W dziedzinie sprzętu energetycznego wiatrowego główny wał o średnicy 300–500 mm, jako kluczowy element przekładni turbiny wiatrowej, bezpośrednio decyduje o niezawodności 20-letniego cyklu użytkowania jednostki na podstawie okrągłości szyjki wału (wymagana wartość ≤ 0,02 mm) oraz współosiowości położenia łożyska (≤ 0,015 mm). Gdy przedsiębiorstwo wiodące w produkcji sprzętu wiatrowego przetwarza tego typu wrzeciona ze stali 42CrMo poddanej hartowaniu i odpuszczaniu, napotyka na tradycyjne utrudnienie procesowe: konieczność przejścia przez trzy procesy: "tokarka pozioma – toczenie zgrubne → tokarko-wiertarka stołowa – toczenie półwykończone → szlifierka do powierzchni zewnętrznych – szlifowanie precyzyjne". Wielokrotne mocowanie powoduje, że współosiowość położenia łożyska przekracza 0,05–0,08 mm, a wzrost temperatury łożyska podczas pracy jednostki przekracza 45 ℃ (wartość dopuszczalna ≤ 40 ℃), przy czasie obróbki pojedynczego elementu sięgającym nawet 16 godzin. Jednocześnie stal poddana hartowaniu i odpuszczaniu (twardość 280–320 HB) charakteryzuje się dużym oporem skrawania, a żywotność zwykłych narzędzi skrawających wynosi zaledwie 3–4 sztuki na ostrze. Koszt narzędzi skrawających dla pojedynczego wrzeciona przekracza 3000 yuanów.
Aby pokonać ten dylemat, firma wprowadziła ciężki tokarko-wiertarkę CNC VTC70 z Wuhan do budowy specjalnego systemu produkcyjnego wrzecion o nazwie „ciężka sztywna obróbka + pełny proces w jednym zamocowaniu”. Urządzenie wykorzystuje całodzielne łóżko odlewane z piasku żywicznego (masa odlewu 80 ton), które poddano dwukrotnemu usunięciu naprężeń: „naturalnemu starzeniu trwającemu 24 miesiące + wibracyjnemu starzeniu trwającemu 120 godzin”, w połączeniu z prowadnicami hydrostatycznymi (nośność ≥ 300 kN) oraz zoptymalizowaną sztywnością konstrukcyjną dzięki analizie metodą elementów skończonych. Sztywność tnąca promieniowa osiąga 55 kN/mm, co umożliwia stabilne wytrzymywanie siły promieniowej 35 kN podczas toczenia stali 42CrMo; wyposażone w system CNC Fanuc 31i-B5 oraz dynamiczną kompensację laserowego interferometru (dokładność pozycjonowania skompensowana do ± 0,005 mm), w połączeniu z ręcznym urządzeniem pomiarowym na maszynie (dokładność pomiaru ± 0,002 mm), zapewnia precyzyjną kontrolę współosiowości otworu łożyskowego ≤ 0,01 mm. W odpowiedzi na cechy obróbki stali wysokowytrzymałej, urządzenie wyposażono we wrzeciono o dużej mocy 18,5 kW (maksymalna prędkość obrotowa 1000 obr./min) oraz system chłodzenia wewnętrznego pod wysokim ciśnieniem (ciśnienie chłodzenia 1,5 MPa), w połączeniu z narzędziem CBN o nadmiernie drobnoziarnistej strukturze (twardość HV3500), efektywnie ograniczającym zużycie narzędzi.
