以前，渦輪葉片要依次在7臺機床上才能磨削加工好，而如今卻可以只在一臺磨削加工單元上，通過一次裝夾就能加工好。這樣一來，調整時間和生產運行時間可以降低一半以上，磨削成本可以降低1/3。

國際競爭能力

　　在慕尼黑，我們開發、生產和維護傳動機構和傳動機構的元部件。這些傳動機構和部件是用于飛機和固定式燃氣輪機上的。從1991年以來，我們便利用高度自動化的、計算機控制的磨削單元進行渦輪運行葉片(工作葉片)的磨削加工(圖1)。
　　盡管在應用和管理這種復雜的機床方面存在某些問題，但依然可以實現重要的技術和經濟目標。因此，它為在國際范圍內提高競爭能力起到根本性的作用。
　　1987年，我們的生產領導決定，從Blohm有限公司購買3臺高度自動化的磨床，用于加工渦輪動葉片和定葉片(導向葉片)。決定進行如此巨大投資的理由如下：
　　人們預測在這方面的需求會不斷增長，此外來自國際性競爭的壓力也不斷增加；力求實現質量改進(降低廢品和修補加工)；國際競爭對手采用了類似的機床(如美國的Pratt & Whitney公司以及英國的Rolls Royce有限公司等)；制造行業中普遍采用高度自動化制造設備(CIM)的趨勢。

圖1 計算機控制的磨削單元

　　最早的兩臺磨削單元于1991年和1992年開始用于渦輪動葉片加工。由于技術問題和用戶暫時減少，第三臺磨削單元直到1997年才投入使用。其加工類似于單元1和2，(與計劃相反)在技術上不能實現導向葉片磨削后，同樣是加工動葉片。

a.鑄件塊渦輪葉片 b.工件夾具 c.內部搬運設備 d.外部搬運設備 e.移動臺 f.調整塊 g.上料位置
圖2 多位測量設備

圖3 裝夾澆鑄的葉片

磨削單元的結構

　　“磨削單元”的概念以及它與傳統磨床之間的界線，通過查看基本的設備元部件可以一目了然：它使用兩個雙主軸磨床GC2000，每個磨削頭可以最多配裝三個砂輪(Elbe有限公司、Tyrolit有限公司制造)，每臺機床可以數字控制16個坐標軸(其中4個是刀架坐標和磨削頭坐標，4個是使砂輪成形的砂輪修整設備的坐標，4個是兩個分度頭的回轉坐標，另外4個是跟蹤冷卻液噴嘴的直線坐標)。在磨削單元中還集成裝入了多位測量設備，最多可有60個測量值以及測量過程。它們帶有測量結果的反饋和CNC坐標軸的自動修正(圖2)，另外還配裝用于識別工件的光學讀數系統。磨削單元中還配有一個清洗和干燥站，用于在測量循環之前對工件進行清潔處理。由一個龍門式機器人(帶有4個控制軸)將工件在各個站之間傳送。由一個單元計算機控制各個元部件之間的流程。
　　所有的測量值和過程數據均被發送到一個上級單元主控計算機上。在此進行進一步的數據處理和歸檔。整個加工過程，可以在操縱臺上觀察和監控。

采用的技術

　　在開始磨削加工之前，要將每個渦輪葉片鑄成一個長方、六面體形狀的塊件(見圖3)，這種鑄件沒有什么獨特之處，只是要求滿足磨削單元的加工需要，以便工業機器人能夠搬運這種幾何形狀非常復雜的工件，且能承受在磨削加工過程中產生的巨大作用力。此外，由于只用4種不同尺寸的鑄件，因此可以大大降低所需夾緊裝置類型。緊接著鑄件塊被配上一個條碼，從而在磨削單元中可以識別構件。在此期間，激光標簽將被一種簡單的、可在現場壓緊的粘貼劑粘接上。 #p#分頁標題#e#
　　使用帶有連續修整的深度磨削技術。砂輪是用金剛石滾輪(Winter&Sohn)連續修整的；坐標軸可根據磨損量進行調整。對于常用的鎳基材料的渦輪葉片，利用這種方法，可以取得很高的切削率(圖4)。

圖4 一次裝夾磨削復雜的渦輪葉片(位置5-7)，以及在渦輪基座上測量下：通過過程控制器監控測量值(多位 ○)

