一個(gè)呈麻花狀扭曲喇暴，表面十分粗糙的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片弃舒，正在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上不斷被拋光打磨花履，只見在數(shù)控機(jī)床的操作下坡慌，不一會(huì)的工夫黔酥，砂帶就精準(zhǔn)地將整個(gè)葉片打磨光滑，就連死角都沒有落下洪橘。

燃機(jī)壓氣機(jī)葉片磨削

不要小瞧這道工序跪者，光滑的葉片，將對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能起到至關(guān)重要的作用熄求。

不要小瞧這臺(tái)機(jī)器渣玲，它打破了國外技術(shù)壟斷，為我國核電弟晚、燃?xì)廨啓C(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造提供了先進(jìn)的工藝手段忘衍。

“葉片類復(fù)雜曲面零件是汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)卿城、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力裝置的關(guān)鍵零件枚钓，其幾何精度和表面質(zhì)量直接影響能源動(dòng)力設(shè)備的工作效率馅块，其質(zhì)量的一致性直接影響動(dòng)力機(jī)械安全運(yùn)行≡溃”北京勝為弘技數(shù)控裝備有限公司總經(jīng)理劉樹生告訴科技日?qǐng)?bào)記者吨争。

據(jù)了解，由北京勝為弘技數(shù)控裝備有限公司等單位研發(fā)的“葉片復(fù)雜型面精加工六坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控砂帶磨關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目蕴嘹，通過產(chǎn)學(xué)研用颊嫁，研制出自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的葉片六坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控砂帶磨床和編程系統(tǒng)，解決了葉片復(fù)雜曲面磨削精加工的技術(shù)難題闹只，打破了國外壟斷祈兼，成果應(yīng)用于我國核電汽輪機(jī)組葉片制造和新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片制造領(lǐng)域，成為高質(zhì)量葉片制造的必要手段羡逃。在2016年度北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)評(píng)選中痒跌，該項(xiàng)目榮獲一等獎(jiǎng)。

手工打磨拋光已成葉片發(fā)展瓶頸

裝備制造業(yè)是一個(gè)國家建設(shè)的基石硬白，擁有渦輪動(dòng)力裝置制造技術(shù)更是一個(gè)強(qiáng)國的標(biāo)志牍猫，而渦輪式動(dòng)力裝置的核心零件就是葉片。

“工作狀態(tài)的葉片表面光潔度越高越好畴栖，表面質(zhì)量随静、一致性影響到裝備的能量轉(zhuǎn)換效率÷鹧龋”劉樹生告訴記者燎猛。

商發(fā)高壓壓氣機(jī)葉片R1.5葉根圓角磨削效果

據(jù)悉，一般用于加工核電照皆、火電等電站用汽輪機(jī)葉片形面加工的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是渦輪設(shè)備制造領(lǐng)域的高檔關(guān)鍵設(shè)備重绷。葉片從形態(tài)上看是復(fù)雜薄壁類零件，型面為空間自由曲面膜毁，曲率變化大昭卓，在數(shù)控銑削加工后易發(fā)生變形，導(dǎo)致無法采用常規(guī)方法進(jìn)行表面精加工瘟滨。

隨著能源候醒、動(dòng)力裝置的功率不斷增大，為了獲得更好的空氣動(dòng)力學(xué)效果杂瘸，最大限度地提升單位體積的功率火焰，葉片型面向著更加彎、扭胧沫、掠，曲面更加復(fù)雜的方向發(fā)展卢女。

“我國一般采用手工拋磨方式加工大型葉片智础，葉面精度差，加工效率低，勞動(dòng)條件非常惡劣助安〕接眨”劉樹生告訴記者，手工拋光時(shí)產(chǎn)生大量粉塵莽裤，嚴(yán)重影響到了操作人員的健康拱缆。

劉樹生的公司位于北京亦莊，記者在車間看到一塊手工拋光的葉片店烛，其表面有很明顯的手工打磨痕跡谢奕，銳邊有些鋒利，槽內(nèi)有凸起點(diǎn)辱甫、毛刺遍送。而經(jīng)過拋光加工的槽內(nèi)凸起點(diǎn)、毛刺店诗、銳邊等均被磨至圓滑狀態(tài)裹刮，且表面紋理均勻。

據(jù)了解庞瘸，一些復(fù)雜型面的葉片捧弃，如果不夠光滑，不符合空氣動(dòng)力擦囊，除了耗費(fèi)大量的人力資源违霞，也易造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，甚至影響發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能與壽命霜第。采用傳統(tǒng)的手工打磨拋光方式葛家，已經(jīng)不能滿足先進(jìn)葉片制造質(zhì)量的要求。

