位于瑞士克灵瑙市的ABB涡轮系统公司在其涡轮增压器制造工艺中，大胆尝试应用两台Stama MC 834/MT Compact车铣中心获得成功。这两台设备用于进行铝质压缩机轮生产的初始操作。此工序对最后的精度和平衡的质量作出了巨大贡献。
这个专为ABB生产涡轮增压器的新型机加工工厂，可以说是近乎完美。它深刻地体现了ABB在瑞士制造业极高的成本效益。然而，高成本效益并非一蹴而就。在考察了这个全空调控温、有80名雇员的ABB分厂之后，不难发现，这里的每个细节——从职业安全到物流后勤，从生产到组装，都经过了仔细的斟酌。
ABB敢于开拓创新，采取了最先进的生产方法，因为这是该公司保证其涡轮增压器高技术要求的唯一方式。在瑞士的加工车间里，生产成本效益有赖于高水平的流程安全和生产率。
柴油和汽油发动机的涡轮增压器
加工车间负责人Christian Hehs先生总结如下：“在ABB的这座工厂里，我们加工涡轮增压器的压缩机轮和所需的轴。随后，涡轮增压器(图1)在我们的装配线组装。它们用于小型发电厂、机车、船舶发动机和建筑工程机械——涡轮增压器主要用于500kW以上的柴油和汽油发动机。质量是最重要的指标。例如，如果船舶发动机的涡轮增压器发生故障，其损害可能会迅速达到六位数。换句话说，一定要杜绝此类技术故障的发生。质量永远都是最有优先权的。然而，质量不仅与零故障率有关，而且与最好性能、最大产出有关。效率必须是最高的而恰当的材料质量和生产承受能力在这方面起着决定性的作用。”
图1 图片中是铝质压缩机轮。这些涡轮增压器用于船舶柴油发动
机、发电厂或者建筑工程机械，用来提高大型发动机的效率和性能
假如船舶发动机能轻而易举地产生超过100000hp(1hp=735.5W)的功率，不足为奇。有了涡轮增压器，一个大型发动机的输出可以提高75%。
涡轮增压器的心脏：转子
转子是每个涡轮增压器的心脏。由于在吸入气道内的温度较低，可用铝来做压缩机轮;材料的低密度在惯性方面对于运转状态有积极的影响。由于有热气流，需要在尾气末端使用耐热铬镍钢涡轮。
Christian Hehs先生认为：“在加工车间中，我们的工序可以这样描述：我们可以直接存取CAD数据，也可以编写CAM程序。这些工作由负责安排生产的部门办理。这个部门的机器操作人员和专家负责检查依靠我们的资源不能生产的关键部分的工序。如果有的地方必须修改，我们就与开发人员探讨可行的改进措施。”
关注流程安全
当涉及到涡轮增压器制造时，机加工系统必须遵守的两个最重要的技术规范就是流程安全和最大精度。
Christian Hehs先生称：“由于我们使用的是铰刀，所以必须采用立式加工的方式。所做出的配合必须是100%居中。定位孔是所谓的‘配合孔’，是安装和平衡压缩机轮所必需的。我们通过试验认识到，铰刀并不能足够精确地定位在一个卧式车削中心上，其结果总是定位孔超出了公差范围。在卧式车削中心上，重力作用是很明显的。尽管这在多数生产情况下是可以忽略的，但在我们这个特定场合却是不允许的。因此，我们必须采用立式车铣中心。钻孔必须满足±5μm的精度要求，以便实现最大总公差不超过0.01mm，我们的目标是生产的零件必须百分之百符合质量要求。”
图2 高精度配合和三头螺纹必须在压缩机轮(中)的后部加工。中
间的照片是内孔的镗削，该孔随后还要进行高精度铰扩。右边
的照片展示的是随后在第二个Stama机加工中心上对前端的加工
机器概念
Stama MC 834/MT Compact加工中心还提供必需的流程安全。机床使用铣刀轴进行铣削和车削，并把它作为车削过程的刀架。
假如外部轮廓的粗车削在转动的钢材上产生了强大的力量，那么扭矩支持力就会集聚起来，稳定住铣刀轴。这样，进行车削加工就可以达到旋转工作台的最大限度。该机床总重量为9000kg，具有极敦实的基础主体，不会发生振动。行程范围被设定如下：X=800mm、Y=520mm和Z=510mm。此行程范围足够宽裕，可以制造重达5kg的压缩机轮。
以相当高的速度进行机加工
还有一个显著的特点是机加工可以达到相当高的速度。所有坐标轴的快速行程大约为60m/min。在Z轴，轴加速度可达到10m/s2。主轴驱动工作特性也相当不错。
在占空率为100%和20%时，扭矩等级可分别达到大约73N.m和170N.m，主轴输出分别为22kW和51kW(在最大转速为10000r/min 时)。圆工作台(或者明确地说是车削工件放在上面的车削主轴驱动器)可输出50kW(20%占空率)和最大转速4200r/min。这个底部车削旋转单元按ABB要求设计成了没有绕轴旋转的单元，因为该公司的应用场合不需要此坐标轴。
图3 图左边显示的是开始后端机加工。该机器
的概念代表着一种车铣中心的设计，比较好理
解。图右边显示内部的前端机加工。铣刀轴(顶
上)用作车削刀架，因而必须能支持相应的高扭矩nextpage
