V oblasti větrných elektráren je hlavní hřídel o průměru 300–500 mm, která je klíčovou součástí převodovky větrné turbíny, rozhodující pro spolehlivost dvacetileté provozní životnosti celé jednotky. Tato spolehlivost závisí na kruhovitosti hřídele (požadavek ≤ 0,02 mm) a válcovitosti ložiskového místa (≤ 0,015 mm). Při obrábění takového hřídele z kalené a popuštěné oceli 42CrMo u předního výrobce větrných elektráren dochází k tradičnímu technologickému úzkému hrdlu: proces zahrnuje tři kroky – „hrubování na soustruhu → polotovarové obrábění na stolním vyvrtávacím stroji → dokončovací broušení na vnější válcové ploše“. Opakované upínání způsobuje, že souosost ložiskového místa překračuje 0,05–0,08 mm a teplota ložiska během provozu jednotky stoupá nad 45 °C (doporučená hodnota ≤ 40 °C), přičemž celková doba obrábění jednoho dílu dosahuje až 16 hodin. Současně má kalená a popuštěná ocel (tvrdost 280–320 HB) vysoký řezný odpor, což omezuje životnost běžných řezných nástrojů na pouhých 3–4 díly na břit. Náklady na řezné nástroje pro jednu hřídel tak přesahují 3000 jüanů.
Pro vyřešení tohoto dilematu zavedla společnost výrobní soustavu těžkých obráběcích strojů Wuhan VTC70 CNC svislého soustruhu, která vytváří výhradní výrobní systém vřeten „těžké tuhé obrábění+jednorázové upnutí plný proces“. Zařízení je vybaveno celkovým ložem z litiny odlitého v pískové formě s pryskyřicí (hmotnost odlitku 80 tun), které prošlo dvojitou eliminací napětí „přirozené stárnutí po dobu 24 měsíců + vibrační stárnutí po dobu 120 hodin“, kombinované se statickými kluznými vedeními (nosnost ≥ 300 kN) a optimalizovanou tuhostí konstrukce pomocí metody konečných prvků. Tuhost radiálního řezání dosahuje 55 kN/mm, což umožňuje stabilní odolání radiální síle 35 kN při obrábění oceli 42CrMo. Zařízení je vybaveno systémem Fanuc 31i-B5 CNC a dynamickou kompenzací laserového interferometru (polohovací přesnost kompenzována na ± 0,005 mm), v kombinaci s měřicím ramenem stroje (měřicí přesnost ± 0,002 mm), čímž dosahuje přesné kontroly válcovosti ložiskové pozice ≤ 0,01 mm. V reakci na charakteristiky obrábění vysokopevnostní oceli je zařízení vybaveno 18,5 kW výkonným vřetenem (maximální otáčky 1000 ot/min) a systémem vysokotlakového vnitřního chlazení (tlak chlazení 1,5 MPa), v kombinaci s nástroji CBN s extrémně jemnou zrnnou strukturou (tvrdost HV3500), které efektivně potlačují opotřebení nástroje.
Scénáře použití zákazníkem
Z hlediska technologických inovací dosáhlo zařízení dvojího průlomu v oblasti „integrovaného procesu + kontinuální přesné regulace“ při obrábění vřeten: integrací hydraulického čtyřčelisťového upínáku Φ 800 mm (se svírací silou 300 kN), revolverové hlavice s 8 pozicemi (s dobou výměny nástroje 1,5 sekundy) a výkonové frézky pro čelní plochu, je možné najednou provést přesné broušení krku vřetena (kulovitost ≤ 0,015 mm), přesné vyvrtávání ložiskových míst (válcovitost ≤ 0,01 mm), frézování přírubové plochy (rovinatost ≤ 0,03 mm) a vrtání a závitování 12–16 spojovacích otvorů (polohová přesnost ≤ 0,15 mm). V reakci na problém řízení průhybu u extrémně dlouhých vřeten (délka 3–5 m) je použita inovativní „adaptivní metoda vícebodové podpory“: prostřednictvím tří sad nastavitelných pomocných podpěr se dosahuje reálné kompenzace deformace vlastní hmotnosti obrobku (přesnost kompenzace 0,005 mm), čímž se zajišťuje stabilní kontrolu přímosti celé délky osy v rozmezí ≤ 0,05 mm/m. Pro přesné obrábění ložiskových míst se používá „metoda obrábění v konstantní teplotě + vrstvené řezání“, přičemž teplota okolí je udržována na hodnotě 20 ± 0,5 °C a hloubka řezu každé vrstvy je řízena v rozmezí 0,2–0,5 mm. Ve spojení s řezáním při konstantní řezné rychlosti (80–120 m/min) se dosahuje drsnosti povrchu Ra 0,8 μm.
Upínací proces
Výsledky implementace plně splňují standardy průmyslu větrných elektráren: cyklus zpracování jednoho dílu byl zkrácen z 16 hodin na 9 hodin a denní výrobní kapacita byla zvýšena z 6 kusů na 11 kusů; válcovitost ložiskové plochy hlavního hřídele je ≤ 0,01 mm a souosost celého hřídele je ≤ 0,03 mm, což plně odpovídá požadavkům normy ČSN EN 61400-4 „Převodovky pro větrné elektrárny“ a certifikaci GL; teplota ložisek během provozu zařízení stoupla na 36 °C a intenzita vibrací klesla z 1,2 mm/s na 0,6 mm/s; životnost nástrojů se díky vhodnému materiálovému párování prodloužila o 150 % (až na 8–10 kusů/čepel) a náklady na jednotlivé nástroje pro hřídel byly sníženy na 1200 jüanů; systém průmyslového internetu věcí vybavený na zařízení umožňuje reálný časový sběr řezných sil (vzorkovací frekvence 1 kHz) a teploty vřetena. V kombinaci s modelem predikce zbývající životnosti byla komplexní využitelnost zařízení zvýšena z 70 % na 92 % a roční odstávky byly sníženy o 650 hodin.
CKX52100 řeší průmyslovou rozpor mezi těžkým obráběním a mikrometrovou přesností u větrných turbín. Ředitel výroby společnosti uvedl: „Nyní náš vřeteno pro větrné turbíny o výkonu 3 MW nejen prošlo ověřením společností Goldwind Technology a Mingyang Intelligence, ale také splňuje konečné požadavky na „odolnost proti mořskému mlhovému prostředí a dlouhou životnost“ pro offshore větrné elektrárny, což nám vytvořilo technologický příkop na trhu zařízení pro větrnou energii.“ Tento případ potvrzuje, že CNC svislé soustruhy se staly klíčovým vybavením pro překonání výkonových zácp ve výrobě velkých komponent pro větrné elektrárny prostřednictvím hluboké integrace „ultra tuhé konstrukce + uzavřeného procesu přesnosti + inteligentního provozu a údržby“.
EN
