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涡轮叶片的自适应加工

斯达拉格为涡轮叶片的单件批量加工开发了一台柔性制造系统

一台来自斯达拉格的先进的柔性制造系统负责执行精确锻造钛合金涡轮叶片的精铣。这 家瑞士机床设备制造商凭借自身在设计和关键细节方面的多年经验，每年生产优质涡轮 叶片达 40,000 件。因工艺造成的零件差异小，可以为每个叶片生成单独的铣削程序。

斯达拉格股份公司总部设在罗尔沙赫伯 格，20 多年来一直致力于制造涡轮叶片和 结构件的交钥匙项目。这些年来他们建造 了近 60 个多机床自动化系统，获得了宝 贵的技术经验。现在，随着柔性制造系统 （FMS）在世界各地呈现蓬勃发展的趋势， 越来越多的客户都得益于这些经验。销售 总监 Rainer Hungerbühler 解释道：“以 前我们最多同时承接两个这种项目，而现 在我们手上有四个项目，要交付到亚洲和 美国。无论在质量还是效率方面，航空航 天和能源行业在涡轮叶片等关键组件的生 产中越来越倚重这种自动化批量加工所带 来的优势。” 用于飞机发动机的压缩机叶片加工是一个 非常特殊的项目。加工用的钛合金坯料经 精确锻造而成。虽然两个叶片表面（进口 侧和压力侧）的精度已经无需任何后加工， 但边缘仍需要达到特定弧度。每个涡轮叶 片的过渡区不能有任何明显的偏移或铣削 痕迹。

锻造工艺即使达到这种高精度水平，部件 之间仍会存在差异。虽然叶片表面最小偏 差对最终应用的影响几乎可以忽略不计， 但轮廓的差异给边缘和过渡区的铣削带来 了极大挑战。

自适应结构自始至终确保叶片高质量

为了确保高水平的可用性，系统结构也经 过了慎重规划。坯料锻造会产生极小的轮 廓差异，所以斯达拉格仍需要依靠人力辅 助。“因为整个过程几乎完全自动化，所 以做这个决定并不轻松，”应用技术总监 Patrik Rutishauser 解释说。“不过计算结 果表明，我们的操作员辅助结构对于该系 统来说是最高效的解决方案。”其原因在 于，一个高效的铣削过程要求用规定夹持 力进行安全夹紧。虽然叶片与叶片之间的 偏差极小，但是如果采用自动配置，有些 坯料可能无法准确地落到支撑点上。部件 在固定过程中可能会产生应力，在铣削结 束后的释放过程中会产生变形，致使叶片 无法使用。

为此，斯达拉格开发了一款可以根据叶片 坯料具体情况进行调整的自适应装置。另 外，他们还将限制允许的部件公差作为替 代方案，即提前剔除所有不符合规定公差 的叶片坯料。随后，便可通过固定装置实 现自动化。不过，使用锻造钛合金坯料时 报废量过高，最终难以达到可接受的结果。

所有叶片的基本加工流程相同。每个叶片 要在两个装夹位置上进行加工，即需要两 组不同的夹具。在第一组夹具中，坯料按 照斯达拉格研发的夹紧原理夹住。露出两 面的边缘和过渡区以便进行加工。第二组 夹具包括一个叶片夹紧系统，用于叶片根 部和头部的铣削。铣削后，机床会进行必 要的去毛刺。第二次铣削过程会去除叶片 上的原始标记，由标记针给叶片加上一个 新的二维码。

最终光学测量过程也需要一组夹具，该工 序会对每个叶片的 50 多项功能进行检查。

为确保装夹尽可能高效，在整个系统运行 期间，适用于一种叶片类型的三组夹具会 同时装到装夹点。一旦加工完成，操作员 会从测量夹具中取出叶片，更换另外两组 夹具，然后往夹具中放入新坯料。

 

专业的加工技术

应用工程师 Patrik Rutishauser 强调了系 统中其他有价值的功能：“斯达拉格的专 业技术不仅体现在机床上，还体现在加工 过程中。他们使用我们的 CAM 软件生成 自适应铣削程序，并利用我们的硬质合金 铣削刀具来确保最佳切削性能。”

为了应对四台全天候运转的加工中心对刀 具的高要求，斯达拉格还为关联的制造系 统提供了两台刀具磨床以及辅助设备，其 容量由单元控制器控制。这两台磨床使定 制刀具的最终磨削可以在现场完成。 和所有必备刀具一样，这些刀具经过测量 后会热缩装配刀柄，然后根据需要提供给 机床。

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