راه‌حل ماشین‌کاری دقیق برای میلهٔ مرکزی توربین بادی

در زمینه تجهیزات انرژی بادی، شفت اصلی با قطر 300 تا 500 میلی‌متر به عنوان جزء هسته‌ای سیستم انتقال توربین بادی، مستقیماً قابلیت اطمینان چرخه کاری 20 ساله واحد را بر اساس گردی گردن شفت (که نیازمند ≤ 0.02 میلی‌متر است) و استوانه‌ای‌بودن محل یاتاقان (≤ 0.015 میلی‌متر) تعیین می‌کند. هنگامی که یک شرکت پیشرو در تولید تجهیزات بادی این نوع شفت ساخته شده از فولاد 42CrMo که عملیات تنش‌زدایی و سخت‌کاری حرارتی شده است را فرز می‌کند، با محدودیت فرآیند سنتی مواجه می‌شود: این فرآیند شامل سه مرحله "خرابه‌زنی اولیه روی تراش افقی → خرابه‌زنی نیمه دقیق روی دستگاه سوراخ‌کنی از نوع فلور → سنگ‌زنی دقیق روی دستگاه سنگ زنی خارجی" می‌شود. در اثر بست‌های متعدد، هم‌محوری محل یاتاقان به میزان 0.05 تا 0.08 میلی‌متر افزایش می‌یابد و دمای یاتاقان حین کارکرد واحد بیش از 45 درجه سانتی‌گراد بالا می‌رود (مقدار استاندارد ≤ 40 درجه سانتی‌گراد)، ضمن آنکه چرخه پردازش هر قطعه تا 16 ساعت طول می‌کشد؛ هم‌زمان، فولاد سخت‌شده و عملیات دیده (سختی 280-320HB) مقاومت برشی بالایی دارد و عمر ابزارهای برش معمولی تنها به 3 تا 4 قطعه در هر لبه می‌رسد. هزینه ابزار برش هر شفت منفرد بیش از 3000 یوان چینی می‌شود.
برای حل این معضل، شرکت دستگاه سنگین ووهان VTC70 را که یک ماشین‌کاری عمودی با سی‌ان‌سی است، معرفی کرده تا یک سیستم تولید اختصاصی برای ساخت شفت با رویکرد «ماشین‌کاری صلب سنگین + فرآیند کامل در یک بار عملیات نگهداری» ایجاد کند. این تجهیزات از بدنه اصلی چدنی ساخته‌شده با روش قالب‌گیری شن رزینی جامد (وزن ریخته‌گری 80 تن) بهره می‌برد که تحت دو مرحله آزادسازی تنش «پیر شدن طبیعی به مدت 24 ماه + پیر شدن ارتعاشی به مدت 120 ساعت» قرار گرفته است؛ همچنین با ترکیب ریل‌های فشار استاتیکی (ظرفیت باربری ≥ 300 کیلونیوتن)، سفتی ساختاری از طریق تحلیل عنصر محدود بهینه‌سازی شده است. سفتی برش شعاعی به 55 کیلونیوتن بر میلی‌متر می‌رسد و قادر است به‌صورت پایدار نیروی شعاعی 35 کیلونیوتن را در حین ماشین‌کاری فولاد 42CrMo تحمل کند. این دستگاه مجهز به سیستم کنترل عددی فانوک 31i-B5 و جبران‌کننده دینامیکی تداخل‌سنج لیزری (دقت موقعیت‌یابی جبران‌شده تا ± 0.005 میلی‌متر) است و همراه با بازوی اندازه‌گیری ماشین (دقت اندازه‌گیری ± 0.002 میلی‌متر)، کنترل دقیقی بر روی استوانه‌ای بودن موقعیت یاتاقان با حداکثر مقدار 0.01 میلی‌متر فراهم می‌کند. در پاسخ به ویژگی‌های ماشین‌کاری فولادهای پرمقاومت، این تجهیزات دارای یک اسپیندل با توان بالا 18.5 کیلووات (با سرعت حداکثری 1000 دور بر دقیقه) و یک سیستم خنک‌کنندگی داخلی با فشار بالا (فشار خنک‌کنندگی 1.5 مگاپاسکال) است که همراه با ابزارهای برش CBN با دانه‌های فوق ریز (سختی HV3500) باعث کاهش مؤثر سایش ابزار می‌شود.

