五軸加工機床在三元葉輪加工中的應用

■江蘇金通靈流體機械科技股份有限公司 （南通 226000） 韓 棟

五軸加工機床在三元葉輪加工中的應用

■江蘇金通靈流體機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STC1000五軸加工機床的各自特點，介紹了這兩種機床在三元葉輪加工中的應用情況，并簡略介紹了一些三元葉輪加工經驗。

1. 前言

三元葉輪是離心空氣壓縮機、單級高速鼓風機、蒸汽壓縮機等設備的關鍵核心部件，通過旋轉做功輸送流體（清潔空氣、水蒸氣）并將所輸送流體的靜壓能升壓到系統所需的壓力。設備效率的高低，很大程度上取決于三元葉輪的選型、葉片型面的設計和制造水平。而單級高速鼓風機、蒸汽壓縮機分別作為廢氣脫硫系統、MVR廢水蒸發系統的核心設備，對成套設備的整體效能起著關鍵作用。

目前，國內外三元葉輪葉片的型面加工均采用五軸聯動機床，我們公司是壓縮機類產品生產制造的專業化企業，目前已經引進德國哈默C40U/C50U、德國奧美特GS650、瑞士斯特拉格STC1000/STC1250等五軸加工機床。

哈默C系列五軸加工中心是立式、工作臺擺動（搖籃式）機床，具有剛性好、穩定性好、加工精度高的特點。而斯特拉格STC系列五軸加工中心是臥式、主軸頭部擺動機床，主軸功率大，工作臺承載能力強。我們公司就是根據這兩類機床的不同特點進行生產設備配置。

2. 哈默C50U機床簡介

（1）機床的數控系統：哈默C50U機床采用海德漢iTNC 530數控系統，15寸TFT彩色顯示器。

（2）機床的配置：哈默C50U采用整體式鑄造床身，另外A、C軸通過專門的設計與床身成為一個整體。這樣的設計使得哈默的機床能夠實現很大的承重，C50U可以實現承重2 000kg。并且，機床的剛性、穩定性、幾何精度都大大提高。同時，在維修方面，由于A軸安裝在床身的外部，導軌安裝在床身的上部，使得維修使用方便，故障率比較低。

線性軸X、Y、Z行程分別為1 000mm、1 100mm、750mm，相對應的線性快速移動速度為60m/min、60m/min、55m/min，線性加速度為6m/s2，主軸轉速12 000r/min，搖籃翻轉角度從-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機床簡介

（1）機床的數控系統：斯特拉格STC1000機床采用Sinumerik

840 D s l數控控制系統，具有集成的P L C。計算機數字控制（CNC）采用SINUMERIK MDynamics 五軸銑床技術，其包含五軸加工用樣條查補（A、B和C樣條）、前瞻（L o o k -ahead）功能、動態預控制功能等功能。操作系統采用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）。

（2）機床的配置：機床配備了交換工作平臺，托盤尺寸1 000mm×1 000mm，中心承載能力達到3 000kg。工作主軸轉速20～8 000r/min，最大轉矩940 N·m，主軸前軸承直徑95mm，電機額定功率37k W。A軸轉速6min-1，額定力矩4 000N·m，回轉區+60°～-100°。線性軸X、Y、Z行程分別為1 700mm、1 600mm、1 950mm。

從機床配置可以看出，斯特拉格STC1000機床在葉輪工件安裝時比較方便，工作臺承載能力大。機床主軸相對剛性較好，電動機功率大，適宜進行大型葉輪重載加工。

圖3　斯特拉格STC1000工作臺和主軸

4. 兩種型式的機床在實際使用過程中的不同特點

五軸機床的五個軸通常是由三個直線軸外加一個回轉軸和一個擺動軸組成的，其結構方式卻有很大差別。不同的結構形式會使機床在剛性、動態性能和精度穩定性等方面產生一些差異。五軸聯動機床根據擺動軸的擺動方式分為兩類，一類是主軸頭擺動，另一類是工作臺擺動。哈默C50U是一種典型的工作臺擺動的立式五軸加工機床，斯特拉格STC1000是一種主軸頭擺動的臥式五軸加工機床。

哈默C50U機床的綜合特點：主軸剛性好，加工效率高；刀具夾持長度相對較短；加工時主軸的進給方向和刀具的旋轉中心始終重合，形狀誤差小；工作臺擺動方式的五軸加工與三軸加工時可加工零件水平方向的尺寸是相同的，五軸聯動不會減小加工行程。

但是對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題（工作臺擺動），也存在工作臺擺動與刀具干涉的問題。

斯特拉格STC1000機床的綜合特點：采用了機械傳動主軸，所以主軸剛性較好；機床空間大，大型葉輪的安裝比較方便，穩定可靠。因機床在加工的時候，主軸擺動角度時會在擺動平面內吃掉行程，從而導致在五軸加工時能夠加工的最大工件尺寸變小；考慮到主軸頭架在主軸、刀具擺動時有可能與工件托盤產生干涉，所以使用的刀具刀柄會相對較長，而且葉輪的旋向不同，主軸頭部要避開的距離也有所不同。

5. 加工工藝的差異

在不同的機床上，三元葉輪的加工工藝的差異性是顯而易見的。

哈默C50U機床適宜加工的三元葉輪直徑在f450～850mm。因機床主軸是電主軸，主軸軸承是陶瓷軸承，在三元葉輪流道粗開時，若工藝方法采用了大進給重載切削，就會對機床主軸造成傷害，影響機床精度和使用壽命。在刀具刀柄選擇方面，粗銑加工時一般選擇側固刀柄就能滿足要求。

斯特拉格STC1000機床適宜加工的三元葉輪直徑在800～1 250mm左右。機床主軸采用的是機械傳動方式，在三元葉輪粗銑加工時可選擇分區大進給重載切削。粗銑加工時，刀具刀柄應該選擇定制加長刀柄、螺旋頭連接刀具，以保證刀具整體剛性。

6. 結語

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

目前，我們公司已經配置了系列五軸加工機床，能夠滿足公司壓縮機類產品發展的要求。

收稿日期：（20150716）