuǎn)速20～8 000r/min，最大轉(zhuǎn)矩940 N·m，主軸前軸承直徑95mm，電機(jī)額定功率37k W。A軸轉(zhuǎn)速6min-1，額定力矩4 000N·m，回轉(zhuǎn)區(qū)+60°～-100°。線(xiàn)性軸X、Y、Z行程分別為1 700mm、1 600mm、1 950mm。

從機(jī)床配置可以看出，斯特拉格STC1000機(jī)床在葉輪工件安裝時(shí)比較方便，工作臺(tái)承載能力大。機(jī)床主軸相對(duì)剛性較好，電動(dòng)機(jī)功率大，適宜進(jìn)行大型葉輪重載加工。

圖3　斯特拉格STC1000工作臺(tái)和主軸

4. 兩種型式的機(jī)床在實(shí)際使用過(guò)程中的不同特點(diǎn)

五軸機(jī)床的五個(gè)軸通常是由三個(gè)直線(xiàn)軸外加一個(gè)回轉(zhuǎn)軸和一個(gè)擺動(dòng)軸組成的，其結(jié)構(gòu)方式卻有很大差別。不同的結(jié)構(gòu)形式會(huì)使機(jī)床在剛性、動(dòng)態(tài)性能和精度穩(wěn)定性等方面產(chǎn)生一些差異。五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床根據(jù)擺動(dòng)軸的擺動(dòng)方式分為兩類(lèi)，一類(lèi)是主軸頭擺動(dòng)，另一類(lèi)是工作臺(tái)擺動(dòng)。哈默C50U是一種典型的工作臺(tái)擺動(dòng)的立式五軸加工機(jī)床，斯特拉格STC1000是一種主軸頭擺動(dòng)的臥式五軸加工機(jī)床。

哈默C50U機(jī)床的綜合特點(diǎn)：主軸剛性好，加工效率高；刀具夾持長(zhǎng)度相對(duì)較短；加工時(shí)主軸的進(jìn)給方向和刀具的旋轉(zhuǎn)中心始終重合，形狀誤差小；工作臺(tái)擺動(dòng)方式的五軸加工與三軸加工時(shí)可加工零件水平方向的尺寸是相同的，五軸聯(lián)動(dòng)不會(huì)減小加工行程。

但是對(duì)于直徑和高度尺寸較大的葉輪，就存在工件安裝可靠性的問(wèn)題（工作臺(tái)擺動(dòng)），也存在工作臺(tái)擺動(dòng)與刀具干涉的問(wèn)題。

斯特拉格STC1000機(jī)床的綜合特點(diǎn)：采用了機(jī)械傳動(dòng)主軸，所以主軸剛性較好；機(jī)床空間大，大型葉輪的安裝比較方便，穩(wěn)定可靠。因機(jī)床在加工的時(shí)候，主軸擺動(dòng)角度時(shí)會(huì)在擺動(dòng)平面內(nèi)吃掉行程，從而導(dǎo)致在五軸加工時(shí)能夠加工的最大工件尺寸變??；考慮到主軸頭架在主軸、刀具擺動(dòng)時(shí)有可能與工件托盤(pán)產(chǎn)生干涉，所以使用的刀具刀柄會(huì)相對(duì)較長(zhǎng)，而且葉輪的旋向不同，主軸頭部要避開(kāi)的距離也有所不同。

5. 加工工藝的差異

在不同的機(jī)床上，三元葉輪的加工工藝的差異性是顯而易見(jiàn)的。

哈默C50U機(jī)床適宜加工的三元葉輪直徑在f450～850mm。因機(jī)床主軸是電主軸，主軸軸承是陶瓷軸承，在三元葉輪流道粗開(kāi)時(shí)，若工藝方法采用了大進(jìn)給重載切削，就會(huì)對(duì)機(jī)床主軸造成傷害，影響機(jī)床精度和使用壽命。在刀具刀柄選擇方面，粗銑加工時(shí)一般選擇側(cè)固刀柄就能滿(mǎn)足要求。

斯特拉格STC1000機(jī)床適宜加工的三元葉輪直徑在800～1 250mm左右。機(jī)床主軸采用的是機(jī)械傳動(dòng)方式，在三元葉輪粗銑加工時(shí)可選擇分區(qū)大進(jìn)給重載切削。粗銑加工時(shí)，刀具刀柄應(yīng)該選擇定制加長(zhǎng)刀柄、螺旋頭連接刀具，以保證刀具整體剛性。

6. 結(jié)語(yǔ)

哈默C40U/C50U工作臺(tái)擺動(dòng)的五軸加工機(jī)床適宜加工直徑偏小的三元葉輪，機(jī)床穩(wěn)定性好，加工效率高，精度可靠；斯特拉格STC1000機(jī)床適宜加工直徑稍大的三元葉輪，工件安裝穩(wěn)定可靠，機(jī)床能夠進(jìn)行重載切削。

目前，我們公司已經(jīng)配置了系列五軸加工機(jī)床，能夠滿(mǎn)足公司壓縮機(jī)類(lèi)產(chǎn)品發(fā)展的要求。

收稿日期：（20150716）