“手工打磨拋光會(huì)破壞前序用價(jià)值高昂的五軸銑加工出葉片的精確型面泌类●耍”劉樹生說。

先進(jìn)的五軸銑削設(shè)備與手工打磨拋光在工藝水平上的不匹配刃榨，已經(jīng)成為制約葉片行業(yè)快速發(fā)展的瓶頸弹砚。這在以核電葉片為代表的大型葉片和以航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片為代表的小葉片制造過程中，體現(xiàn)尤為突出寺斟。

對(duì)于以核電汽輪機(jī)葉片為代表的大型葉片來說虫棚，體積巨大(我國CAP1400型壓水堆核電機(jī)組的末級(jí)葉片長(zhǎng)度超過2米，重量大于280公斤)溪胖、型面復(fù)雜黔琢、精度要求高，采用手工打磨拋光越來越困難肤不，效率低下寻癌，加工質(zhì)量難于保證薇榨，從而影響通流、影響熱效率;此外手工打磨拋光葉片一致性差绪封，從而影響動(dòng)平衡魏颠、影響機(jī)組運(yùn)行安全。

而對(duì)于以航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片為代表的小葉片來說历扭，又成為另一個(gè)極端软苗，葉片長(zhǎng)度多小于100mm，型面彎棺氢、扭心爷、掠，進(jìn)排氣邊厚度只有0.1—0.2mm(1—2張百元紙幣厚度)简软，綜合輪廓誤差<0.05mm蛮拔，手工磨削拋光很容易造成葉片燒傷和輪廓破壞，型面精度根本不能保證痹升。發(fā)動(dòng)機(jī)葉片型面制造質(zhì)量正是影響我國發(fā)動(dòng)機(jī)制造水平建炫，進(jìn)而影響各類飛機(jī)性能的關(guān)鍵因素。

國產(chǎn)機(jī)床實(shí)現(xiàn)“以柔克剛”

要改變?nèi)斯伖鈳淼谋锥颂鄱辏荒芸繖C(jī)器打磨了肛跌，但這種數(shù)控砂帶磨床被國外壟斷，只有德國等幾個(gè)國家擁有該項(xiàng)技術(shù)察郁。

2008年衍慎，劉樹生和他的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，面對(duì)從德國進(jìn)口的皮钠，國內(nèi)唯一的一臺(tái)葉片曲面磨削精加工設(shè)備稳捆，是跟隨還是仿制?“但那不是我們想要的÷蠛洌”劉樹生說乔夯，他們給自己定了一個(gè)近似不可能完成的任務(wù)，那就是研發(fā)六坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控磨削機(jī)床潘吸，以此來解決葉片型面精加工問題醇疮。

這是德國人也沒有解決的問題÷鼻耍“以前覺得5軸就可以巴移，但實(shí)際加工后發(fā)現(xiàn)，有些凹點(diǎn)磨不到柄楼，必須要用6軸瞭驴。”劉樹生說翅陪。

看似多了一個(gè)軸退钱，但多出來的研發(fā)難度卻是幾倍遞增精者。在準(zhǔn)確的位置用合適的力度切除材料，這和所有的機(jī)械加工原理是一樣的胰绢，但能否將機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡和磨削壓力在時(shí)間和空間上精確配合，是最大的挑戰(zhàn)抛冗。

數(shù)控機(jī)床被譽(yù)為制造工業(yè)的“大腦”切省。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用帕胆，數(shù)據(jù)庫朝捆、計(jì)算機(jī)以及人工智能開始用于評(píng)估、預(yù)測(cè)懒豹、模擬芙盘、優(yōu)化以及控制磨削過程。通過數(shù)控脸秽、自動(dòng)化以及人工智能技術(shù)改進(jìn)砂輪磨削儒老、砂帶磨削工藝，使磨削工藝能夠自控记餐、穩(wěn)定驮樊、環(huán)保且更適合于高效率的批量生產(chǎn)。

對(duì)劉樹生他們而言片酝，自動(dòng)化程序的控制是一道“攔路虎”囚衔。“最難的是編程雕沿，當(dāng)時(shí)國內(nèi)沒有這種專業(yè)化的軟件练湿。”劉樹生說荡西。

最終谴疾，劉樹生他們聯(lián)合華中數(shù)控公司，提出了雙矢量控制的編程算法蹲楷，自主研發(fā)了六坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控砂帶磨削加工工藝編程軟件蠕艳，該軟件具備六坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)軌跡光順、加工參數(shù)優(yōu)化和仿真茬蒿、后置處理等功能,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)編程與自動(dòng)加工磺则。并且自主研制了六坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控砂帶磨削國產(chǎn)專用數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了三回轉(zhuǎn)附扭、三直線的六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控插補(bǔ)控制牧俩，滿足了復(fù)雜葉片的多軸聯(lián)動(dòng)控制要求。

