事实表明,来自Carl Zeiss的立式三坐标测量机(CMM)和4台G&L公司的大型镗铣床对3-M公司加工大量的风力涡轮发电机元件起到了至关重要的作用。
2008年,3-M公司(位于密歇根州)在接到第一单扩大风力发电设备元件的加工生产合同时,就决定增加必要的投资,以全新的姿态投入到这个新兴的行业中。同年,该公司购置了一个43000ft2(1ft=304.8mm)的专业生产厂,并配备了足够大的机械设备,用于加工最大的风力涡轮发电机元件。这些加工设备包括四台G&L公司(位于威斯康星州)的大型卧式镗铣床,以及一台Carl Zeiss公司(位于明尼苏达州)的计量设备,可测量3m高的垂直工件。事实表明,这些设备不但可以满足3-M公司原有的加工任务,还能够吸引到额外的业务。
在3-M公司的这个加工任务中,由风力涡轮发电机制造商Clipper公司(位于加利福尼亚州)为其加工大型齿轮箱壳体及前部外壳。这些壳体由3个独立的铸铁件组成,其高度达10ft,重量达数万磅。生产的第一步是对每一个铸件进行粗加工并对配合面进行精加工,这样可确保这3个铸件能够紧密地配合在一起,然后将0.7mm的材料余量从组装好的壳体上切除。
图1 一个10ft高的齿轮变速箱壳体,正在3-M
公司的MMZ-G型CMM测量机上进行最终检验
为了防止零件翘曲变形,在关键的表面和孔径上保留少量的材料余量是很重要的,3-M公司的总裁Michael Medwid先生解释说。铸造工艺可能会给材料带来显微应力,虽然可以通过机加工将其消除,但会使零件出现翘曲现象,这种现象对于需要切除大量材料的大型零件来说,会产生特别的问题。3-M公司在精加工前组装大型风力涡轮发电机外壳,可以让这些应力事先清除,不需要在铸件之间摒弃精密的校准配合。“铸件之间的大部分孔径都是分离的,也就是说有一半孔径在一个铸件上,另一半孔径在另一个铸件上。它们之间的公差实在是太精密了,因此不能在未组装的情况下对其进行精加工。”Medwid先生说。
该公司在投资扩大大型零件的生产能力之前,其加工设备或测量设备的工作区内,根本无法容纳组装后的壳体。唯一可供选用的方法是将3个铸件中的两个组装在一起进行加工和检验,然后将其中一个从组装件上拆下来,再与第三个铸件组装在一起,重复这一加工工艺。“我们每次都不得不将这个组件在镗铣床和CMM测量机上来回地搬运,” Medwid先生回忆说,“最重要的是,我们必须将该组件放倒在CMM测量机上进行测量,然后再将其直立起来,放到镗铣床上加工。这真是一个令人头痛的事情。”
当合同要求每个月只加工几个壳体时,这一工艺已足够应付工作量的需要,但新扩大的合同却要求每个月加工16个壳体。从加工方面考虑,3-M公司认为从G&L公司引进的一台PT 1800型和三台RT 1600型卧式镗铣床,可满足其尺寸和加工能力的要求。PT 1800型镗铣床的特点是:其X、Y、W和Z轴的行程分别为3600mm、3600mm、2000mm和1250mm,再加上一个1800mm×3600mm的工作台。RT1600型镗铣床的体积要略小一些,X和Y轴的行程相同,但W和Z轴的行程分别为1500mm和1250mm。所有机床的快速移动速度均为25000mm/min,配有120个刀位的换刀装置,主轴转速范围为1~3500r/min,以及具有7500N.m的恒定转矩。
图2 MMZ-G型测量机的庞大黄金探头
能够适应长达800mm、重600g的探针,
且能够深入到前端壳体进行测量
MMZ-G型龙门式CMM测量机也非常适合用于测量完全组装好的齿轮变速箱外壳。该测量机可以测量3m高的工件,留有足够的空间用于测量直立的壳体,其X轴和Y轴方向上的长度分别为4m和6m。其庞大的黄金探头可以用探针扫描,其长度达800mm,重量为600g,能够深入测量前端外壳。此外,探头的测量速度可达300点/s,并在各运动方向上具有防碰撞保护的功能。
3-M公司的质量管理经理Mike Gray先生说,他非常赞赏该测量机的Calypso软件,因为它简化了编程方式。“您可以在一个窗口中检查和改变探头、间隙组群、回缩距离和许多其他的设置。其即时在整个群体功能上改变设置值的能力,可以节省更多的时间,并可帮助检查程序中存在的任何错误,即使是在测量机上的一个零件。”
Medwid先生说,在投资购置新设备的时候,他们的目光不只是盯在一个合同上,在以后的几年时间内,其投资已得到回报。他回想起2010年时,有两名来自ZF公司的员工参观了他们的车间,检视了其生产齿轮变速箱壳体原型的能力。“两个小时后,他们叫来了他们的老板,并且结束了参观,因为他们已经找到了他们新的供应商。”