Scenariusze użycia przez klienta
Pod względem innowacji technologicznych, urządzenie osiągnęło podwójny przełom w zakresie "integracji procesu + ciągłej kontroli precyzji" podczas obróbki wrzecion: integracja szczęki hydraulicznej czterojaczkowej Φ 800 mm (o sile chwytu 300 kN), wieży narzędziowej 8-stanowiskowej (z czasem wymiany narzędzia 1,5 sekundy) oraz głowicy frezującej do obróbki powierzchni czołowej pozwala jednorazowo wykonać precyzyjne toczenie szyjki wrzeciona (okrągłość ≤ 0,015 mm), precyzyjne wiercenie otworów na łożyska (cylindryczność ≤ 0,01 mm), frezowanie powierzchni kołnierza (płaskość ≤ 0,03 mm) oraz wiercenie i gwintowanie 12–16 otworów łączących (dokładność pozycjonowania ≤ 0,15 mm). W odpowiedzi na problem kontroli ugięcia bardzo długich wrzecion (długość 3–5 m) zastosowano innowacyjną „metodę adaptacyjną z wieloma punktami podparcia”: dzięki trzem zestawom regulowanych podpór pomocniczych osiąga się rzeczywistą kompensację odkształceń spowodowanych ciężarem własnym przedmiotu obrabianego (dokładność kompensacji 0,005 mm), zapewniając stabilną kontrolę prostoliniowości całej długości osi na poziomie ≤ 0,05 mm/m. W celu precyzyjnej obróbki miejsc łożyskowych stosuje się „środowisko obróbkowe o stałej temperaturze + metodę warstwowego skrawania”, przy czym temperatura otoczenia jest utrzymywana na poziomie 20 ± 0,5 °C, a głębokość skrawania każdej warstwy wynosi 0,2–0,5 mm. Łącznie z cięciem o stałej prędkości liniowej (80–120 m/min) zapewnia to chropowatość powierzchni na poziomie Ra0,8 μm.
Proces zaciskania
Wyniki wdrożenia w pełni odpowiadają standardom przemysłu energetyki wiatrowej: cykl obróbki pojedynczego elementu skrócono z 16 do 9 godzin, a dzienne zdolności produkcyjne wzrosły z 6 do 11 sztuk; Cylindryczność położenia łożyska wału głównego wynosi ≤ 0,01 mm, a współosiowość całego wału ≤ 0,03 mm, co w pełni spełnia wymagania normy GB/T 19073-2018 „Przekładnie turbin wiatrowych” oraz certyfikatu GL; Temperatura łożysk podczas pracy urządzenia wzrosła do 36 ℃, a intensywność drgań zmniejszyła się z 1,2 mm/s do 0,6 mm/s; Żywotność narzędzi wydłużono o 150% (do 8–10 sztuk/łopaty) dzięki dopasowaniu materiałów, a koszt narzędzi na pojedynczy wrzeciennik zmniejszono do 1200 yuanów; System Internetu Rzeczy przemysłowych wyposażony w urządzenie umożliwia rzeczywistą kolekcję siły skrawania (częstotliwość próbkowania 1 kHz) i temperatury wrzeciennika. W połączeniu z modelem predykcji pozostałej żywotności, ogólna wykorzystanie urządzeń wzrosło z 70% do 92%, a roczny czas przestoju zmniejszył się o 650 godzin.
CKX52100 rozwiązuje sprzeczność przemysłową między obróbką ciężką a precyzją na poziomie mikrometra wałów turbin wiatrowych. Dyrektor produkcji firmy powiedział: „Obecnie nasz wał turbiny wiatrowej 3 MW nie tylko przeszedł weryfikację firm Goldwind Technology i Mingyang Intelligence, ale również spełnia ostateczne wymagania dotyczące ‚odporności na mgłę solną i długiej żywotności’ dla energetyki wiatrowej morskiej, co stworzyło nam barierę technologiczną na torze wyposażenia do energetyki wiatrowej”. Ten przypadek potwierdza, że tokarki pionowe CNC stały się kluczowym sprzętem umożliwiającym przełamanie wąskich gardeł wydajnościowych w dziedzinie produkcji dużych komponentów do energetyki wiatrowej dzięki głębokiej integracji ‚projektowania nadmiernie sztywnej konstrukcji + zamkniętego cyklu procesowego z precyzją + inteligentnego systemu eksploatacji i konserwacji’.
EN