隨著新材料叔寓、新結(jié)構(gòu)的葉片不斷出現(xiàn)妨迈，葉形曲線也越來越復(fù)雜度姑，給葉片拋光技術(shù)帶來了更大的挑戰(zhàn)。專一形式的拋光方法已不能解決葉片全部位的拋光呈枉。針對(duì)不同結(jié)構(gòu)趁尼、不同材料的葉片，需要采用不同的拋光方法猖辫，加工工藝越來越復(fù)雜酥泞。

同時(shí)，各部位拋光需要機(jī)床的運(yùn)動(dòng)形式啃憎、規(guī)格參數(shù)差異很大芝囤，在同一個(gè)機(jī)床上完成葉片不同部位的拋光較難實(shí)現(xiàn)。因此辛萍，多工位悯姊、多種加工方式并行的工藝策略更適合于葉片全部位的拋光。

對(duì)此贩毕，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出內(nèi)置砂帶裝置單元化的中空C軸式BC雙擺頭結(jié)構(gòu)赤炒，研制出國內(nèi)首臺(tái)公開展示的高動(dòng)態(tài)性能九軸六坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控砂帶磨床倚胀，實(shí)現(xiàn)了核電葉片復(fù)雜曲面高效蹲诀、高質(zhì)量六坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)磨削精加工禁悠，在國際上具有獨(dú)創(chuàng)性和先進(jìn)性。

“以前加工葉片都是硬碰硬痪僵，但現(xiàn)在的葉片都是曲面薄壁零件螃浑，不僅僅要準(zhǔn)確還要控制力度和速度，以不確定去確定暮诫∷谐牵”劉樹生說，“我們的機(jī)床就是要以柔克剛参唆】蹲椋”

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出了水平布置多砂帶裝置的六坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控砂帶磨床新型結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)微接觸力控制磨削躯殷，滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片0.1—0.2mm薄進(jìn)排氣邊磨削精加工要求溢棱，實(shí)現(xiàn)了包括葉身型面、進(jìn)排氣邊独府、葉根圓角吩伊、阻尼臺(tái)過渡區(qū)在內(nèi)的葉片集成磨削精加工。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)最終研制出的六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控砂帶磨床婆沟，能夠?qū)χ挥幸粡埌僭垘藕穸鹊膹澟と~片邊緣進(jìn)行磨削拋光便螟，而誤差不超過其厚度的十分之一，超越了國外現(xiàn)有技術(shù)水平。

打磨拋光做成一個(gè)大市場(chǎng)

“沒想到打磨拋光能做成一個(gè)大市場(chǎng)爆捞》盍觯”具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的六坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控砂帶磨床投產(chǎn)以來，供不應(yīng)求煮甥，這讓劉樹生十分感慨盗温。

如今，我國自主研發(fā)的葉片六坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控砂帶磨床成肘，遍布大江南北肌访，應(yīng)用于核電汽輪機(jī)組葉片制造和新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片制造領(lǐng)域，成為高質(zhì)量葉片制造的必要手段艇劫。

據(jù)了解，目前惩激，成果應(yīng)用于東方汽輪機(jī)有限公司的大型葉片精加工拋磨生產(chǎn)線和無錫透平葉片有限公司店煞，累積生產(chǎn)大型葉片5萬余片，價(jià)值超過10億元风钻。

東汽公司實(shí)際使用后顷蟀，發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的使用穩(wěn)定可靠，加工葉片質(zhì)量較以往手工打磨有質(zhì)的飛躍缎选。新設(shè)備所制造的葉片一致性非常好展管，低壓轉(zhuǎn)子在不經(jīng)配重調(diào)整的情況下，高速動(dòng)平衡效果已經(jīng)優(yōu)于國外制造的轉(zhuǎn)子否胜。

就像汽車一樣瓣老，核電的葉片在安裝后也要做動(dòng)平衡，一般要做幾個(gè)小時(shí)忽愧。但在我國CAP1400型壓水堆核電機(jī)組的末級(jí)葉片的安裝時(shí)崇已，卻發(fā)現(xiàn)幾乎不用做動(dòng)平衡。國外阿爾斯通公司的人不相信脑苫，結(jié)果發(fā)現(xiàn)贱起，以前，手工打磨的葉片往往有500克的偏差舱踊，現(xiàn)在只有30克迫扫。

此外，成果還應(yīng)用于西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)股份有限公司某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片生產(chǎn)膳膝，保障了新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造質(zhì)量诬絮。項(xiàng)目成果為黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)、中國商發(fā)的新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制让腹，中航惠陽螺旋槳有限公司新型復(fù)合材料空氣螺旋槳研制远剩， 昌河飛機(jī)工業(yè)有限責(zé)任公司新型直升機(jī)槳臂制造提供了先進(jìn)制造工藝支持。

“隨著智能制造骇窍、3D打印瓜晤、精鑄工藝的進(jìn)步锥余，下一步，我們正在研發(fā)一種新的數(shù)控機(jī)床痢掠，將繼續(xù)占領(lǐng)高地驱犹。”劉樹生滿懷信心地表示足画。

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