V oblasti výrobného zariadenia pre veternú energiu má hlavná hriadeľ s priemerom 300–500 mm, ktorý je kľúčovou súčasťou prevodu veterných turbín, priamy vplyv na spoľahlivosť 20-ročnej prevádzkovej doby jednotky na základe zaoblenia hriadeľa (vyžadovaná hodnota ≤ 0,02 mm) a valcovitosti miesta ložiska (≤ 0,015 mm). Keď sa vedúci výrobca zariadení pre veternú energiu stretáva s takýmto typom ojednania zo združeného kaleného ocele 42CrMo, čelí tradičnému procesnému úzkemu hrdlu: musí prejsť tromi procesmi – „hrubé sústruženie na horizontálnom sústruhu → polodokonalé sústruženie na stojanej vŕtacej sústruhovej súprave → dokončovacie broušenie na vonkajšom cylindrickom brúsni“. Viacnásobné upínanie spôsobuje, že koaxialita miesta ložiska presahuje 0,05–0,08 mm a nárast teploty ložiska počas prevádzky jednotky presahuje 45 ℃ (hodnota kvalifikácie ≤ 40 ℃), pričom spracovanie jedného kusu trvá až 16 hodín. Súčasne má kalená a popúšťaná oceľ (tvrdosť 280–320 HB) vysoký rezný odpor a životnosť bežných rezacích nástrojov je len 3–4 kusy na jeden břit. Náklady na rezacie nástroje pre jeden hriadeľ presahujú 3000 yuanov.
Na prekonanie tohto dilemy spoločnosť zaviedla ťažký obrábací stroj z Wuhanu, CNC zvislý sústruh VTC70, aby vytvorila špeciálny výrobný systém pre vretená typu „ťažké tuhé obrábanie + kompletný proces pri jednom príchyte“. Zariadenie používa celozliatkové ložisko zo žuly s pieskom (hmostnosť odliatku 80 ton), ktoré bolo podrobené dvojitému odstraňovaniu napätia metódou „prirodzené starnutie počas 24 mesiacov + vibračné starnutie počas 120 hodín“, kombinované so štiepkami na statickom tlaku (nosnosť ≥ 300 kN) a optimalizovanou tuhosťou konštrukcie pomocou analýzy konečných prvkov. Radiálna tuhosť rezu dosahuje 55 kN/mm, čo umožňuje stabilné odolávanie radiálnej sile 35 kN pri obrábaní ocele 42CrMo; vybavené CNC systémom Fanuc 31i-B5 a dynamickou laserovou interferometrickou kompenzáciou (polohovacia presnosť skompenzovaná na ± 0,005 mm), spolu s meracou rukou na stroji (meracia presnosť ± 0,002 mm), umožňuje presnú kontrolu valcovitosti ložiskového miesta ≤ 0,01 mm. S ohľadom na charakteristiky obrábania vysokopevnostnej ocele je zariadenie vybavené vysokovýkonným vretenom 18,5 kW (maximálna rýchlosť 1000 ot./min) a systémom vysokotlakového vnútorného chladenia (tlak chladiacej kvapaliny 1,5 MPa), spolu s ultrajemnými CBN reznými nástrojmi s jemným zrnom (tvrdosť HV3500), čo efektívne potláča opotrebovanie nástrojov.
Scenáre použitia zákazníkom
Z hľadiska technologických inovácií dosiahlo zariadenie dvojitý pokrok v oblasti „integrovania procesov + kontinuálnej presnej regulácie“ pri obrábaní špindľov: integráciou hydraulického sústružníckeho prípravku s štyrmi čeľusťami o priemere Φ 800 mm (s upínacou silou 300 kN), otočného revolverového menšika s 8 pozíciami (so zmenou nástroja za 1,5 sekundy) a výkonového skriňového frézovacieho vretena, ktoré dokáže naraz vykonať presné sústruženie krku špindľa (zaoblenie ≤ 0,015 mm), presné vyvŕtanie miesta ložiska (valcovitosť ≤ 0,01 mm), frézovanie príruby (rovinatosť ≤ 0,03 mm) a vŕtanie a závitovanie 12–16 pripájacích otvorov (polohová presnosť ≤ 0,15 mm). Aby sa vyriešil problém riadenia ohybu extrémne dlhých špindľov (dĺžka 3–5 m), bol prijatý inovatívny „adaptívny proces viacbodového podopretia“: prostredníctvom troch súprav nastaviteľných pomocných podper sa dosahuje reálna kompenzácia deformácie spôsobenej vlastnou hmotnosťou obrobku (presnosť kompenzácie 0,005 mm), čím sa zabezpečuje stabilnú kontrolu rovnosti celej dĺžky osi v rozmedzí ≤ 0,05 mm/m. Pri presnom obrábaní miest ložísk sa používa „prostredie s konštantnou teplotou + metóda vrstvovitého rezania“, pričom okolitá teplota je udržiavaná na úrovni 20 ± 0,5 °C a hĺbka rezania každej vrstvy je kontrolovaná v rozmedzí 0,2–0,5 mm. V kombinácii s reznou rýchlosťou konštantnej obvodovej rýchlosti (80–120 m/min) sa dosahuje drsnosť povrchu Ra 0,8 μm.
Upínací proces
Výsledky implementácie plne zodpovedajú štandardom veterného energetického priemyslu: cyklus spracovania jednej súčiastky sa skrátil z 16 hodín na 9 hodín a denná výrobná kapacita sa zvýšila z 6 na 11 kusov; valcovitosť ložiskovej pozície hlavného hriadeľa je ≤ 0,01 mm a koaxialita celého hriadeľa je ≤ 0,03 mm, čo plne spĺňa požiadavky normy GB/T 19073-2018 „Prevodovky pre veterné turbíny“ a certifikáciu GL; teplota ložísk počas prevádzky zariadenia stúpla na 36 ℃ a intenzita vibrácií klesla z 1,2 mm/s na 0,6 mm/s; životnosť nástrojov sa vďaka zhode materiálov predĺžila o 150 % (až na 8–10 kusov/ložisko) a náklady na nástroje pre jeden hriadeľ sa znížili na 1200 yuanov; systém priemyselného internetu vecí vybavený na zariadení umožňuje reálny časový zber sily rezu (frekvencia vzorkovania 1 kHz) a teploty vretena. V kombinácii s modelom predpovede zostávajúcej životnosti sa komplexná využiteľnosť zariadenia zvýšila z 70 % na 92 % a ročná prestojová doba sa skrátila o 650 hodín.
CKX52100 rieši priemyselný rozpor medzi ťažkým obrábaním a mikrometrovou presnosťou svoriek veterných turbín. Ako povedal výrobný riaditeľ spoločnosti: „Naše svorky pre veterné turbíny s výkonom 3 MW teraz nielenže prešli overením spoločností Goldwind Technology a Mingyang Intelligence, ale tiež spĺňajú konečné požiadavky na odolnosť voči solnému oparovi a dlhú životnosť pre námornú veternú energiu, čo nám vytvorilo technologický příkop na trhu zariadení pre veternú energiu.“ Tento prípad potvrdzuje, že CNC zvislé sústruhy sa stali kľúčovým zariadením pri prekonávaní výkonnostných úzkych miest v oblasti výroby veľkých komponentov pre veternú energiu prostredníctvom hlbokého integrovania „ultra tuhej konštrukcie + procesnej presnosti uzavretého ovládacieho okruhu + inteligentného prevádzkového a údržbového systému“.
EN