سناریوهای استفاده مشتری
از نظر نوآوری فناوری، تجهیزات دستگاه در ماشینکاری شفت به دو پیشرفت دوگانه در «یکپارچه‌سازی فرآیند + کنترل دقیق مداوم» دست یافته است: ادغام چرخ دنده هیدرولیک چهار لبه با قطر Φ 800 میلی‌متر (با نیروی گیرایی 300 کیلونیوتن)، یک برجک 8 ایستگاهی (با زمان تعویض ابزار 1.5 ثانیه) و یک سر فرز تراش سطح انتهایی، که قادر است در یک مرحله عملیات خارج‌تراشی دقیق گردن شفت (گردی ≤ 0.015 میلی‌متر)، سوراخ‌کاری دقیق موقعیت یاتاقان (استوانه‌ای بودن ≤ 0.01 میلی‌متر)، فرزکاری سطح فلنج (تختی ≤ 0.03 میلی‌متر) و همچنین 12 تا 16 عدد سوراخ اتصال را در یک مرحله دریل و رزوه‌کاری کند (دقت موقعیتی ≤ 0.15 میلی‌متر). در پاسخ به مشکل کنترل انحراف شفت‌های فوق‌العاده بلند (طول 3 تا 5 متر)، از یک «فرآیند تطبیقی چند نقطه‌ای» نوآورانه استفاده شده است: از طریق سه مجموعه تکیه‌گاه کمکی قابل تنظیم، جبران تغییر شکل وزن خودکار قطعه کار به صورت بلادرنگ (دقت جبران 0.005 میلی‌متر) انجام می‌شود و کنترل پایدار مستقیم‌بودن کل طول محور در حد ≤ 0.05 میلی‌متر/متر تضمین می‌شود؛ برای ماشینکاری دقیق موقعیت یاتاقان‌ها، از «محیط ماشینکاری دمای ثابت + روش برش لایه‌ای» استفاده می‌شود، که در آن دمای محیط در 20 ± 0.5 درجه سانتی‌گراد کنترل شده و عمق برش هر لایه در محدوده 0.2 تا 0.5 میلی‌متر تنظیم می‌شود. این روش همراه با برش با سرعت خطی ثابت (80 تا 120 متر/دقیقه) است، به گونه‌ای که زبری سطح تا حد Ra0.8 میکرومتر تضمین می‌شود.

فرآیند بستن
نتایج اجرایی کاملاً با استانداردهای صنعت انرژی بادی مطابقت دارند: چرخه پردازش هر قطعه از ۱۶ ساعت به ۹ ساعت کاهش یافته و ظرفیت تولید روزانه از ۶ قطعه به ۱۱ قطعه افزایش پیدا کرده است؛ استوانه‌ای‌بودن محل یاتاقان شفت اصلی ≤ ۰٫۰۱ میلی‌متر و هممحوری کل شفت ≤ ۰٫۰۳ میلی‌متر است که کاملاً الزامات استاندارد GB/T 19073-2018 "گیربکس توربین بادی" و گواهی GL را برآورده می‌کند؛ دمای یاتاقان‌ها در حین کارکرد واحد به ۳۶ درجه سانتی‌گراد رسیده و شدت ارتعاش از ۱٫۲ میلی‌متر بر ثانیه به ۰٫۶ میلی‌متر بر ثانیه کاهش یافته است؛ عمر ابزار به دلیل تطابق مواد به میزان ۱۵۰٪ افزایش یافته (تا ۸ تا ۱۰ قطعه بر فنج) و هزینه ابزار تک شفتی به ۱۲۰۰ یوان کاهش یافته است؛ سیستم اینترنت اشیای صنعتی نصب‌شده روی تجهیزات قادر به جمع‌آوری نیروی برش (فرکانس نمونه‌برداری ۱ کیلوهرتز) و دمای اسپیندل به‌صورت زمان واقعی است. با ترکیب این داده‌ها و مدل پیش‌بینی عمر باقی‌مانده، نرخ استفاده ترکیبی از تجهیزات از ۷۰٪ به ۹۲٪ افزایش یافته و توقف سالانه به میزان ۶۵۰ ساعت کاهش پیدا کرده است.
CKX52100 تناقض صنعتی بین ماشینکاری سنگین و دقت در سطح میکرومتر در مهره‌های توربین‌های بادی را حل می‌کند. مدیر تولید شرکت گفت: «اکنون مهره توربین بادی 3 مگاواتی ما نه تنها از اعتبارسنجی گلد ویند تکنولوژی و مینگیانگ اینتلیجنس عبور کرده، بلکه به نیازهای نهایی مقاومت در برابر پاشش نمک و عمر طولانی برای توربین‌های بادی فراساحلی نیز پاسخ می‌دهد که این امر یک مزیت فنی قوی برای ما در مسیر تجهیزات انرژی بادی ایجاد کرده است.» این مورد تأیید می‌کند که ماشین‌های تراش عمودی CNC از طریق ادغام عمیق «طراحی ساختار فوق‌العاده صلب + حلقه بسته دقت فرآیند + سیستم عملیات و نگهداری هوشمند» به تجهیزات اصلی شکستن موانع عملکرد در زمینه تولید قطعات بزرگ توربین بادی تبدیل شده‌اند.