X和Z坐標軸 Z_D包帶側 Z_F基座帶側 Z坐標軸

　　然而，只有用加工參數、砂輪和金剛石滾輪等的最佳配合，才能縮短加工時間、延長刀具使用壽命以及有良好的加工質量。在用幾個產品解決最初的問題后，可以達到令人相當滿意的狀況。
　　夾緊裝置裝在一個數控雙回轉臺上。由它將工件從上料位置轉移到加工位置。在各個磨削過程之間，工件自動調換夾緊，如果一次裝夾不能完成成套加工的話。
　　砂輪在自動交換后在機床上預成形，并進行平衡。由主計算機控制對交換庫進行管理。并在砂輪交換過程中和交換之后，進行必要的安全性及其流程方面的各種無干擾的操作。
　　磨削加工后，對鑄件塊進行加熱，工件上不必要的部分將被“熔化”掉，接著，清潔工件并用昂貴的分析方法(AAS原子吸收測試法)分析鑄件塊合金中的殘留物。即使極少量的殘留物，也可能引發渦輪葉片的迅速掉落現象。

經驗和成果

　　磨削單元的應用，導致了引人注目的改進和合理化工作。確切地說，利用磨削單元，可以降低大約35%的磨削成本。一個操作員便可從操縱臺上監控設備的運行過程。
　　然而，如果沒有在最近幾年中不斷進行的優化和改進工作，這種高度自動化、復雜的設備便不可能取得如今這樣的成就。
　　1997年的磨削單元，其安裝和調試時間與1991年的第一臺磨削單元相比，從24個星期縮短到了9個星期。通過合理地改變機床外圍設備的護板，可以將有些零部件的維護和保養周期延長80%左右。此外，機床的利用率也從75%提高到92%(一個星期工作6天，每天3班制)。
　　除了縮短加工時間外，還可將7臺磨床減少至一臺磨削單元，生產中，進一步起到了合理化的作用。這樣，利用一臺磨削單元，便可以將工件完全加工好。以此，還降低了連續加工時間，縮短了加工過程中工件運輸的路徑并減少了車間占地面積。由于減少了加工過程中更換工件夾緊的次數以及用CNC軸管理在線測量，可以大大優化加工質量，從而大大減少廢品和額外費用，并將cpk數值優化至1.5A～4.0。

標準磨削單元普通磨床機床數量17技術可利用率(%)9294生產率(件/月)4500～60005000占地面積(m²)200300加工過程中工件運輸的路徑(m)350750批量大小(件)400400熟悉時間(天)920調整時間(min)90200磨削成本(德國馬克/件)*100150投資成本(德國馬克)*10040維修保養成本(德國馬克/h)*100140劣質品(DPM)*60100過程可靠性(cpk)1.5～4.01.3～2.0人員使用 (三班制)*(工人)50100* 顯示的數值, 不是對可能的絕對成本的結論性數據

表1 普通磨削和磨削單元的基本差異

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　　當然，磨削單元也存在一定的問題。例如，它要求較高的批量，以便能夠進行經濟實惠的加工制造(批量大小大約為400件)。另外，它無法躲避干擾。由于磨削單元固有的復雜性，要在較短時間內更換工件類型是不可能的。它要求較高的設備成本。另外鑄造技術也在不斷發展，即越來越多地取消了渦輪葉片加工，因為已經可以進行定尺寸鑄造，所以磨削單元應用場合可能會不斷減少。經濟應用的關鍵界限大約為4個加工工序，因為不能不超出一個已知的“基本加工時間”。
　　最后，這種設備不能集成到獨立制造島中。問題還在于面向流程的團隊工作方式。另外，它還需要很高的投資總額和相應的資本。
　　磨削加工單元與傳統磨床相比，所具備的基本差異見表1。

制造島加工的趨勢

　　磨削單元的利用，使我們位于慕尼黑的渦輪葉片加工有了強大的國際競爭能力。但是，其優點只有在較長的運行階段并通過操作人員的改善之后才能充分體現出來。
　　將來在磨削領域中的投資，要求充分考慮所要求的柔性、車間組織的變化(團隊工作，制造島制作)、不斷進步的鑄造技術(通過定尺寸鑄造而取消磨削加工)以及采用其它方式時較少的投資資金等而進行。第一個方式是制造島式布置，其中包括小型、投入資金不多的磨床。這種磨床需要較少的操作工人。