HSK- A63为车削主轴使用的刀具，它保证有绝对的精度和刚性。另外，由于有凹槽，它能传递很高的车削扭矩。在重新配备刀具的过程中有内置自动吹风机能安全地清洁刀具。加工铝材还有一个重要指标，是高效提供冷却剂。主轴以70bar(1bar=1×105Pa)的压强提供冷却剂。
最大刀具直径是78mm。然而，如果有附加空间，它可以增加到160mm。刀具可以达到300mm长，总重达5kg。刀具切换时间是3.3s。
Christian Hehs先生说：“对于我们来说，能放置64件刀具的较大刀库是很重要的。这样我们就可以在小系列之间切换，而不必重新配备刀具。我们选择这种机床的一个十分重要的方面，就是它重新配备刀具的时间短，流程具有高度的稳定性。另外，我们还认为，此机床是用户友好型的，而且它所占的空间也不是很大。”
图4 上图显示Stama中心正在加工的轮坯和
车削轮廓，下图是一个已完工的压缩机轮
控制：复杂但却好办
Stama的加工中心的控制和功能都比较复杂。
因此，想知道机床操作员怎么评价机床的用户友好性。Christian Hehs先生说：“机床操作员发现Fanuc控制器非常容易使用。机床选用的是Fanuc的最新一代31系列，并且可能将在今后5~10年保持这一技术基准。但是，加工三头螺纹并不是简单的技术。”
在两个相同版本的机加工中心上进行生产
铝压缩机轮的生产程序如下：通常，生产都是在设计上完全相同的两台加工中心上进行的。装载是手动操作的。先在“夹紧位置1”上加工后面，然后在“夹紧位置2”上加工前面。在这个加工车间中，多次加工操作是个标准过程。
这意味着两台机加工中心可以由一名员工来操作。该厂目前是两班制每星期工作五天，将星期六设为机动工作日。必要时，生产可以增加到三班制。
后方外部轮廓在“夹紧的位置1”上先进行预车，然后预钻出中心孔。最后，精加工外部终端轮廓使之光滑，再镗内部轮廓，最后的步骤是铰定位孔和表面精加工。在加工好定位孔以后，要车出三头螺纹，用来把压缩机轮安装在涡轮增压器轴上并使它居中。铰孔和车螺纹都需要特定的刀具。
在第一台Stama MC 834/MTCompact机床上的这些步骤完成后，工件被移到对面的第二台Stama加工中心上，以加工其前端。
图5 上图是一台几乎完全组装好的涡
轮增压器，下图是压缩机轮的最后检验
重新卡紧无需采取参考点
由于要求的精度很高，重新卡紧工件并非易事。它必须以0.02mm的精度等级被装卡在第二个位置。卡爪特地根据压缩机轮进行过调整。使用的卡紧工具非常专业，加工车间还曾就此用途专门进行过评估。随后生产操作可以继续进行，无需事先选取参考点。
禁止重新平衡
在第二个卡紧位置，加工过程也从外部轮廓(预车削)开始。然后，放上11个同轴螺纹钻芯，以便用冷成形丝锥攻出内部螺纹。接着，钻中心孔，再进行镗、铰。最后一步是内六角的镗削和内轮廓的精加工。
所有的加工步骤完成后，即对压缩机轮进行检测和平衡。组装之前要对每部件单独调整平衡。在转子(压缩机轮和涡轮叶轮)安装好后，要检查平衡的质量。这过程的显著特点是，一旦组装完成，就不允许再调整平衡。如果完全装配好的转子出现相当不平衡状态，那么至少有一个部件必须报废。
据Christian Hehs先生称，至今ABB的用户提及他们的使用经验时，说的都是好事：“到目前为止我们还完全没有遇到过任何重大问题。我们这些机器投入运行整一年了。现在一年的保修期已经到期，而新的一年维护协议开始生效。现在唯一有些麻烦的是远程维护。”“然而，这应该很快能解决。”Gustav Fricker先生(瑞士Stama总经理)承诺说。ABB的用户希望远程维护将能提供更加低成本而迅速高效的服务。
图6 在ABB涡轮系统公司的工厂中
两台Stama车铣中心在前台展示
涡轮增压器必须满足各种各样的需要
ABB团队负责人Christian Hehs先生十分重视ABB在涡轮增压器开发和生产方面的综合技术：“ABB涡轮系统公司负责全面开发专门与发动机配合工作的涡轮增压器。这包括机器原型的研发工作和在发动机上进行实验。在这方面，各用户的要求有很大的不同。例如，如果我们为建筑工程机械做设计，我们就必须考虑所有的转速范围，而船舶柴油发动机的转速则几乎总是在同一个等级。因此，涡轮增压器技术规范的定义是完全不同的。涡轮增压器的开发必须与这些技术规范相一致。而这正是我们的专长。”
转速达75000r/min
原则上，涡轮增压器包括在尾气流中的一个尾气涡轮，它通过一个轴驱动吸入气道中的压缩机。
此压缩机提高了发动机吸入气道里的压力，因而在一个吸入周期内，进入发动机气缸的空气量比在普通大气压力下所吸入的多。这样，就会有更充足的氧气来帮助燃烧较多的燃料。这增加了发动机的中间压力及其扭矩，从而增加其性能输出。
ABB的超现代型涡轮生产
ABB 涡轮系统公司在其涡轮增压器制造工艺中，大胆尝试应用两台Stama MC 834/MT Compact车铣中心获得了成功。这两台机器用于进行铝质压缩机轮生产的初始操作。此工序对最后的精度和平衡的质量作出了重大贡献。由于工艺对精度标准和过程安全的要求非常高，仅立式车铣中心能满足。
